Openying123

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  • 2025-03-31

  • 回复了主题帖： 国民技术N32H487开发板环境搭建（详细）

    介绍的国民技术N32H487开发板环境搭建还是挺详细

  • 2025-03-28

  • 发表了主题帖： ROS机器人硬件平台搭建----供电系统之锂电池选型

    本帖最后由 Openying123 于 2025-3-28 08:14 编辑 这篇文章一起来看看ROS移动机器人供电系统。目前某宝常见的ROS学习套件，大都采用12V有刷直流电机，供电电压常采用3节锂电池串联后得到12.6V电压。经过电压转换后给电机，控制器，树莓派，雷达等传感器供电。电源的稳定性对一个系统而言是至关重要的。所以接下来的两篇文章会给大家介绍用于ROS移动机器人高集成电源解决方案。 这篇文章，主要进行系统电源整体分析，以及对于很多人来说都比较头疼的锂电池选型问题。   电压类型   一个硬件系统中往往会存在着多种电压。在ROS移动机器人中有12.6V电压，5V电压，3.3V电压。对于这种多电压类型并且存在高电压差的系统，在硬件设计中往往采用逐级降压的方式。在高压差时为提高能量转换效率多采用开关电源，如常用的非隔离式BUCK拓扑结构，隔离式反激拓扑结构。在低压差时，为得到低纹波纯净的电源，多采用线性降压方式。 关于BUCK，线性电源的原理在第一个项目已经进行了介绍，可从我的历史文章中查看。   锂电池选型   锂电池的选型要考虑多种因素，如电池体积，容量，放电倍率，循环充放电次数，价格。选型结果应该是权衡了以上多种因素后得到的。 锂电池放电倍率是一个重要的参数：它用来表示电池充放电电流大小的比率，即倍率。如1200mAh的电池，1C表示1200mA（1200mAh的1倍率），10C表示12000mA(1200mAH的10倍率)。 锂电池放电倍率越大表明锂电池能够以越大的电流进行放电，选择合适的放电倍率对于ROS移动机器人是很重要的。锂电池放电倍率不够时当电机启动瞬间或者电机转向时，在PID算法的控制下，想要达到系统瞬态响应的需求，需要锂电池提供很大的电流（电流值跟电机负载，PID参数都有关系），如果锂电池不能提供这么大的电流，锂电池电压会被迅速拉低，控制部分电压出现抖动，单片机复位重启都有可能。   系统最大电流推算   系统中耗电大户分别为：两个直流电机，树莓派，雷达，控制器。 树莓派的供电电源需满足2A的电流供给能力，雷达和控制器使用5V/2A便可以满足需求。由于电机属于感性负载，在电机启动瞬间，电机电流可达到额定电流的4-7倍。在设计中，假设电机启动瞬间，电流为额定电流的7倍。           例如，一个额定电流为360ma的有刷直流电机，启动瞬间电流可以达到2520ma,留出20%的设计余量，此时在启动瞬间，一个电机最大需要消耗3024ma的电流，两个电机则需要电池提供6A以上的电流。结合树莓派，雷达，控制器的耗电量，可知电池最大需要提供10A以上的电流。         根据电池放电倍率可知，当使用一个容量为2600mAh的三串锂电池时，锂电池的放电倍率应该大于3.8C才能够满足系统的供电需求。     锂电池选型推荐   体积   选择18650动力电芯 容量   2600mAh   放电倍率   >4C 价格   12元/节      

  • 2025-03-27

  • 发表了主题帖： 机器人怎么跑的又快又远？ ——智能机器人供电方案选择

    智能电子机器人的能源供给是机械结构设计与电控布局共同作用的一个关键环节，需要考虑到的部分非常复杂。选择合适的供电方案能够极大提升智能机器人的活动范围与运动性能。   基础来说，有以下几种常见电池可供小型智能机器人选择：   1. 铅酸蓄电池   该种电池电量较大，但本身体积较大，适用于较大型无人船的供电。实际上，这种电池并不是小型机器人首选，其笨重的体型对灵活性有极大损害。但其依然是目前市面上常见的电池种类。     2、航模电池   航模电池放电电流一般比较大，会有多少C的标识。比如，6s，10000mAh，30C的电池，最大放电电流是10*30=300A（10是代表10Ah，由10000mAh换算得来）。但是这种电池可靠性不是特别令人满意，其不稳定性使得设计者需较多考虑在较为恶劣环境下航模电池的供电稳定性，更重要的，电池本身的安全性。   3、锂电池   现阶段机器人常用的电池类型，具体型号为18650和26650锂电池。这种电池一般是多个单节动力型锂电池点焊再配上电池保护板而来。尺寸可以根据需求让厂家加工，可靠性一般比较高，充电也比较方便，但是放电电流一般比较受限于保护板。通俗来说，这种大电池是小电池们共同工作放电来达成大量蓄电放电的功能的，因此其灵活性比较高，不过因为这类电池封装问题，尤其是在水上环境工作，比如我们的水上垃圾清理机器人，就需要设计者留心水上环境对锂电池组的影响。不过保护板的设计必要，但对其性能有一定影响。   综合来说，不同类型的电池有不同优劣，设计师需要综合考量使用环境，可充能间隔，充能效率，放电需求等不同条件。综合选择合适的电池种类。   而世界各地的不同智能机器人对此也有不同的选择，较为小型的垃圾清理机器人，尤其是陆地环境工作的，选择锂电池组的偏多；而割草机器人ULsee会将目光投向动力更强劲的电池种类。   不过电池选择并非局限在这几种中，新能源机器人证字啊越来越多的进入人们的视线，许多清洁机器人，如南非WasteShark在更新迭代中选择了环保的太阳能电池辅助供电，同样的，风能机器人也在不断出现。   所以机器人供电方案的选择不是简单活，需要多方面考虑。

