EMV-Abschirmung für humanoide Roboter: Anwendungen von leitfähigem Schaumstoff

Im Jahr 2026 werden humanoide Roboter vom bloßen "Gehen" zum tatsächlichen "Arbeiten" übergehen.

Von der Materialhandhabung in der Fabrik über Haushaltsdienstleistungen und die Beratung in Ausstellungsräumen bis hin zu Einsätzen in Gefahrenbereichen – die kommerzielle Entwicklung schreitet rasant voran. Ein moderner humanoider Roboter kann über 40 Gelenkmotoren, Dutzende von Sensoren und mehr als 10 Meter Kabelbaum verfügen. Diese elektronischen Komponenten sind auf engstem Raum dicht gepackt, was die elektromagnetische Verträglichkeit deutlich anspruchsvoller macht als bei herkömmlichen Industrierobotern.

Unser vorheriger Leitfaden behandelte EMV-Abschirmungslösungen für Industrieroboter, kollaborative Roboter und AGVs, einschließlich Schaltschränke, Gelenke und Sensoren. Dieser Artikel konzentriert sich speziell auf den schnell wachsenden Markt für humanoide Roboter und untersucht die EMV-Abschirmung in vier kritischen Bereichen: Gelenkmodule, feinmotorische Hände, Sensoren und Kabelkonfektionen.

Einen umfassenderen Überblick über Roboteranwendungen finden Sie unter Anwendungen von leitfähigem Schaumstoff in Industrierobotern und fahrerlosen Transportsystemen Die

1. Herausforderungen bei der elektromagnetischen Abschirmung humanoider Roboter

Herausforderung 1: Hochintegrierte Gelenkmodule

Das Gelenkmodul ist einer der am dichtesten gepackten Bereiche eines humanoiden Roboters.

Ein typisches Gelenk kann Folgendes umfassen:

• Rahmenlose Drehmomentmotoren
• Oberwellenreduzierer
• Encoder
• Motortreiberplatinen
• Drehmomentsensoren

Alle diese Komponenten können in einer zylindrischen Struktur mit einem Durchmesser von nur 50–80 mm eingebaut werden.

Der verfügbare Platz für eine EMI-Abschirmdichtung beträgt möglicherweise nur 1–2 mm .

Dies führt zu einer schwierigen technischen Kombination:

Extrem kleine Abmessungen + zuverlässiger elektrischer Kontakt + dauerhafte Vibrationsfestigkeit.

Herausforderung 2: Elektromagnetische Störungen durch mehrere Motoren

Ein humanoider Roboter kann mehr als 40 Gelenkmotoren gleichzeitig betreiben.

Jeder Motortreiber verwendet Hochgeschwindigkeits-PWM-Schaltung, wodurch harmonisches Rauschen erzeugt wird. Diese Störquellen können sich innerhalb des Roboters überlagern.

Wenn das Rauschen in die Schaltungen des Gebers oder des Drehmomentsensors eingekoppelt wird, kann dies unter anderem folgende Folgen haben:

• Positionsrückmeldungsfehler
• Drehmomentmessfehler
• Gelenkschwingung
• Verringerte Regelgenauigkeit
• Positionsabweichung

Je mehr Motoren gleichzeitig in Betrieb sind, desto wichtiger wird die elektromagnetische Abschirmung auf Systemebene.

Herausforderung 3: Extrem schwache Sensorsignale

Humanoide Roboter sind auf mehrere empfindliche Sensoren angewiesen, darunter:

• Drehmomentsensoren
• IMUs
• Taktile Sensoren
• Positionssensoren

Manche Sensorsignale liegen im Millivolt- oder sogar Mikrovoltbereich.

Wenn Motor- oder Treibergeräusche in diese Signalwege eingekoppelt werden, können sie die Kraftregelung, die Balance und die Bewegungsberechnungen direkt beeinflussen.

Aus diesem Grund erfordert die Abschirmung empfindlicher Sensormodule oft eine sehr geringe Anpresskraft und eine hochgradig lokalisierte elektrische Erdung.

Herausforderung 4: Dichte Kabelkonfektionen

Humanoide Roboter enthalten dichte Kabelbündel, die vom Kopf zum Oberkörper und in die Arme und Beine verlaufen.

Stromkabel und Signalkabel verlaufen oft parallel.

Bei starker, vom Motor erzeugter elektromagnetischer Störung können sich diese Kabel wie Antennen verhalten und sowohl elektromagnetische Störungen empfangen als auch abstrahlen.

Daher muss die Abschirmung auch Folgendes berücksichtigen:

• Kabeleinführungspunkte
• Steckverbinder
• Verzweigungspunkte
• Lange Kabelabschnitte
• Gehäuseschnittstellen

Konlidas Miniaturisierungserfahrung

Die miniaturisierten SMT-Leitschaumprodukte und omnidirektionalen Leitschaumprodukte von Konlida wurden in zahlreichen Robotikprojekten eingesetzt.

