協(xié)作機(jī)器人作為工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的重要分支，近年來在全球范圍內(nèi)迅速崛起。它憑借靈活性強(qiáng)、安全性高、操作簡易等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于汽車、醫(yī)療、制造業(yè)等眾多領(lǐng)域，成為推動工業(yè)自動化和智能化發(fā)展的重要組成部分。

一、什么是協(xié)作機(jī)器人？

智能機(jī)器人的全面升級，是新一輪工業(yè)革命的重要內(nèi)容。但在某些產(chǎn)品領(lǐng)域與生產(chǎn)線，人力操作仍不可或缺。比如裝配高精度的零部件、對靈活性要求較高的密集勞動，需要協(xié)作機(jī)器人與人在生產(chǎn)線上協(xié)同作戰(zhàn)，充分發(fā)揮機(jī)器人的效率及人類的智能。這種機(jī)器人相比傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人，不僅性價比高，而且安全方便，能夠極大地促進(jìn)制造企業(yè)的發(fā)展 。

協(xié)作機(jī)器人具有以下主要特點(diǎn)：

? 輕量化：使機(jī)器人更易于控制，提高安全性。

? 友好性：保證機(jī)器人的表面和關(guān)節(jié)是光滑且平整的，無尖銳的轉(zhuǎn)角或者易夾傷操作人員的縫隙。

? 感知能力：能感知周圍的環(huán)境，并根據(jù)環(huán)境的變化改變自身的動作行為。

? 人機(jī)協(xié)作：具有敏感的力反饋特性，當(dāng)達(dá)到已設(shè)定的力時會立即停止，在風(fēng)險評估后可不需要安裝保護(hù)欄，使人和機(jī)器人能協(xié)同工作。

傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人與協(xié)作機(jī)器人的特點(diǎn)對比如下：

表1. 傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人與協(xié)作機(jī)器人的對比

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二、協(xié)作機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動供電系統(tǒng)趨勢

根據(jù)應(yīng)用和功能的不同，機(jī)器人含許多功能元素，包括聯(lián)接、圖像感知、位置感測和電機(jī)控制等。還有許多不同的電源子系統(tǒng)，包括AC-DC轉(zhuǎn)換、電池管理、DC-DC轉(zhuǎn)換、多相轉(zhuǎn)換器、傳感器和電機(jī)驅(qū)動器。其中，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是協(xié)作機(jī)器人的核心組件，主要負(fù)責(zé)精準(zhǔn)控制關(guān)節(jié)運(yùn)動并提供動力支持。

協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用框圖

電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)一直以來是以12V市場為主。48V系統(tǒng)之所以流行起來，是因?yàn)樵撾妷菏峭ㄓ玫淖罡甙踩妷?。與主電源供電的設(shè)備相比，硬件工程師可省去系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)，可縮小產(chǎn)品的尺寸（與12V供電產(chǎn)品相比），從而減少重量、成本和功率損耗。直接由48V供電的電機(jī)通常比較小，在機(jī)器人應(yīng)用中，可支持更小和更輕的接頭，從而提高機(jī)器能效、靈巧性和可靠性，同時減輕重量和成本。為機(jī)器人應(yīng)用開辟更多潛在的機(jī)會，進(jìn)而提高工業(yè)自動化的水平。

表2. 協(xié)作機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動電壓等級對比表

三、 48V電機(jī)驅(qū)動供電系統(tǒng)電感選型

電感器作為48V電機(jī)驅(qū)動供電系統(tǒng)的重要元器件之一，主要用于DC-DC 轉(zhuǎn)換器（如 Buck、Boost、Buck-Boost 電路）中，其作用涵蓋能量存儲、濾波、抑制干擾及保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行等多個方面。合理選型低損耗、高飽和電流的大電流電感器可顯著提升系統(tǒng)效率和穩(wěn)定性。同時，電感具備較強(qiáng)的EMI抑制功能，可以降低DC-DC開關(guān)噪聲對其他敏感電路的干擾。