  • 2025-03-26

  • 发表了主题帖： 人形机器人“动”力之源——电机选型指南

    人形机器人的崛起     近年来，人形机器人如一颗璀璨的新星，迅速在科技领域崭露头角，成为人们瞩目的焦点。从工业生产的流水线，到温馨的家居生活场景，再到医疗护理的病房、教育的课堂，乃至充满挑战的太空探索任务，都有人形机器人活跃的身影。它们凭借着高度拟人化的外形与卓越的智能交互能力，正在以前所未有的速度融入人类社会，逐步改变着我们的生活与工作方式。 而在人形机器人令人惊叹的 “表演” 背后，电机作为驱动其灵活运动的关键部件，起着举足轻重的作用。毫不夸张地说，电机堪称人形机器人的 “肌肉”，它直接决定了机器人关节的运动精度、速度、力量以及整体的能效表现，进而深刻影响着机器人在各种复杂任务中的执行能力。可以想见，选择合适的电机对于打造一款高性能、实用化的人形机器人是多么关键。接下来，咱们就深入探究一下人形机器人电机选型的门道。 主流电机类型大起底     伺服电机：精准操控的担当 伺服电机堪称人形机器人关节控制的 “王牌选手”，以其高精度、响应速度快、可控制性强等显著优势，牢牢占据着重要地位。它能够精准地控制机械元件运转，如同一位技艺精湛的舞者，在舞台上精准地踏出每一步。在人形机器人的关节运动控制和定位领域，伺服电机的应用极为广泛。就拿机器人的肩、肘、膝等关节来说，这些部位对运动轨迹的精准度要求极高，伺服电机通过闭环控制，宛如拥有一双敏锐的眼睛，实时监测关节的位置、速度等状态信息，并根据反馈迅速调整，从而确保机器人能够实现精准且柔顺的运动，无论是完成复杂的舞蹈动作，还是进行精细的操作任务，都不在话下。在一些高端工业机器人参与的精密电子制造环节，伺服电机凭借其高精度的特性，能够将零部件精准地放置在毫米级甚至更小误差的位置上，为产品质量提供了坚实保障。而对于像手指、手腕这类需要精细控制的部位，伺服电机更是不二之选，它可以精确控制每一个细微动作，让机器人轻松完成诸如拿捏小物件、书写绘画等精细任务，其精度之高，甚至能媲美人类手指的灵巧操作。 无刷直流电机：高效驱动的先锋 无刷直流电机可是人形机器人驱动系统中的一把 “利器”，凭借其出色的效率、较轻的重量以及超长的寿命，在众多机器人设计方案中备受青睐。与传统有刷电机相比，它摒弃了容易磨损的换向器，就像一位摆脱了枷锁的运动员，可靠性大幅提升，寿命也得以显著延长。在机器人的腿部、脚部等大型关节以及背部、躯干等较大模块化区域，无刷直流电机常常担当重任，为机器人提供强大而稳定的动力输出，驱动机器人快速奔跑、灵活转向，轻松应对各种复杂地形。在一些物流仓储场景中，搭载无刷直流电机的搬运机器人能够高效地穿梭于货架之间，快速准确地搬运货物，大大提高了物流效率。虽说无刷直流电机在精度控制方面稍逊于伺服电机，但通过闭环控制技术的加持，它同样能够实现较为出色的控制效果，满足机器人多样化的运动需求。并且，它运行时噪声较低，为机器人营造出安静的工作环境，使其能够在诸如医院、图书馆等对噪音敏感的场所自如工作。 步进电机：定位小能手 步进电机犹如人形机器人团队中的 “精准定位员”，凭借独特的步进控制特性，在一些特定场景中发挥着不可替代的作用。它能够精确地将电脉冲信号转换为角位移，每个脉冲都对应固定的转角，就像时钟的指针，一步一步稳稳前行，精准定位。在对动态响应和控制精度要求并非顶级严苛，而更注重定位准确性与成本控制的场景下，步进电机展现出了独特的优势。比如控制机器人的头部旋转，由于头部运动相对较为简单，主要是水平或垂直方向的转动，步进电机凭借其角度控制简单且成本低廉的特点，能够轻松胜任，让机器人可以灵活地观察周围环境。此外，在小型的附属机构中，像是视觉系统中的微调运动，或者其他轻负载精确运动场景，步进电机都能以较高的性价比实现精准控制，为机器人整体功能的完善添砖加瓦。不过需要注意的是，步进电机通常采用开环控制，缺乏反馈调节机制，一旦负载发生较大变化，就有可能出现丢步现象，影响控制精度，因此在使用时需要充分考虑负载因素。 压电电机：微观世界的舞者 压电电机作为一种新型的微驱动技术，宛如微观世界里的 “精灵”，在人形机器人精密控制领域绽放着独特光芒。它的工作原理基于压电材料的逆压电效应，当施加电场时，压电材料会发生形变，进而产生驱动力。这种电机能够提供极高的分辨率，特别适合于那些需要在微小尺度上进行精细操作的场景，堪称机器人的 “微操大师”。在一些高端人形机器人的手部设计中，当需要抓取极其微小的物体，如芯片、精密零件时，压电电机便能大显身手，它可以精确控制手指的微小动作，以微米甚至纳米级的精度调整抓握力度和位置，确保物体被稳稳抓起而不会受损。在涉及精密仪器的机器人上，压电电机还能实现传感器或相机镜头的微调，让机器人获取更为精准的信息。然而，压电电机也并非十全十美，由于其驱动力主要依靠材料的微观形变，所以力矩相对较小，不太适合承担大负载的工作，就像一位擅长精细刺绣的工匠，难以扛起沉重的货物。 直流有刷电机：经济适用之选 直流有刷电机算得上是电机家族中的 “经济适用型选手”，尽管它在效率、寿命等方面存在一定短板，但凭借控制简单、价格低廉的优势，在一些低成本人形机器人领域仍占有一席之地。对于那些预算有限，对机器人性能要求并非极致严苛的项目来说，直流有刷电机是一种性价比颇高的选择。