Le innovazioni nella tecnologia di conversione della potenza stanno consentendo una trasformazione nella progettazione robotica. Gli odierni moduli di potenza integrati soddisfano le richieste di dimensioni, peso, budget di potenza ed efficienze di costo richieste per spostare i robot dalle applicazioni industriali, residenziali e commerciali verso un vasto e nuovo paesaggio delimitato solo dall’immaginazione.
La società sta raggiungendo un punto critico in cui i robot stanno portando enormi benefici alle nostre vite. Alcuni robot, per esempio, prendono le ordinazioni nei ristoranti, altri lavorano nella sicurezza e altri ancora operano nei cantieri di costruzione aggiungendo precisione ai layout della planimetria. I robot sono ovunque e OLogic è una ragione importante per la quale questa proliferazione è in atto.
OLogic, una società di consulenza elettronica di Santa Clara, California, ha più di 15 anni di esperienza maturata nell’aiutare la sua clientela a portare sul mercato progetti di robotica, in grandi e piccoli volumi, fornendo supporto di ingegneria elettrica, meccanica e industriale, nonché ingegneria del software e del firmware. Ciò include l’esperienza nell’integrazione dell’elettronica di potenza, ovvero una considerazione primaria nella progettazione che determina la gamma, la funzionalità e la capacità di carica dei robot mobili.
“Penso che la motivazione principale per la quale le persone ci contattano sia perché hanno bisogno di aiuto con la progettazione elettronica del robot che stanno per costruire, e perché comprendiamo in modo unico questa esigenza, dato che abbiamo costruito decine e decine di robot”, ha detto Ted Larson, CEO di OLogic,. “Inoltre, potresti assumere un singolo ingegnere, che ha lavorato in un’azienda di robotica, e sarebbe una ottima scelta, ma potresti invece assumere qualcuno che gestisca tutto, e l’intero progetto sarà un grande successo”.
OLogic ha progettato decine di robot in molti settori, tra cui agricoltura, domotica, e controllo merci nei magazzini, solo per citarne alcuni. OLogic fa risalire l’inizio della sua clientela robotica ad una start up considerata da molti il capostipite della robotica mobile nella Silicon Valley. Willow Garage è stata notata per la sua capacità di collegare prodotti off-the-shelf e software open source provenienti da università o altre entità per aiutare i robot a svolgere compiti difficili.
Quando nel 2014 l’azienda si è sciolta, ha scatenato una diaspora di esperti di software per robotica che in seguito hanno fondato quasi tutte le più importanti start-up di robotica nella Bay Area. Questo ha aperto nuovi affari per OLogic con aziende come Savioke, Knightscope, Fetch e Dusty Robotics.
“Le vere rock star dell’industria dei robot sono quelle che fanno software di alto livello per cose come l’apprendimento automatico o la navigazione delle attività algoritmiche del robot”, ha detto Larson. “L’elettronica è in una sorta di ripensamento. Quello che succede è che la gente pensa di poter semplicemente comprare tutta quella roba dagli scaffali e poi collegarla insieme, ma il tutto si trasforma molto rapidamente in un castello di carte.”
Portiamo la potenza in primo piano
I robot mobili devono affrontare sfide di potenza uniche. Sensori, servomotori, attuatori, data server, sistemi di comunicazione e altri dispositivi che azionano il robot hanno diversi requisiti di potenza e densità di potenza. Alcuni sono realmente affamati di energia, altri invece entrano in funzione raramente. Ciò richiede la capacità di fornire energia in modo rapido, pulito ed economico da una fonte di alimentazione a batteria.
Vicor Corporation ha introdotto OLogic verso un approccio modulare per la costruzione di power delivery network (PDN) per i robot. I moduli di potenza ad alta densità Vicor hanno consentito una conversione di potenza ad alta efficienza, che si scala facilmente, rendendola così molto adattabile.
“Le parti che abbiamo utilizzato più di recente sono i Vicor ZVS Buck Regulators”, ha detto Larson. “Ora li usiamo ovunque sui robot mobili. Non devo più pensare: “Oh, avrei bisogno di cinque o dieci Ampere a 12 Volt, quindi dovrò a costruire la mia alimentazione”. “E’ una preoccupazione che non avrò più”.
Risparmiare tempo e denaro automatizzando il layout degli edifici
Un cliente che lavora a stretto contatto con OLogic per ottimizzare il proprio profilo di potenza è Dusty Robotics (Dusty). Dusty, con sede a Mountain View, California., costruisce elettroutensili da robot per la moderna forza lavoro delle costruzioni.
Per secoli, l’industria edile ha utilizzato due semplici strumenti per stendere le planimetrie degli edifici: un metro a nastro e un gessetto. Ancora oggi, quando gli architetti progettano edifici utilizzando sofisticati modelli CAD 3D, il processo richiede ancora che il layout sia stampato su carta, trasportato sul luogo di lavoro e trasferito manualmente a terra. La misurazione su nastro e il processo di marcatura sono lenti e soggetti a errori umani che influiscono su programmazione del lavoro e budget. Gli errori causano la necessità di rilavorazioni che, in genere, rappresentano ben il 10% del costo di un progetto di costruzione, secondo Dusty.
