48-V-Stromversorgung und Präzisionssensoren für humanoide Roboter

Allegro MicroSystems veröffentlicht neue 48-V-Leistungsarchitekturen und Präzisions-Bewegungssensoren, die für Anwendungen der physischen künstlichen Intelligenz (PAI) entwickelt wurden. Die integrierten Lösungen zielen darauf ab, Größen-, Gewichts- und Sicherheitseinschränkungen in der humanoiden Robotik und in kollaborativen Mensch-Roboter-Umgebungen zu überwinden.

Fortschritte bei der Integration der 48-V-Stromversorgung in beengten Architekturen
Humanoide Roboter nutzen zunehmend 48-V-Busarchitekturen, um die Masse der Verkabelung zu minimieren und ohmsche Verluste in ihren gesamten mechanischen Strukturen zu reduzieren. Das sichere Heruntertransformieren höherer Spannungen auf engstem Raum stellt jedoch eine erhebliche thermische und räumliche Herausforderung dar. Der integrierte Schaltkreis für das Power-Management (PMIC) A81481 behebt diesen technischen Engpass, indem er Leistungs- und Sicherheitsfunktionen direkt vom 48-V-Bus aus verwaltet, wodurch externe Vorregler überflüssig werden.

Das PMIC ist in einem 6 × 6 mm großen Gehäuse untergebracht und integriert zwei Abwärtsregler (Buck-Regler), fünf Low-Dropout-Ausgänge (LDO) sowie ein ASIL-D-konformes Drei-Kreis-Watchdog-Diagnosesystem. Diese direkte Power-Management-Architektur versorgt verteilte Sensorgruppen, vereinfacht das Leiterplatten-Routing und reduziert sowohl den Platzbedarf des Gesamtsystems als auch die Materialkosten (BOM) um etwa 50 Prozent.

Bewältigung der Genauigkeit bei drehmomentstarken Gelenken und magnetischer Interferenzen
Drehmomentstarke Aktuatoren in den Schultern, Hüften und Knien von Robotern erfordern eine hochgenaue Positionierung unter ständiger mechanischer Belastung. Die induktiven Positionssensoren A17802 und A17803 gewährleisten eine hohe Messzuverlässigkeit, indem sie Luftspaltschwankungen durch On-Chip-Kompensation und fortschrittliche Filteralgorithmen tolerieren. Ihre inhärente Unempfindlichkeit gegenüber magnetischen Streufeldern macht schwere, platzraubende magnetische Abschirmungen überflüssig und optimiert so das Gelenkgewicht weiter. Um in stark eingeschränkte Aktuatordesigns zu passen, ist der A17803 in einem ultrakompakten QFN-Gehäuse untergebracht.

Mikro-Gelenk-Geschicklichkeit für robotergestützte Endeffektoren
Zur Unterstützung der Mikrogelenkmanipulation in Roboterhänden und -fingern nutzt das Portfolio Solid-State-Technologien als kompakte Alternative zu herkömmlichen drahtgewickelten Resolvern und optischen Encodern. Der TMR-Winkelsensor (Tunneling Magnetoresistance) CT310 liefert eine Winkelgenauigkeit von unter einem Grad in einem 2 × 2 mm DFN-Gehäuse und bietet eine hohe Beständigkeit gegen Verschmutzung, mechanische Stöße und Rundlauffehler. Flankierend dazu bietet der Hall-Effekt-Sensor A33023 eine Verarbeitung mit geringer Latenz und die Konfigurierbarkeit digitaler Ausgänge zur Unterstützung strenger funktionaler Sicherheitsdiagnosen.

Sarcomere Dynamics Inc. integriert diese Motion-Controller und Power-ICs in seinen Roboter-Greifer Scorpion.

„Präzise Bewegungssteuerung, genaue Messung und effizientes Power-Management sind für fortschrittliche robotische Manipulationen unerlässlich“, erklärte Harpal JS Mandaher, CEO von Sarcomere Dynamics Inc. „Wir planen, diese Zusammenarbeit bei unserem ARTUS Dex der nächsten Generation fortzusetzen, einer Roboterhand mit 24 Freiheitsgraden, die dafür entwickelt wurde, in fortschrittlichen physischen KI-Anwendungen eine nahezu menschenähnliche Geschicklichkeit zu bieten.“

„Bei stationären Industrierobotern spielen Gewicht und Größe eine geringere Rolle, da Kabel mit großem Querschnitt, große externe Antriebe und Flüssigkeitskühlsysteme eingesetzt werden können“, merkte Andreas Friedrich an, Senior Director of Technology and Strategy bei Allegro MicroSystems. „Bei autonomen humanoiden Robotern mit mehr als 30 Freiheitsgraden zählt jedoch jedes Gramm und jeder Millimeter. Durch die Kombination von 48-V-Power-Management, robusten Treibern und kompakten induktiven sowie TMR-Sensoren stellen wir integrierte Technologiebausteine zur Verfügung, die darauf ausgelegt sind, das Drehmoment zu maximieren und enge mechanische Toleranzen zu kontrollieren.“

Zusätzliche Informationen
Dieser Abschnitt enthält technische Spezifikationen und Wettbewerbsvergleiche, die nicht in der ursprünglichen Pressemitteilung enthalten sind.

Im Sektor der autonomen Robotik standardisiert sich der Übergang zur 48-V-Stromverteilung unter Entwicklern, die das Leistungsgewicht optimieren möchten. Das PMIC A81481 von Allegro konkurriert mit hochintegrierten 48-V-Buck-Controllern und Power-Management-Lösungen von Texas Instruments und Analog Devices. Während sich Mitbewerber häufig auf hocheffiziente GaN-integrierte Lösungen für Motorantriebe konzentrieren, zielt die direkte Integration von ASIL-D-Sicherheitsdiagnosen neben den dualen Abwärtsregler- und LDO-Ausgängen bei Allegro speziell auf die strengen funktionalen Sicherheitsanforderungen von kollaborativen Robotern ab, die in der Nähe von Menschen arbeiten.

Bei der Winkelpositionserfassung konkurriert die XtremeSense TMR-Technologie direkt mit TMR-Sensoren von Melexis und Infineon Technologies. Die Immunität gegenüber magnetischen Streufeldern ist zu einem primären Maßstab für Encoder in Robotergelenken geworden. Die Integration der On-Chip-Kompensation für Luftspaltschwankungen von Allegro bietet einen messbaren Vorteil bei der Reduzierung der Kalibrierungszeit während der Robotermontage im Vergleich zu herkömmlichen optischen Encodern, die saubere Betriebsumgebungen und eine hochpräzise mechanische Ausrichtung erfordern.

Bearbeitet von Aishwarya Mambet, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.

www.allegromicro.com