它可以应用于简单的关节运动，驱动机器人完成一些基础动作，虽然动作的精度、速度和流畅性可能比不上前面几种高端电机，但足以满足一些基础展示、教育科普类低成本机器人的需求，让更多人能够接触和了解人形机器人的魅力。比如在一些学校用于教学演示的简易人形机器人模型中，直流有刷电机就能以较低的成本实现基本的关节活动，帮助学生直观地理解机器人的运动原理。不过，由于存在碳刷磨损、接触电阻等问题，直流有刷电机的机械效率相对较低，运行时噪音较大，且需要定期维护，更换碳刷，以确保其正常运行。 选型关键要素       任务需求：因 “用” 而异 不同的应用场景对人形机器人的运动能力、负载要求以及精度标准都有着天壤之别，这无疑是电机选型的关键出发点。在工业制造领域，机器人宛如一位不知疲倦的工匠，需要精确且稳定地完成诸如焊接、装配等复杂任务。这就要求所选用的电机具备高精度的定位能力，如同狙击手精准瞄准目标一般，误差极小，同时还要有出色的响应速度，能够快速执行指令，确保生产流程高效顺畅。以汽车生产线上的焊接机器人为例，它的机械臂在进行焊接操作时，必须精确控制焊枪的位置和角度，哪怕是微小的偏差都可能导致焊接质量问题，影响整车的安全性。因此，高精度的伺服电机成为不二之选，它能够凭借闭环控制技术，实时监测并调整运动状态，保证每一个焊点都完美无瑕。 而在服务领域，机器人又摇身一变，成为贴心的生活助手，无论是在餐厅送餐、酒店送物，还是在家庭中承担家务，都需要频繁地与人互动，动作要轻柔、灵活且安全。这时候，无刷直流电机凭借其高效、平稳的驱动特性，以及相对较低的噪音优势，能够让机器人在人群中穿梭自如，避免惊扰到他人。并且，为了适应不同的服务场景，电机的扭矩和转速也需要精准匹配，确保机器人能够轻松搬运各类物品，如餐厅机器人平稳地端送餐盘，家庭服务机器人灵活地操控清洁工具等。 医疗护理场景更是对机器人提出了极高的要求，它需要像经验丰富的护士一样，精准地执行各种医疗操作，如手术辅助、药品配送等。此时，电机的精度和稳定性直接关系到患者的生命健康，任何细微的失误都可能引发严重后果。在手术辅助机器人中，伺服电机凭借其卓越的精度控制能力，能够精确辅助医生完成复杂的手术操作，确保手术刀的移动精准无误，为手术的成功保驾护航。同时，考虑到医疗环境的特殊性，电机还需要具备良好的电磁兼容性，避免对医疗设备产生干扰，确保患者的生命体征监测等设备正常运行。 由此可见，深入了解机器人的具体任务需求，全面考量运动特性、负载状况以及精度标准，是挑选合适电机的首要任务。只有做到精准匹配，才能让机器人在各个领域发挥出最大的效能，为人类提供更加优质、高效的服务。 关节特性：适配为王 人形机器人的关节类型丰富多样，各具特色，而不同的关节特性对电机的要求也截然不同，这就如同为不同的运动员挑选专属的装备，只有适配得当，才能发挥出最佳水平。刚性关节恰似传统的精密机械结构，具有极高的控制精度，能够精准地执行各种复杂动作指令，如同经验丰富的老工匠，对每一个细节都把控得恰到好处。在工业机器人参与的精密制造环节，刚性关节确保了机械臂能够以毫米级甚至更小的误差进行操作，保障产品质量。这种关节通常搭配高转速、高精度的伺服电机，电机通过编码器等反馈装置，实时将关节的位置、速度信息传输给控制系统，实现闭环控制，让机器人的动作精准流畅，就像舞蹈演员在舞台上精准地踏出每一步，完成复杂的舞蹈动作。 柔性关节则像是给机器人注入了生命的弹性，它能够模拟人类肌肉的弹性特性，使机器人的运动更加自然、柔顺，有效缓冲外界冲击，避免碰撞造成的损伤，如同运动员佩戴的护具，关键时刻能起到保护作用。在一些需要与人密切互动的服务机器人中，柔性关节让机器人在接触人类时更加轻柔，避免意外伤害。适配柔性关节的电机往往需要具备一定的过载能力，以应对瞬间的冲击力，同时还要求有较好的响应特性，能够快速适应关节的弹性形变。无刷直流电机或一些特殊设计的力矩电机，凭借其较高的功率密度和较好的动态响应性能，能够较好地满足柔性关节的驱动需求，让机器人在灵活运动的同时，保障人机交互的安全。 准直驱关节作为一种新兴的关节技术，追求电机与负载的直接连接，最大限度地减少传动环节带来的能量损失和精度误差，如同赛车追求极致的动力传输效率。这种关节对电机的扭矩密度和动态响应能力提出了极高的挑战，要求电机能够在瞬间输出强大的扭矩，驱动机器人完成快速、有力的动作，如四足机器人的奔跑、跳跃等。高扭矩密度的无框力矩电机应运而生，它通过优化电机结构，提升磁钢性能等手段，在紧凑的体积内实现了强大的扭矩输出，配合先进的控制算法，能够让机器人的关节迅速响应指令，展现出卓越的爆发力和敏捷性，宛如猎豹在草原上飞驰。 所以，深入剖析机器人关节的特性，精心挑选与之完美适配的电机类型和参数，是打造高性能人形机器人的关键环节。只有实现关节与电机的协同优化，才能让机器人在各种复杂任务中行动自如，展现出强大的适应能力。 成本考量：精打细算 在人形机器人的研发与制造过程中，成本无疑是一个无法回避的关键因素，而电机作为核心部件之一，其成本更是备受关注。不同类型的电机在价格上存在着显著差异，这背后涉及到材料成本、制造工艺以及生产规模等诸多因素。就拿高端的伺服电机来说，它凭借高精度、高性能的优势，在工业机器人、高端医疗机器人等领域占据一席之地，但与此同时，其复杂的制造工艺和精密的零部件使得成本居高不下。