在48V電機(jī)驅(qū)動供電系統(tǒng)中，電感器的性能直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性、效率和可靠性。因此，電感器的選型對于硬件工程師來說至關(guān)重要，需綜合考慮電感值、飽和電流、直流電阻、工作頻率等參數(shù)，缺一不可。

1. 電感值（Inductance）

電感值是電感器最基本的參數(shù)之一，表示電感器儲存磁能的能力。它決定了電路中的紋波電流大小以及能量存儲能力。在48V電機(jī)驅(qū)動供電系統(tǒng)中，合適的電感值能夠有效平滑電流紋波，提高供電系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2. 飽和電流（Saturation Current）

飽和電流是指當(dāng)通過電感器的直流電流達(dá)到一定值時，其磁芯開始進(jìn)入飽和狀態(tài)。磁飽和會導(dǎo)致磁芯喪失儲存能量的能力，從而影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

對于如何選擇合適的飽和電流規(guī)格，主要基于負(fù)載需求和降額設(shè)計(jì)。選型時應(yīng)優(yōu)先選擇飽和點(diǎn)較高且溫度穩(wěn)定性良好的磁性材料（如鐵氧體或軟磁合金）。此外，可考慮一體成型結(jié)構(gòu)的電感器，以減少漏磁并提高抗飽和能力。

3. 直流電阻（DCR）

DCR越低，通入直流時產(chǎn)生的功耗越小，從而提高整體效率。在選型時，應(yīng)優(yōu)先選擇具有低DCR特性的產(chǎn)品，同時確保其體積與功率密度設(shè)計(jì)相匹配。例如，在緊湊型設(shè)計(jì)中，可考慮采用扁平線一體成型結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)低DCR與高功率密度的平衡。

4. 工作頻率（Operating Frequency）

隨著寬禁帶半導(dǎo)體（如 SiC、GaN）的普及，開關(guān)頻率將進(jìn)一步提升至 MHz 級，電感向高頻化、小體積、大電流方向發(fā)展，以適應(yīng)更高功率密度的需求。在高頻條件下，傳統(tǒng)磁性材料可能無法滿足需求，會加劇磁芯損耗帶來的發(fā)熱等問題。因此，選擇高頻應(yīng)用的電感器是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

四、科達(dá)嘉電感解決方案

科達(dá)嘉通過自主研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新，為協(xié)作機(jī)器人48V電機(jī)驅(qū)動供電系統(tǒng)提供了多種適配的電感解決方案，助力工業(yè)自動化發(fā)展。公司推出了大電流電感、一體成型電感、貼片功率電感等多個類別、多個型號產(chǎn)品，提供不同的電氣特性，滿足該系統(tǒng)對電感器的高性能需求。

1. 大電流電感（High Current Power Inductor）

大電流電感采用金屬磁粉芯+扁平線繞組設(shè)計(jì)，具有高飽和電流、低損耗、高轉(zhuǎn)換效率、高工作溫度等特點(diǎn)，滿足48V電機(jī)驅(qū)動供電系統(tǒng)高工作電流、低損耗、高功率密度等需求。

2. 一體成型電感（Molding Power Choke）

一體成型電感采用低損耗磁粉芯材料壓鑄成型，具有全屏蔽結(jié)構(gòu)、抗電磁干擾性能強(qiáng)、低直流電阻、大電流、低磁芯損耗等特點(diǎn)，滿足48V電機(jī)驅(qū)動供電系統(tǒng)對電感小體積、大電流、抗電磁干擾性能等需求。

3. 貼片功率電感（SMD Power Inductor）

貼片功率電感采用高頻低損耗磁芯材料，高頻損耗低；小體積，適合高密度貼裝；磁屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，抗電磁干擾能力強(qiáng)。

不同種類的電感器有各自的性能優(yōu)勢。在設(shè)計(jì)48V電機(jī)驅(qū)動供電系統(tǒng)時，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的電感類型和參數(shù)，以達(dá)到性能、體積和成本的平衡。

審核編輯 黃宇