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【前沿】当机器人拥有了高配的“充电宝”之后……

2016-09-14 09:21 高工机器人网 阅读:28043
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摘要超级电容(EDLC)又称超大容量电容、黄金电容、法拉电容、金电容或双电层电容器,是一种长寿命、高可靠的能源储电器件装置。由于超级电容采用特殊的电极结构,使得电极表面积大幅增加,因而能产生较大的电容量。 对于机器人来说,电机启动瞬间所需功率较大(以下称为峰值负载),如果电机电源不能支持峰值负载,电机无法立即驱动,机器人启动就需要很长时间。

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        作为人类科技的产物,机器人自诞生之初就备受关注,从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作的服务机器人更是给人们的生活带来了极大便利,但机器人偶尔也会做出一些令人意想不到又哭笑不得的事情。

        最近俄罗斯一款编号IR77,名叫“Promobot” (以下简称小P)的机器人在网络上大肆走红。小P是一款被设计为能够与人简单互动、拥有自主学习能力的机器人。科学家表示,他们为机器人设置了自动绕开障碍物的功能,但没想到小P会借此功能来“逃离”实验室。

         报道称,工程师从实验室出去时,忘记关掉大门,小P趁机“越狱”,并来到了实验室门前的马路上。

        之后由于电池耗尽,小P最终停在了马路中央,并造成交通拥堵。警察到来后帮助疏导交通,并联系上了实验室工程师,才把“淘气”的小P带走。消息传到国内,网友们对于小P的失败出逃纷纷表示遗憾,有网友表示“傻孩子,出门怎么能忘记带充电宝呢?!”
        消息传到国内,网友们对于小P的失败出逃纷纷表示遗憾,有网友表示“傻孩子,出门怎么能忘记带充电宝呢?”

        对于“渴望自由”的小P来说,缺电让它最终没能完成一场说走就走的旅行,电影《超能陆战队》中的健康机器人大白同样也摆脱不了缺电的烦恼。影片中,大白只要一次简单扫描,就能检测出人体生命指数,并根据病人的疼痛程度,治疗几乎所有的疾病。

        
可电量不足的大白就没有那么“超能”了,还记得小宏和大白偷偷溜回卡斯阿姨家中时,因电量不足而变瘪的大白像醉酒一样,走路摇摇晃晃、说话也断断续续的样子吗?

        确实,对于机器人来说,缺电会让其无法正常运行,如果说芯片是机器人的大脑,那么电机就是机器人的心脏。如何才能让机器人时刻保持电力十足呢?其实电影中就隐藏了一个“秘密武器”哦

       那什么是超级电容呢?

        超级电容(EDLC)又称超大容量电容、黄金电容、法拉电容、金电容或双电层电容器,是一种长寿命、高可靠的能源储电器件装置。由于超级电容采用特殊的电极结构,使得电极表面积大幅增加,因而能产生较大的电容量。

        对于机器人来说,电机启动瞬间所需功率较大(以下称为峰值负载),如果电机电源不能支持峰值负载,电机无法立即驱动,机器人启动就需要很长时间。
        
        随着机器人小型化和低价需求的日益增长,为了瞬间能够提供峰值负载而花费重金,购买昂贵的大容量电源回路变得不切实际。在不增加电源回路尺寸和容量的基础上,又能具备高输出的超级电容很好地解决了以上问题,能够帮助机器人节省空间、降低成本。
        
        目前超级电容市场上较多的是可以有10年以上使用寿命,可靠性高,功能性强,同时高低温特性好,能在-30℃~70℃情况下正常使用的产品。日本电子元器件品牌——村田制作所(以下简称村田)通过对材料与构造的优化设计,研发出了安装面积更加小型化、承载高电压、耐高温的超级电容产品。

        村田的超级电容不仅实现了小型薄型化的封装,而且具有业界较高水平的功率密度和能量密度。与柱状型超级电容相比,村田的超级电容单位容量上的ESR(等效串联电阻)更低,可以实现更高的功率输出和恒功率放电特性等。此外,村田的超级电容还可以在85℃超高温环境下工作,不受环境影响地放出最大10A的电流。

        在需要瞬间大电流放电的峰值功率辅助用途方面,村田的超级电容能够发挥重要效果。同时使用超级电容和电源,共同支持瞬间峰值负载输出,即使电源输出减少,也不会降低设备原本性能,保证继续运转。除了应用在机器人身上,村田的超级电容还可用于LED闪光灯、小型DC电机设备、智能煤气·水表、RKE(遥控钥匙) 的峰值输出辅助。
 
        下图是仅使用干电池和并用超级电容两种情况下启动小型DC电机时,示波器观测到的波形对比图,可以更直观地说明超级电容的峰值功率辅助效果。


      
  没有使用超级电容时,电机启动瞬间1.7A的峰值负载电流全部由干电池提供。干电池ESR大,峰值负载的发生导致电压上升恢复缓慢,因此达到常规运转状态需要一定时间。

        另一方面,使用超级电容时,干电池供给的电流不仅可以被抑制在300mA,而且电压可以急速回升。由于超级电容的ESR约为干电池的六分之一,所以电机启动时的大电流几乎全部由超级电容承担。也就是说,超级电容通过辅助峰值负荷,使电机能够在短时间内启动。

        看到这里,大家对能生产出如此高性能EDLC产品的村田一定充满好奇吧?其实村田离我们并不遥远,在诸如电脑、智能手机、家电、汽车电子等支撑日常生活的电子设备中都有村田元器件忙碌的身影。

        村田作为一家电子元器件制造商,以近百年的元器件研发和解决方案著称于世,近期还成功收购了锂电池鼻祖——索尼电池业务,这也是村田在电池领域的再一次深耕。

 村田产品一览

        随着构成元件可小型化的技术发展,预计今后小型机器人的用途将越来越多样化,并逐渐走进大家的日常生活之中。

        与机器人共舞的日子渐行渐近,作为电子行业的创新者,村田将继续发挥超级电容的特点和优势,并不断完善产品性能,为机器人的高性能化贡献源源不断的动力。

        2016年8月24 -26日期间,村田参展了ELEXCON2016 深圳国际电子展, “形象代言人”——机器人村田顽童®也亮相了本次展览。在舞台表演区,机器人“村田顽童”带来了精彩的邮件投递员的故事,向观众直观展示了村田最新的综合技术和智能车生活的场景,吸引了大批观众和媒体驻足观看。


 

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