例如，高精度的编码器、高性能的磁钢以及先进的控制芯片等，这些关键部件不仅价格昂贵，而且研发难度大，导致伺服电机的整体价格相对较高。 无刷直流电机虽然在性能上稍逊于伺服电机，但胜在成本相对较低，性价比突出。它通过电子换向器取代了传统的电刷，减少了机械磨损，提高了可靠性，同时降低了维护成本。在大规模生产的情况下，无刷直流电机的成本优势愈发明显，能够为机器人制造商节省可观的开支。步进电机则以其结构简单、控制成本低的特点，在一些对精度要求不高、预算有限的项目中得到广泛应用，如教育科普类机器人、简单的工业自动化设备等。它不需要复杂的反馈控制系统，仅通过开环控制就能实现基本的定位功能，大大降低了系统成本。 然而，电机的成本绝不仅仅局限于采购价格，还涵盖了后续的使用、维护以及整个生命周期的总成本。在评估成本时，必须综合考虑这些因素。例如，一些高性能电机虽然采购成本高，但凭借其高效的运行效率，能够降低能耗，减少长期运行成本。在电池供电的人形机器人中，这一点尤为重要，高效的电机可以延长机器人的续航时间，减少充电次数，提高工作效率。同时，可靠性高的电机意味着更低的维护频率和成本，减少因故障停机带来的损失。在工业生产线上，机器人的停机维修可能导致整个生产线的停滞，造成巨大的经济损失，因此选用可靠性高的电机能够有效避免这种情况的发生。 此外，随着人形机器人市场的不断扩大，规模化生产成为降低电机成本的重要途径。当电机的需求量大幅增加时，供应商可以通过优化生产流程、扩大生产规模来降低单位成本，就像汽车产业随着产量的提升，零部件成本不断下降一样。对于机器人制造商而言，提前布局供应链，与电机供应商建立长期稳定的合作关系，有望在成本控制上取得更大的优势，为打造价格亲民、性能卓越的人形机器人奠定坚实基础。 前沿电机技术瞭望     在人形机器人蓬勃发展的浪潮中，电机技术也从未停止创新的脚步，一系列前沿技术如雨后春笋般涌现，为机器人的未来发展注入了源源不断的活力。 空心杯电机，堪称电机领域 “皇冠上的明珠”，以其独特的无铁芯空心杯状转子结构独树一帜。这种创新设计使得电机的效率得到了质的飞跃，转速快、响应敏捷，如同灵动的精灵，在运行时还具备低噪音、低振动的优势，为机器人营造出安静、稳定的工作环境。不仅如此，空心杯电机的寿命也相当可观，能够长时间稳定运行，减少维护成本。在人形机器人的手部 —— 灵巧手的设计中，空心杯电机更是展现出了无可比拟的优势，它可以精准地控制手指的每一个细微动作，让机器人轻松拿捏各类微小物品，完成诸如精密装配、微操作等任务，赋予了机器人无与伦比的精细操作能力，使其在高端制造、医疗手术辅助等领域大显身手。 仿生肌肉电机，则是从大自然中汲取灵感的杰作，它模拟生物肌肉的收缩与舒张原理，致力于为机器人带来更加自然、柔顺的运动体验。这种电机能够像人类肌肉一样，实现无级变速和柔性驱动，让机器人的动作更加流畅、自然，无论是温柔地搀扶老人，还是小心翼翼地抱起孩童，都能展现出无与伦比的亲和力，极大地拓展了人机交互的边界。在可穿戴机器人和康复辅助机器人领域，仿生肌肉电机的应用前景尤为广阔，它可以与人体紧密贴合，为使用者提供恰到好处的助力，帮助行动不便者重新找回自由行动的能力，开启全新的生活篇章。 无框力矩电机，凭借其紧凑的结构设计和强大的扭矩输出能力，成为了人形机器人关节驱动的得力助手。它去除了传统电机的边框束缚，直接将定子和转子与机器人关节进行深度集成，如同给机器人关节注入了强大的力量源泉，不仅节省了宝贵的空间，还减少了能量在传动过程中的损耗，使得机器人的关节能够更加迅速、精准地响应控制指令，展现出卓越的动态性能。在人形机器人的肩部、肘部、髋部等关键关节部位，无框力矩电机的身影随处可见，它让机器人能够轻松完成高强度的动作，如搬运重物、快速奔跑、精准跳跃等，为机器人在工业制造、物流配送、应急救援等领域的广泛应用奠定了坚实基础。 这些前沿电机技术虽然目前仍处于不断发展与完善的阶段，尚未实现大规模的普及应用，但它们无疑代表着人形机器人电机技术的未来发展方向。随着研发的持续深入、技术的日益成熟以及成本的逐步降低，相信在不久的将来，这些先进电机将成为人形机器人的标配，推动人形机器人向着更加智能、高效、灵活的方向大步迈进，彻底改变我们的生活与工作方式，开启一个全新的智能时代。 做出你的选择     人形机器人电机选型恰似一场精心策划的战略布局，需全方位权衡任务需求、关节特性以及成本等关键要素，从多种电机类型中筛选出最为匹配的方案。这不仅要求工程师们对各类电机的性能特点了如指掌，还得紧密结合机器人的实际应用场景，进行深入细致的优化调整。 随着科技的飞速发展，电机技术领域不断涌现出新的突破与创新。空心杯电机、仿生肌肉电机、无框力矩电机等前沿技术正逐步崭露头角，它们以卓越的性能为机器人的未来发展开辟了广阔天地。尽管当下这些先进技术尚未实现大规模普及应用，成本也有待进一步降低，但毋庸置疑，它们代表着未来的发展潮流。 展望未来，在科技持续进步与市场需求的强劲推动下，人形机器人电机技术必将迈向更高的台阶。电机的性能将愈发强大，成本愈发亲民，与人形机器人的融合也将更加天衣无缝。届时，人形机器人将更加智能、灵活，广泛融入我们生活的各个角落，为人类带来前所未有的便捷与惊喜。让我们满怀期待，共同见证这一激动人心的科技变革！