“Quando i piani vengono elaborati a mano, vengono commessi molti errori, in realtà molto più di quanto il settore delle costruzioni ne sia addirittura a conoscenza”, ha affermato Philipp Herget, co-fondatore e CTO di Dusty Robotics. “Abbiamo sentito parlare di casi in cui gli errori di layout hanno mandato in bancarotta le imprese di costruzione. Noi impediamo che si verifichino errori di questo tipo perché tutto è contrassegnato correttamente, non a mano, bensì da un robot”.
Dusty FieldPrinter è 5 volte più veloce, ma con zero errori
Dusty elimina il processo convenzionale e laborioso di trasferimento fisico dei piani di costruzione sul pavimento con un robot programmato sul luogo di lavoro per automatizzare lo stesso compito. Il robot Dusty FieldPrinter carica una versione digitale della planimetria e quindi stampa il layout a terra tenendo conto di pareti, porte, impianti idraulici e linee elettriche. E lo fa a velocità circa cinque volte superiore rispetto ad un essere umano e a meno di un sedicesimo di pollice dalle specifiche.
Questa innovazione aiuta le aziende del settore delle costruzioni ad operare più come produttori digitalizzati, aumentando stabilità, costanza, prevedibilità e affidabilità, migliorando al contempo anche le condizioni di lavoro per gli artigiani qualificati che sono al centro del processo di costruzione. Dusty aiuta a migliorare l’efficienza anche quando il pezzo del costruttore si compone di pannelli prefabbricati, opzione di costruzione, questa, sempre più diffusa. A differenza dei muri costruiti a mano, ad esempio, che possono essere regolati o modificati al volo, i materiali da costruzione prefabbricati sono progettati per un solo modo d’utilizzo, il che può causare errori se questi installati in modo errato.
“Se è possibile ridurre la quantità di tempo necessario per le attività previste nella tua programmazione, allora la conseguenza sarà che è possibile ridurre il tempo impiegato per la costruzione di quell’edificio”, ha detto Herget. “E prima l’edificio sarà completato, prima potrai iniziare a riscuotere le tue entrate. Il tempo è denaro, e la velocità ha un valore enorme nel settore delle costruzioni.”
Alimentazione del robot Dusty FieldPrinter
FieldPrinter di Dusty è un robot mobile alimentato a batteria che funziona per lunghi periodi e in una gran varietà di condizioni atmosferiche. Comprende numerosi dispositivi elettronici, tra cui sensori, motori di azionamento e componenti motorizzati, processori computationally-heavy e una stampante, tutti con diversi requisiti di tensione e corrente di funzionamento. Per questo motivo, gran parte della progettazione elettronica di Dusty è dedicata alla conversione di potenza per fornire energia a più componenti e in un ambiente in cui la batteria ha una tensione di uscita in continua variazione.
Questo è il motivo per il quale Dusty ha ingaggiato OLogic per realizzare l’elettronica di base del suo robot, e OLogic ha iniziato utilizzando soluzioni discrete di potenza. Nel corso del tempo, tuttavia, l’azienda si è resa conto di non essere in grado di progettare qualcosa di efficiente dal punto di vista operativo e termico e con l’ampia gamma operativa come i moduli di potenza Vicor. Inoltre, i moduli Vicor, come lo ZVS Buck Regulator, sono estremamente efficienti in termini di costi data la potenza che forniscono.
“I ZVS Buck Regulator di Vicor erogano da 200 a 300 Watt di potenza in un package davvero piccolo e con una efficienza del 97%”, ha dichiarato Larson. “Non potresti mai progettare qualcosa del genere da zero e farlo funzionare, anche investendoci la stessa quantità di denaro. La conclusione, è che non vi è motivo alcuno per non utilizzare i prodotti Vicor. È più facile che progettarlo discretamente, ed è anche più veloce, perchè non devi validarlo e, in definitiva, ci sono meno rischi”.
I robot di Dusty sono complessi e richiedono rail da 12V, 5V e 3V che funzionano a livelli di potenza significativi. La gestione della conversione di potenza con una combinazione di moduli Vicor aiuta ad accelerare il processo di progettazione garantendo un funzionamento affidabile in diversi intervalli di temperatura e di esercizio, sia indoors che outdoor.
Con una così lunga durata della batteria e una tecnologia di conversione di potenza all’avanguardia, l’innovazione robotica di Dusty sta contribuendo a digitalizzare il settore delle costruzioni creando una fonte univoca di dati e informazioni attendibili direttamente sul cantiere, basata sul modello digitale. Invece dell’architetto, dell’appaltatore generale, e di ogni partner commerciale, che lavorano ognuno sulla base del proprio piano cartaceo, tutti ora si basano su un singolo schema, stampato direttamente sul pavimento. La capacità di fornire un layout digitale migliora il coordinamento tra questi numerosi partner, consentendo una migliore pianificazione, e l’esecuzione e completamento più rapidi.
“L’automazione delle costruzioni sta migliorando ciò che gli esseri umani possono fare”, ha detto Herget. “Se vogliamo sintetizzare, le persone un tempo usavano i cacciaviti mentre ora usano elettroutensili. E ciò rende il loro lavoro molto più facile e produttivo. I nostri strumenti alimentati da robot stanno consentendo al settore delle costruzioni di salire di livello, arrivando a risultati migliori e migliorando anche l’ambiente di lavoro per artigiani qualificati coinvolti”.