Für hochkompakte Gelenkmodule humanoider Roboter kann leitfähiger Schaumstoff bis zu einer Größe von 1,5 mm × 1 mm hergestellt werden, wobei die Maßtoleranz innerhalb von ±0,15 mm kontrolliert wird.

Für geschickte Hände, bei denen die Kompressionskraft entscheidend ist, kann dünner, omnidirektional leitfähiger Schaumstoff bereits mit einer Kompression von nur 0,1–0,3 mm einen niederohmigen elektrischen Kontakt herstellen.

2. Anwendungen von leitfähigem Schaumstoff in vier wichtigen Bereichen der humanoiden Robotik

Anwendung 1: Gelenkmodule – Miniaturisierung und Vibrationsfestigkeit

Das Verbindungsmodul ist einer der wichtigsten und schwierigsten Bereiche für die EMV-Abschirmung.

Hauptquellen für elektromagnetische Störungen

• PWM-Schaltgeräusche von Motortreiberplatinen
• Motorkommutierungsgeräusche
• Leitungsgebundene Störungen von Stromleitungen

Empfindliche Bauteile

• Rückmeldung zur Encoderposition
• Drehmomentsensoren
• Gemeinsame Steuerungs-ICs

Anwendungen von leitfähigem Schaumstoff

Warum eine SMT-Dichtung anstelle eines Federkontakts verwenden?

Die Gelenkmodule sind während des Betriebs ständig Vibrationen und mechanischen Belastungen ausgesetzt.

Herkömmliche Federkontakte aus Beryllium-Kupfer können bei anhaltenden Vibrationen Materialermüdung aufweisen. Im Vergleich dazu bietet der in SMT-Leiterschaum verwendete Silikonkern Dämpfungseigenschaften, die mechanische Vibrationen absorbieren und die Belastung von Lötverbindungen reduzieren können.

Detaillierte Informationen zu den verschiedenen internen Strukturen finden Sie unter Weiche SMD-Kontakte: Vergleich von 5 internen Strukturen für die EMV-Erdung Die

Unter den verfügbaren Strukturen eignet sich die umhüllte extrudierte Silikonstruktur besonders für kompakte Verbindungsmodule, bei denen sowohl Vibrationsfestigkeit als auch Dimensionsstabilität wichtig sind.

Warum sollte man omnidirektionalen leitfähigen Schaumstoff um Encoder herum verwenden?

Der Abschirmraum um einen Encoder kann nur 1–2 mm betragen, während der Encoder selbst empfindlich auf mechanischen Druck reagieren kann.

Übermäßige Kompression kann die mechanische Genauigkeit des Encodersystems beeinträchtigen.

Omnidirektional leitfähiger Schaumstoff ermöglicht eine niederohmige Leitfähigkeit bereits bei einer Kompression von nur 0,1–0,3 mm . Seine XYZ-Leitfähigkeit gewährleistet zudem eine elektrische Kontinuität im Kontaktbereich und eignet sich daher für die lokale Nahfeldabschirmung.

Anwendung 2: Geschickte Hände – Extrem viel Platz und geringe Kompression

Die geschickte Hand ist die wichtigste Voraussetzung für präzise Manipulationen.

Eine einzelne Hand kann Folgendes enthalten:

• 5–6 Miniaturmotoren
• Mehrere taktile Sensoren
• Dichte, flexible Kabel
• Miniaturisierte Steuerelektronik

Der verfügbare Platz kann sogar noch begrenzter sein als innerhalb eines gemeinsamen Moduls.

Anforderungen an die EMV-Abschirmung

Die Signale von taktilen Sensoren sind extrem schwach, während PWM-Rauschen von Miniaturmotoren über den Raum oder die Kabelbaugruppen in die Sensorschaltungen einkoppeln kann.

Anwendungen von leitfähigem Schaumstoff

Warum sind geschickte Hände so anspruchsvoll?

Die innere Geometrie einer geschickten Hand wird in Millimetern gemessen.

Ein Finger ist möglicherweise nur 10–15 mm breit , während im selben Raum Folgendes Platz benötigt wird:

• Motoren
• Reduzierstücke
• Sensoren
• Flexible Kabel
• Strukturelle Komponenten

Das leitfähige Material muss daher extrem klein sein.

Gleichzeitig muss die Kompressionskraft sehr gering bleiben.

Übermäßiger Druck kann die Fingerbeweglichkeit, die mechanische Reibung oder die Empfindlichkeit der Tastsinne beeinträchtigen.

Konlidas Fähigkeit zur Herstellung von miniaturisiertem leitfähigem Schaum

Der leitfähige Schaumstoff von Konlida kann bis zu folgenden Abmessungen hergestellt werden:

• 1,5 mm × 1 mm
• Maßtoleranz innerhalb von ±0,15 mm
• Leitfähige Gewebedicke bis hinunter zu 0,016 mm
• Omnidirektional leitfähige Schaumstoffdicke unter 0,5 mm

Diese Konstruktionen sind für Anwendungen konzipiert, bei denen herkömmliche Dichtungsabmessungen zu groß sind oder zu einer übermäßigen Kompression führen.