  • 2025-03-25

  • 回复了主题帖： >>征集 | 晒电机控制痛点与难题，一起寻求最优解！

    电机控制IC的技术特性及其应用痛点的系统性分析如下 1.支持70V高压驱动系统，集成智能栅极驱动器与Buck转换器，系统BOM减少40%以上 2.硬件式伺服控制引擎，实现<100ns级实时响应，消除软件中断延迟内置预载运动曲线库（S型/T型加速曲线） 3.支持Encoder/ABZ/Hall传感器直连，硬件闭环控制无需DSP参与

  • 发表了主题帖： 人形机器人的“力量之源”：锂电池还是固态电池？

    本帖最后由 Openying123 于 2025-3-25 10:11 编辑 人形机器人：开启智能新时代   在科技飞速发展的当下，人形机器人已从科幻作品中的想象走进现实，成为各领域的新宠。在工业生产中，它们凭借精准的操作和不知疲倦的特性，承担起高危、高重复性的工作，如汽车制造中的零部件组装，化工生产中的危险物料搬运等，极大地提高了生产效率与安全性。在家庭服务领域，人形机器人化身为贴心助手，扫地、洗碗、照顾老人小孩，为人们的生活带来诸多便利 。在医疗护理场景中，它们可以协助医护人员进行患者护理、药品配送等工作，缓解医疗资源紧张的问题。在教育娱乐行业，人形机器人又能化身为生动有趣的教学伙伴和娱乐玩伴，为学生带来全新的学习体验，为人们的闲暇时光增添乐趣。   可以说，人形机器人的广泛应用，正悄然改变着我们的生产生活方式，而这一切的背后，电池技术起着关键的支撑作用。电池，作为人形机器人的 “能量心脏”，为其各项复杂的动作和智能运算提供动力。它的性能优劣，直接关系到机器人的续航能力、负载能力以及响应速度等核心性能指标，进而影响着机器人在各个应用场景中的表现和实用性。 锂电池：当前的主力军   锂电池的类型与优势 在当前的人形机器人领域，锂电池凭借其出色的综合性能，成为了当之无愧的 “主力军”。锂电池家族主要包括锂离子电池和锂聚合物电池 。锂离子电池的正极材料丰富多样，常见的有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及三元材料（镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂等），负极一般采用石墨或碳，电解液为无水有机溶液。它具有高能量密度的显著优势，这意味着在相同体积或重量下，锂离子电池能够储存更多的电能，为机器人提供更持久的动力支持。就好比同样大小的背包，锂离子电池这个 “背包” 能装下更多的 “能量宝藏”，让机器人可以持续运行更长时间。其循环寿命也较长，可达 2000 次以上，充放电过程稳定，自放电率较低，在宽温度范围内都能有不错的表现。像我们日常使用的手机、笔记本电脑等便携式电子设备，大多采用锂离子电池，正是看中了它这些优点，而在人形机器人中，它同样发挥着重要作用，为机器人的各种复杂动作和智能运算提供稳定的电力保障。 锂聚合物电池则是锂离子电池的一种升级类型，它采用了更加轻薄的铝塑膜包装，在形状上更为灵活多样，能够根据机器人的内部结构进行定制化设计，更好地适配各种复杂的空间布局。其能量密度比锂离子电池更高，部分高能量密度的锂聚合物电池甚至可达到 400Wh/kg 以上，还具有更高的放电平台电压和更低的内阻，可以为机器人提供更大的输出功率，使其动作更加敏捷、迅速。同时，由于采用了固态电解质，锂聚合物电池的安全性和稳定性也更上一层楼 。在一些对电池重量、体积有严格要求的便携式医疗设备、无人机等领域，锂聚合物电池已经得到了广泛应用，在人形机器人领域，它也展现出了巨大的潜力。 众多人形机器人产品中，不乏锂电池应用的成功案例。圣阳股份的圆柱锂电池，以其高能量密度、长循环寿命和高安全性，为机器人提供了稳定且高效的能源解决方案，在人形机器人市场中备受关注。杭州宇树科技的 Unitree H1 机器人，搭载的锂电池使其具备了出色的续航能力和动力性能，能够在各种复杂环境下完成多样化的任务，无论是快速行走、灵活转身，还是搬运重物，都不在话下，为用户带来了良好的使用体验。 锂电池的局限 然而，锂电池并非完美无缺。在极端情况下，如高温、撞击、穿刺等，锂电池可能会出现过热、燃烧甚至爆炸的危险。近年来，电动自行车锂电池起火爆炸的新闻屡见不鲜，让人们对锂电池的安全性产生了担忧。当锂电池内部的正负极之间的隔膜因受热而产生收缩和融化时，正负极就会直接接触在一起，瞬间产生大量电流，在电池内部产生巨大热量，如果不能够及时抑制，就可能引发热失控，导致电池燃烧甚至爆炸。同时，锂电池在过充的情况下，会导致电池内部的活性物质结构被破坏，从而降低电池的性能和寿命，还可能导致电池的容量逐渐减少，最终无法再使用。 固态电池：崭露头角的新星   固态电池的原理与特性 在锂电池技术发展的同时，固态电池作为一种极具潜力的新型电池技术，也逐渐崭露头角，成为了人形机器人电池领域的新焦点。 固态电池，从名字就能看出它与传统锂电池的显著区别，其最大的特点就是采用固态电解质替代了传统的液态电解质。在传统的锂离子电池中，锂离子在液态电解质中穿梭，实现充放电过程，而固态电池则是让锂离子在固态电解质中迁移 。固态电解质的材料主要包括氧化物、硫化物和聚合物等，这些材料赋予了固态电池诸多优异的特性。 固态电池的能量密度十分出众，可达传统锂离子电池的 2 到 3 倍。这意味着在相同体积或重量下，固态电池能够储存更多的电能，为人形机器人提供更持久的动力。就好比为机器人配备了一个 “超级能量背包”，使其能够长时间高效地工作。以重庆太蓝新能源公司 2024 年 4 月研发制造的全固态锂金属电池为例，其单体容量达到 120Ah，能量密度高达 720Wh/Kg，如此高的能量密度，能让搭载它的人形机器人拥有更长的续航时间和更强的工作能力。 在安全性方面，固态电池也有着明显的优势。传统锂电池的液态电解质易燃，存在泄漏风险，在过充、短路或高温等情况下，容易引发起火和爆炸等危险。而固态电池的固态电解质不易燃烧，也不会发生泄漏，大大降低了起火和爆炸的风险，为机器人的安全运行提供了可靠保障。即使在受到外力冲击或高温环境下，固态电池也能保持稳定，不易发生短路现象，极大地提高了机器人在复杂环境下工作的安全性。 