【導讀】從cong輔fu助zhu外wai科ke手shou術shu到dao在zai製zhi造zao工gong廠chang裏li舉ju起qi數shu千qian公gong斤jin的de重zhong物wu
，機ji器qi人ren為wei我wo們men生sheng活huo的de許xu多duo方fang麵mian提ti供gong了le便bian利li。機ji器qi人ren對dui現xian代dai化hua世shi界jie的de影ying響xiang顯xian而er易yi見jian，但dan您nin是shi否fou思si考kao過guo機ji器qi人ren係xi統tong如ru何he實shi現xian如ru此ci精jing確que
、快速和強大的運動？如果答案是通過電機，那麼恭喜您回答正確！

機器人往往是模仿本應由人類執行的操作；有鑒於此，它的功能主要包括通過某種形式的位移或旋轉來調整位置和方向
，這些運動一般通過電機實現。

傳統的機器人應用場景主要專注於機械驅動（如手臂操縱或傳送帶循環）
，而er現xian代dai應ying用yong場chang景jing則ze簡jian單dan得de多duo，就jiu像xiang相xiang機ji旋xuan轉zhuan或huo精jing準zhun機ji械xie光guang束shu轉zhuan向xiang激ji光guang雷lei達da傳chuan感gan器qi。您nin可ke能neng會hui驚jing訝ya地di發fa現xian，電dian機ji的de基ji本ben應ying用yong是shi最zui基ji礎chu不bu過guo的de風feng扇shan和he泵beng，但dan實shi際ji上shang卻que對dui散san熱re和he液ye壓ya起qi著zhe重zhong要yao作zuo用yong。

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舉例來說，機械臂關節中的無刷直流 (BLDC) 電機（如圖 1 所示）通tong常chang包bao括kuo旋xuan轉zhuan的de轉zhuan子zi和he保bao持chi靜jing止zhi的de定ding子zi。應ying用yong電dian信xin號hao使shi定ding子zi上shang的de線xian圈quan繞rao組zu通tong電dian能neng夠gou形xing成cheng磁ci場chang
，從cong而er產chan生sheng磁ci力li
，使shi轉zhuan子zi運yun動dong，進jin而er旋xuan轉zhuan機ji械xie臂bi內nei的de關guan節jie。合he理li使shi用yong電dian子zi信xin號hao，機ji械xie臂bi不bu僅jin僅jin會hui運yun動dong，更geng能neng夠gou以yi特te定ding的de速su度du、位置精度和扭矩運動。

圖 1：BLDC 電機結構橫截麵圖

電機如何驅動下一代機器人

除了涉及到運動的精確和強大任務外，微控製器 (MCU) 和集成電機驅動器等電機控製半導體的進步正在優化機器人的運動方式，而要實現這一目標卻麵臨著 4 大挑戰。

挑戰 1：實現人機協作的安全性要求不斷提高

guoqu，chuyuanquanxingkaolv
，renleihejiqirenxuyaoyangefenli，tongchangshijiangjiqirenfangzailongzili。zidonghuachengdudetigaoxuyaogengjinmiderenjixiezuohehudong
，xiezuojiqirenyouzhuyutigaogongzuoxiaolv，danxuyaonenggouquebaoanquantingzhi
、安全速度

、扭矩和運動控製的電機。

C2000™ 32 位 TMS320F28P650DK MCU 等(deng)器(qi)件(jian)在(zai)幫(bang)助(zhu)滿(man)足(zu)安(an)全(quan)性(xing)要(yao)求(qiu)方(fang)麵(mian)發(fa)揮(hui)著(zhe)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)。這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)的(de)功(gong)能(neng)安(an)全(quan)性(xing)經(jing)過(guo)認(ren)證(zheng)
，可(ke)以(yi)集(ji)成(cheng)用(yong)於(yu)診(zhen)斷(duan)的(de)安(an)全(quan)外(wai)設(she)，從(cong)而(er)簡(jian)化(hua)符(fu)合(he)國(guo)際(ji)標(biao)準(zhun)化(hua)組(zu)織(zhi) (ISO) 10218 標準的設計。在頻譜的模擬端，DRV8353F 等智能柵極驅動器可以通過經 TÜV SÜD 認證的技術報告幫助工程師實現其安全目標。該支持文件可指導工程師完成根據 IEC 61800-5-2 標準實現安全扭矩關閉所需的設計步驟。無論是 MCU 還是柵極驅動器，借助某些元件都可以簡化設計過程
，實現功能安全的電機係統。

