行業(yè)背景

前幾天宇樹G1機(jī)器人實現(xiàn)了側(cè)空翻動作并保持了平衡，這種側(cè)空翻需要克服旋轉(zhuǎn)帶來的非對稱角動量分布問題，實驗數(shù)據(jù)顯示騰空階段角加速度峰值達(dá)180 rad/s，著陸沖擊力達(dá)4.5倍自重，對關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)爆發(fā)性和輕量化要求更高！其核心零部件國產(chǎn)化率超90%，成本較進(jìn)口壓縮40%，恭喜中國企業(yè)以電驅(qū)降本實現(xiàn)彎道超車！今天合科泰為您講解人形機(jī)器人模塊構(gòu)成及其涉及到的MOS管是如何為機(jī)器人側(cè)空翻完成能量轉(zhuǎn)換的。

機(jī)器人關(guān)節(jié)模組構(gòu)成

人形機(jī)器人機(jī)器人關(guān)節(jié)模塊正向“高集成、高動態(tài)、低時延”方向發(fā)展，核心在于電機(jī)、減速器、傳感器的協(xié)同優(yōu)化，關(guān)節(jié)模組有八大核心部件（如圖），包括電機(jī)端絕對值編碼器、直流驅(qū)動器溫度傳感器摩、輸出端多圈絕對值編碼器、摩擦式制動保持器、無框力矩電機(jī)、扭矩傳感器、精密諧波減速機(jī)。

伺服系統(tǒng)負(fù)責(zé)驅(qū)動機(jī)器人的運動，由伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)組成。其中，伺服驅(qū)動器負(fù)責(zé)位置、速度、轉(zhuǎn)矩等各項控制；伺服電機(jī)是伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)，將接收到的電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以驅(qū)動控制對象。

MOS管應(yīng)用

1、電機(jī)控制：

側(cè)空翻離地瞬間髖膝關(guān)節(jié)在10ms內(nèi)輸出峰值扭矩，有高瞬時功率要求，作為電機(jī)核心驅(qū)動的MOS需具備低導(dǎo)通電阻（RDS(on) <1mΩ）和高電流耐受（>500）能力；且關(guān)節(jié)電機(jī)的動態(tài)響應(yīng)需求，需要控制周期縮短至毫秒級，MOS的開關(guān)頻率需達(dá)100kHz以上才能滿足其快速切換響應(yīng)需要；最后散熱和可靠性對電機(jī)控制也很重要。

2、電源管理：

側(cè)空翻時電池瞬間放電功率可達(dá)到50kW，通過同步整流的MOS關(guān)可實現(xiàn)電流轉(zhuǎn)換效率提升；通過MOS的智能開關(guān)矩陣，可優(yōu)先向關(guān)鍵關(guān)節(jié)分配能量，以確保動作連貫性；而在母線電壓波動時（如±20V），TVS-MOS集成保護(hù)快速關(guān)斷MOS管，可防止過壓擊穿驅(qū)動電路。

3、信號保障：

慣性測量單元（IMU）、力矩傳感器等使用低閾值MOS，可減少采集噪聲，確保反饋精度；傳感器通過LVDS接口對數(shù)據(jù)融合處理，滿足實時控制需求。

合科泰自研MOS管導(dǎo)通損耗相較進(jìn)口產(chǎn)品降低15%，在電機(jī)控制、電源管理、信號保障方面都有性能良好的MOS管。