固态电池在人形机器人中的应用实例 目前，虽然固态电池在人形机器人领域的应用还处于起步阶段，但已经有一些成功的案例。广汽集团推出的第三代具身智能人形机器人 GoMate，就是一个典型代表。GoMate 创新性地采用了可变轮足移动结构，融合了四轮足、两轮足两种模式，这种独特的构型设计不仅提高了机器人在复杂环境下的适应性和稳定性，还大幅降低了能耗，相比同类产品节能达 80% 以上 。而在电池方面，GoMate 搭载了广汽集团的全固态电池，这使得它的续航能力达到了 6 小时，在同类产品中表现出色。凭借全固态电池的高能量密度和稳定性，GoMate 能够在长时间的任务执行或环境探索中保持出色的表现，无论是在工厂的生产线上协助完成各种任务，还是在复杂的户外环境中进行巡检等工作，都能应对自如。这一应用实例充分展示了固态电池在提升人形机器人续航能力和性能方面的巨大潜力，也为固态电池在人形机器人领域的进一步推广应用奠定了良好的基础。 两者大比拼：谁更胜一筹   锂电池和固态电池在能量密度、安全性、续航能力、成本等多个维度各有优劣，在人形机器人应用中也有着不同的表现。   从能量密度来看，固态电池有着显著的优势。理论上，固态电池的能量密度可达传统锂离子电池的 2 到 3 倍，这意味着在相同体积或重量下，固态电池能够储存更多的电能，为人形机器人提供更持久的动力。以一些实验室研发的固态电池为例，其能量密度已经突破了 500Wh/kg，而目前市面上常见的锂离子电池能量密度大多在 150 - 260Wh/kg 之间。高能量密度使得搭载固态电池的人形机器人可以在一次充电后运行更长时间，完成更多复杂任务，大大提高了工作效率。 安全性方面，固态电池同样表现出色。传统锂电池的液态电解质易燃且存在泄漏风险，在过充、短路或高温等情况下容易引发起火和爆炸等危险，对人形机器人的安全运行构成威胁。而固态电池采用的固态电解质不易燃烧，也不会发生泄漏，极大地降低了起火和爆炸的风险，即使在受到外力冲击或高温环境下，也能保持稳定，不易发生短路现象，为机器人在复杂环境下工作提供了可靠的安全保障。 续航能力与能量密度密切相关，由于固态电池的高能量密度，其续航能力通常也优于锂电池。在实际应用中，搭载固态电池的人形机器人能够在一次充电后持续工作更长时间，减少充电次数，提高了工作的连续性和效率。例如，广汽 GoMate 人形机器人搭载全固态电池后，续航能力达到了 6 小时，相比同类采用锂电池的产品有了明显提升，并且能耗降低了 80% 以上，这使得它在执行任务时更加高效和持久 。 然而，在成本方面，锂电池则占据优势。经过多年的发展，锂电池的生产技术已经非常成熟，产业链也十分完善，原材料供应充足，这使得锂电池的成本相对较低。而固态电池目前仍处于发展阶段，生产工艺复杂，对生产设备和技术要求较高，原材料成本也相对较高，导致其整体成本居高不下。据相关数据显示，同等能量密度下，目前固态电池的成本较普通锂电池增加约 10% - 15%，这在一定程度上限制了固态电池在人形机器人领域的大规模应用。 在充放电速度上，固态电池也展现出了巨大的潜力。由于固态电解质的离子导电性通常比液态电解质更高，固态电池可能支持更快的充电速度，这对于需要快速补充能量、提高工作效率的人形机器人来说，具有重要意义。虽然目前固态电池的快速充电技术还在不断完善中，但已经有一些研究成果表明，固态电池能够在较短时间内完成充电，未来有望实现像燃油车加油一样便捷的充电体验。而锂电池的快速充电技术虽然也在不断发展，但受到液态电解质的限制，在充电速度和安全性之间需要进行平衡，存在一定的局限性。 未来展望：融合与创新   展望未来，锂电池和固态电池技术都将朝着更高性能、更安全、更环保的方向发展。锂电池技术会在现有基础上不断优化，通过改进材料配方、优化电池结构和制造工艺，进一步提升能量密度，降低成本，提高安全性和循环寿命。比如，研发新型的正极材料，探索新的电解液配方，以解决锂电池在高温下的稳定性问题和安全隐患。同时，随着回收技术的不断进步，锂电池的回收利用率将大幅提高，减少对环境的影响，实现资源的可持续利用。   固态电池技术则有望在未来取得更大的突破。随着研发的深入和技术的成熟，固态电池的生产成本将逐渐降低，生产工艺将更加完善，从而实现大规模商业化应用。未来，固态电池可能会在能量密度、充放电速度、循环寿命等方面实现质的飞跃，为人形机器人提供更强大的动力支持。例如，通过研发新型的固态电解质材料，进一步提高离子电导率，降低界面阻抗，实现更快的充放电速度和更高的能量转换效率。 锂电池和固态电池技术也并非完全独立发展，它们之间可能会相互融合创新。一种可能的发展方向是开发半固态电池，这种电池结合了锂电池和固态电池的部分优点，在保留一定液态电解质的同时，引入固态电解质，以平衡性能和成本。半固态电池既可以利用固态电解质的高能量密度和安全性，又能借助液态电解质的良好离子导电性，提高电池的整体性能。此外，还可以探索将锂电池和固态电池应用于不同的工作场景或任务模块，根据人形机器人的实际需求，智能切换电池模式，实现最佳的能源利用效率。 在未来，随着锂电池和固态电池技术的不断发展和融合创新，人形机器人的性能将得到进一步提升，应用领域也将更加广泛。我们有理由期待，在不久的将来，人形机器人能够在更复杂的环境中高效、安全地工作，为我们的生活和社会发展带来更多的惊喜和变革。 总结：携手共进，拥抱未来   锂电池和固态电池在人形机器人的发展进程中，都扮演着举足轻重的角色。锂电池凭借成熟的技术、完善的产业链和相对较低的成本，成为当下人形机器人的主要动力来源，在众多应用场景中发挥着关键作用，为机器人的普及和发展奠定了坚实基础。而固态电池作为后起之秀，以其高能量密度、高安全性和长续航能力等显著优势，展现出了巨大的发展潜力，有望在未来突破技术瓶颈，实现大规模应用，为人形机器人的性能提升带来质的飞跃。   随着科技的不断进步，我们有理由相信，在锂电池和固态电池技术的持续创新与协同发展下，人形机器人将迎来更加辉煌的未来。它们将以更强大的动力、更持久的续航、更安全的运行，深入到我们生活和生产的各个角落，成为推动社会进步和发展的重要力量，为我们创造更加美好的生活。