挑戰 2：通過分散式電機架構減輕重量

、簡化布線並降低成本

電機電子設備正從采用控製櫃轉為直接集成到機器人關節中，這有助於減輕重量、jianhuabuxianbingjiangdixitongchengben。zheyiqushicushiyuanjianzhizaoshangzhiliyukaifanengzaigengxiaoqiaodejichengdianlufengzhuangneijichenggengduogongnengdejiejuefangan。kongjianxianzhiyeyaoqiujubeigenggaodegonglvmiduhedianyuanxiaolv。

氮化镓場效應晶體管（如 LMG3422R050）集成了柵極驅動器，可以將功率級效率提高到 99% 以上，從而使集成電機減少或消除對散熱器的需求。借助實時通信外設和絕對編碼器接口
，采用 TMS320F28065 等 MCU 的係統可以產生分辨率為皮秒級的脈寬調製信號。這些特性實現了將布線從每個電機 10 多條電纜減少到整個機械臂共兩條總線。在此配置中使用 MCU 和 GaN 場效應晶體管，使設計人員能夠通過以太網物理層收發器（如 DP83TG721）添加單對以太網功能來優化有線連接。

挑戰 3：實現精確運動任務自動化需要更高的精度和準確度

產品小型化對許多應用的電機選擇（伺服、步進或無刷直流電機）chanshengleyidingyingxiang，bingqiedianjikongzhiheweizhifankuifuzaxingsuizhitigao，yibiannenggoushixianyuzhexiexiaoxingchanpinjinxinghudongdejingqueyundong。bandaotichuangxinshishixianchanpinxiaoxinghuasuoxudegenggaojingduchengweikeneng。liru，AMC3306 等電流傳感器具有 ± 50µV 失調電壓和集成式電源。將這些特性集於一個封裝中
，既可以提高控製回路的精度，又可以縮減印刷電路板的整體尺寸。

挑戰 4：優化電源效率
，實現電池供電的移動應用

機器人並不隻是固定於一處，其應用正趨向於移動化，用於幫助自動遞送包裹和安全探索地形。當前和未來用於感應、處理和實時控製應用的半導體需要在高性能和電源效率之間實現平衡
，從而確保合理的電池使用壽命和可能的行程範圍。

實現高電源效率並不一定十分複雜，也不需要使用多個分立元件的複雜設計方法。例如，像 MCT8316A 這zhe樣yang的de單dan電dian機ji控kong製zhi器qi可ke以yi通tong過guo減jian少shao機ji器qi人ren中zhong功gong耗hao元yuan件jian的de數shu量liang來lai有you效xiao地di操cao作zuo小xiao型xing泵beng和he風feng扇shan電dian機ji。這zhe款kuan高gao度du集ji成cheng的de器qi件jian包bao括kuo六liu個ge金jin屬shu氧yang化hua物wu半ban導dao體ti場chang效xiao應ying晶jing體ti管guan，可ke形xing成cheng用yong於yu輸shu送song電dian機ji電dian流liu的de半ban橋qiao功gong率lv級ji
，以yi及ji一yi個ge數shu字zi核he心xin
，無wu需xu編bian寫xie代dai碼ma即ji可ke實shi現xian簡jian單dan的de梯ti形xing電dian機ji控kong製zhi。  

電機控製的未來發展前景如何？

未來的機器人定會超乎想象，它們能輕鬆完成今天看來不可能完成的任務——pinfanzaihaiyangzuishendehaigouzhongzuoye，huozaiweizhidetaikongzhongmaoxian。xinxingshejikenenghuicaiyongyuelaiyuexianjindechuanganqi，zhengruwomenmuqiansuokandaodejiguangleidahechaoshengbojishu。congguoqudeyouxianjiqirendaoxianzaigengduodicaiyongmianxiangruanjiandejiejuefangan
，womenyujiqirenjiaoliudefangshishenzhikenengfashengbianhua。kefangwenxingdezengqiangshidenenggoutongguoyuyin
、shijiaobiaodashenzhijinjinshisiweilaigengkekaodikongzhijiqiren。zaizhezhongyanbianguochengzhong，suizhejiqirenjishuheyingyongdebuduanfazhan

，qudongqiyundongsuoxudedianjiyeshibibuduanfazhan。

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