  • 2025-03-23

  • 发表了主题帖： 机器人技术核心知识——硬件组成与电机控制详解

    机器人硬件框架概览 在当今的机器人技术领域，硬件框架无疑构成了机器人运动与功能实现的核心基石。通过下图，我们可以清晰地看到机器人各个组件的布局与连接，包括负责感知的层次，如相机、芯片和传感器；驱动关节的系统，涵盖各类电机、传感器及轴承；以及整体驱动模块，其中包含了电池、传感器、冷却系统和FSD系统等关键部件。 紧接着，我们进一步探索了那些为机器人硬件框架提供关键技术支持的供应商。这些供应商包括奥比中光、舜宇光学、绿的谐波以及汇川科技等，它们共同构成了从视觉传感器到关节驱动系统，再到整体驱动模块的全方位技术支持体系。       机器人关节基本组成 机械臂关节的构造包含多个关键部件，它们在性能和适用场合上各有特点。在电机方面，外转子电机以其高转矩密度特性，在飞行器和足式机器人中大放异彩；而内转子电机则因其出色的散热和稳定性，成为机械臂的优选。 减速器是机械臂中的另一大关键部件，它包括行星减速器、谐波减速器和RV/摆线减速器。行星减速器凭借其高刚度和低成本，在足式机器人中大展身手；谐波减速器以其高精度和大减速比，在机械臂中独树一帜；而RV减速器则因其刚度大和减速比高，在工业机器人中占据一席之地。 此外，编码器作为反馈装置，也起着至关重要的作用。它分为增量式和绝对值编码器，后者又分为单圈和多圈类型，以满足不同的输出和电机侧需求。同时，光电和磁编码器在不同环境下各有千秋，例如光电编码器适用于防尘环境，而磁编码器则能抵御电磁干扰。 驱动器是驱动电机工作的核心部件，它分为集成一体化和分离式两类。集成一体化的驱动器体积小、走线简洁，适合协作机器人；而分离式驱动器则因其集中散热的特性，在工业机器人中更为适用。 最后，制动器在机械臂中扮演着安全与定位的重要角色。电磁摩擦片以其稳定性著称，但成本相对较高；而电磁插销式制动器则以其小巧的身姿和低成本优势，在需要紧凑设计的场合中大放异彩，尽管其定位效果略显逊色。   机器人电机控制基本原理 三环PID控制是机器人电机控制中的核心算法，它融合了位置环、速度环和电流环，共同保障电机的精准与稳定运行。电流环作为最内层环路，专注于电机电流的直接控制，通过驱动器输出电压的调节来实现对电流的精确把控。由于电流与电机力矩紧密相关，因此电流环的关键作用在于确保电机输出所需力矩。 速度环，作为中间环节，依据设定的目标速度与实际速度之间的差异来调整电流环。PID控制器通过调整电流参考值，引导电机以预定速度旋转。这一环节通过实时速度反馈，实现对电机加速与减速的精细控制，从而保障电机的平稳运行。 而位置环，作为最外层环节，致力于确保电机精确达到目标位置。它通过比较设定的目标位置与实际位置反馈，利用PID控制器计算出所需的速度参考值，进而通过速度环对电机转速进行相应调节。 这种三环结构不仅提高了控制的稳定性，更实现了精准度的大幅提升。电流环、速度环与位置环的协同作用，使得机器人电机能够在复杂环境下展现出卓越的性能。 FOC矢量控制 FOC（Field Oriented Control）矢量控制，作为一种高效的电机控制技术，在无刷直流电机和永磁同步电机中得到了广泛应用。其核心原理包括以下四个步骤： 首先，通过坐标变换，将三相电流转化为二维坐标系中的直轴（d轴）和交轴（q轴）分量，这一步主要利用Park变换来实现。 其次，进行解耦控制。在这一阶段，分别对d轴和q轴电流进行独立控制。d轴主要负责电机的磁通控制，而q轴则负责转矩的控制，从而实现对电机性能的精细调节。 随后，逆变控制将d轴和q轴电流信号转换回三相电流，以驱动电机正常运转。 最后，实时调节环节根据电机的实时状态（如转速、转矩等）对d轴和q轴电流进行动态调整，旨在优化电机性能并提升其运行效率。 FOC技术因其出色的动态响应、高效率和精确控制能力，在工业自动化和电动汽车等领域中发挥着至关重要的作用。       机器人关节编码器与各类传感器 机器人关节编码器是机器人关节控制系统中的核心部件，它包括电机端绝对值编码器、输出端多圈绝对值编码器等关键组件。这些编码器能够提供电机的精确位置反馈，确保机器人在各种工作状态下都能保持稳定和准确。此外，还包括无框力矩电机、精密谐波减速机、直流驱动器等组件，它们共同构成了高效、稳定的机器人关节控制系统。同时，温度传感器、摩擦式制动保持器和扭矩传感器等传感器的加入，进一步提升了系统的安全性和性能。 编码器是机器人关节控制系统中的关键部件，其分类方式主要有两种。首先是按工作原理划分，光电编码器利用光源和光接收器的光信号变化进行位置检测，具有高精度和分辨率，适用于精密应用。而磁编码器则通过磁场变化进行位置测量，通常更耐用且对环境适应性强，适合在恶劣条件下使用。   另一种分类方式是按信号输出方式来分。增量式编码器输出与位置变化相关的脉冲信号，通过计数来确定位置，非常适合需要实时速度和方向控制的场合。绝对值式编码器则每个位置都有唯一的编码值，能在断电后保持位置信息，因此适用于需要高精度和稳定性的应用。此外，还有单圈绝对值编码器，它在一个完整旋转内提供绝对位置反馈，适合位置范围较小的应用；以及多圈绝对值编码器，能够记录多个旋转圈数的位置信息，非常适合广泛的位置监测需求。 接下来，我们将探讨机器人控制器的架构。传统工业运动控制系统通常由多个层次组成，包括组织层、协调层和执行层。组织层负责整个系统的高层管理和任务调度，通常由控制计算机进行作业控制，以协调各个运动控制任务。协调层则涉及运动控制卡的使用，主要负责运动规划与协调，确保各个运动部件能按预定轨迹和顺序运行。而执行层则由驱动器和电机组成，直接执行运动控制指令。每个电机都配备有编码器，用于实时反馈位置和速度信息。 智能感知与运动控制系统集成了交互、感知、状态管理和运动规划等多项功能，通过传感器如摄像头和麦克风收集环境信息，并运用运动规划算法生成最优的运动轨迹。控制层则负责驱动电机和执行器，确保机器人能够精准地按照规划行动。该系统基于ARMA9和FPGA（如XilinxZynq）的强大硬件平台，支持多种通信接口，从而增强了系统的灵活性和扩展性。其卓越的综合能力使机器人在动态环境中能高效、安全地执行复杂任务，并与人类进行智能交互。       机器人力传感器 关节力传感器与电流估计力矩各有千秋。关节力传感器能实时、直接地反馈力和扭矩信息，具有高精度，并能测量复杂负载和力的方向。然而，其成本相对较高，安装和维护较为复杂，且易受环境因素干扰。相比之下，电流估计力矩通过监测电流来估算力矩，成本低廉、安装简便。但需要注意的是，其估计精度会受到电机特性和负载变化的影响，且无法提供力的方向信息。 末端六维力传感器在机器人技术中扮演着至关重要的角色，其应用广泛且不可或缺。这类传感器能够实时监测机器人末端执行器所施加的力和扭矩，从而优化抓取策略，预防物体滑落，并实现碰撞检测，确保操作安全。在执行精密任务和人机协作时，这种传感器显著提高了机器人的灵活性和安全性，通过增强其环境感知能力，进一步提升了机器人应对复杂任务的能力。 机器人触觉传感器 智元机器人所采用的视触传感器，其触觉方案源自MIT的最新研究成果。这种传感器不仅能精准测量物体的三维几何形状，还能通过深入分析标记点的动态变化，智能推断出接触力和剪切力的大小与方向。这一技术突破为机器人提供了更为全面细致的环境感知能力，进一步拓展了其应用范围和灵活性。 腾讯Robotic-X实验室研发的机器人灵巧手触觉传感器，其创新之处在于融合了多种先进技术。该传感器不仅能高效测量物体的三维尺寸，还能智能感知接触力和剪切力的大小与方向，为机器人带来了更加细腻的环境感知能力。这一技术的突破，无疑将进一步提升机器人在复杂环境下的操作灵活性和精准度。   在现代机器人技术领域，视觉传感器发挥着不可或缺的作用。它们能够为机器人提供详尽的环境信息，助力其实现自主导航、精准物体识别以及高效任务执行。视觉传感器的种类繁多，每一种都有其独特之处，能够适应不同的应用需求。例如，单目摄像头因其简单的结构和低廉的成本，在物体检测和监控系统中得到了广泛的应用。双目摄像头则通过三角测量技术获取深度信息，非常适合用于三维重建和避障任务。3D摄像头凭借其集成的多种技术，能够实时提供深度信息，因而常被用于室内导航和增强现实领域。而结构光技术，通过投射特定光模式进行高精度测量，在机器人导航和机器视觉方面大展身手。接下来，我们将深入探讨这些视觉传感器的运作原理、各自优缺点以及具体的应用场景。     机器人激光雷达 激光雷达作为机器人视觉传感器的一种，具有独特的优势和应用。其工作原理是通过发射激光并接收反射回来的光信号，从而获取周围环境的三维信息。激光雷达的分类多样，根据不同的应用需求和性能特点，可以选择适合的激光雷达进行集成和开发。接下来，我们将深入了解激光雷达的分类及其在不同机器人应用中的作用。 其分类主要依据线数，可分为单线激光雷达和多线激光雷达。单线激光雷达主要提供2D平面扫描图，而多线激光雷达，如4线、8线、16线等，能够识别物体高度并生成周围环境的3D扫描图。 在机器人应用中，激光雷达发挥着至关重要的作用。以扫地机器人为例，其“导航”和“避障”功能便离不开激光雷达的助力。通过激光、视觉和dToF等技术，扫地机器人能将室内地形信息转化为地图，从而进行路径规划。其中，激光雷达因其高精度和广泛的应用优势而备受青睐。   同时，避障方案的选择也至关重要。超声波技术虽曾广泛使用，但已被逐渐淘汰。视觉避障方案，包括单目和双目视觉，在处理复杂环境时表现出色，但需要较高的算力且容易受光照影响。红外线避障技术虽然精准，但难以识别深色物体。相比之下，线激光避障技术能够毫秒级识别物体轮廓，展现出较强的适应性。 通过这些技术的综合运用，扫地机器人能够智能避障，显著提升清扫效率。

  • 回复了主题帖： 2021年全国大学生电子设计竞赛H题 用电器分析识别装置

    讲的很好

  • 回复了主题帖： MuJoCo 仿真 Panda 机械臂！末端位置实时追踪 + 可视化（含缩放交互）

    新建get_body_pos.py的文件夹还要吗这么多代码啊

  • 回复了主题帖： 《芯片通识课：一本书读懂芯片技术》阅读心得 第一天

    读懂芯片技术的一本好书

  • 回复了主题帖： 工业机器人基础知识

    好资料，工业机器人现在好火爆

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