Anwendung 3: Sensormodule – Schutz von IMUs und Drehmomentsensoren

Humanoide Roboter sind stark auf IMUs und Drehmomentsensoren angewiesen.

Die IMU liefert Informationen über:

• Beschleunigung
• Winkelgeschwindigkeit
• Roboterausrichtung

Drehmomentsensoren liefern Rückmeldung über die auf die Gelenke wirkenden Kräfte.

Die Genauigkeit dieser Sensoren beeinflusst direkt Gleichgewicht, Bewegungssteuerung und Kraftsteuerung.

Anwendungen von leitfähigem Schaumstoff

Warum benötigt eine IMU einen speziellen EMV-Schutz?

Eine IMU enthält hochempfindliche Beschleunigungsmesser- und Gyroskopschaltungen.

Wenn PWM-Rauschen von einem Motortreiber in den analogen Signalpfad des IMU eingekoppelt wird, können die daraus resultierenden Störungen die Lageberechnungen beeinträchtigen.

Bei einem humanoiden Roboter könnte dies folgendermaßen aussehen:

• Verminderte Stehstabilität
• Abweichung vom normalen Gehweg
• Falsche Orientierungsberechnung
• Verringerte Bewegungsgenauigkeit

Die lokale Nahfeldabschirmung um die IMU ist daher ein wichtiger Bestandteil des gesamten EMV-Designs.

Für Anwendungen, bei denen dreidimensionaler elektrischer Kontakt wichtig ist, siehe Omnidirektionale leitfähige Schaumstoffdichtung vs. Standard-leitfähige Schaumstoffdichtung Die

Anwendung 4: Kabelkonfektionen und Steckverbinder – Versteckte EMV-Pfade

Kabelkonfektionen werden bei der EMV-Auslegung oft vernachlässigt.

Ein humanoider Roboter kann Dutzende von Kabelsträngen enthalten, die durch Kopf, Rumpf, Arme und Beine verlaufen. Diese Kabel transportieren sowohl Strom als auch Signale und stellen somit wichtige Übertragungswege für elektromagnetische Störungen dar.

Anwendungen von leitfähigem Schaumstoff

Ein durchgehender leitfähiger Pfad ist insbesondere an den Schnittstellen zwischen Steckverbinder und Gehäuse wichtig. Selbst eine kleine Unterbrechung kann zu einem Pfad für elektromagnetische Störungen (EMI) werden.

3. Besondere Anforderungen an leitfähigen Schaumstoff für humanoide Roboter

Humanoide Roboter stellen höhere Anforderungen an leitfähigen Schaumstoff als viele herkömmliche Elektronikprodukte.

Das geeignete EMI-Abschirmmaterial ist daher nicht einfach das Material mit der höchsten Abschirmwirkung. Die Konstruktion muss elektrische Leitfähigkeit, Druckkraft, Größe, Gewicht, Vibrationsfestigkeit, Reinheit und Fertigungsanforderungen in Einklang bringen.

4. Leitfaden zur Auswahl von leitfähigem Schaumstoff für humanoide Roboter

Die folgende Tabelle dient Ingenieuren als Kurzübersicht bei der Auswahl von leitfähigem Schaumstoff für verschiedene Roboterkomponenten.

5. Konlidas leitfähige Schaumstoff-Fähigkeiten für die Robotik

1. Miniaturisierung und Präzisionsfertigung

Die Gelenke und die geschickten Hände humanoider Roboter stellen extrem hohe Anforderungen an die Abmessungen.

Konlida kann miniaturisierten leitfähigen Schaumstoff bis zu einer Größe von 1,5 mm × 1 mm herstellen, wobei die Maßtoleranz innerhalb von ±0,15 mm kontrolliert wird.

Die automatisierten Verpackungs- und Formanlagen der vierten Generation des Unternehmens, kombiniert mit der Online-CCD-Inspektion, tragen dazu bei, die Maßhaltigkeit während der Massenproduktion aufrechtzuerhalten.

2. Lösungen mit niedriger Kompression

Feinmotorische Hände und empfindliche Sensoren vertragen keinen übermäßigen Druck.

Der omnidirektionale leitfähige Schaumstoff von Konlida erreicht eine niederohmige Leitfähigkeit bereits bei einer Kompression von nur 0,1–0,3 mm .

Laut Produktdaten von Konlida weist die leitfähige Schaumstoffstruktur AIR LOOP eine Kompressionskraft von nur 24 % einer herkömmlichen FOF-Struktur auf.

Dadurch eignet es sich für Anwendungen, bei denen der mechanische Druck eine wichtige Konstruktionsvorgabe darstellt.

3. Interne Materialentwicklung

Konlida entwickelt wichtige Materialien intern, darunter:

• Ultradünnes leitfähiges Gewebe mit einer Dicke von nur 0,016 mm
• Versilberter, omnidirektional leitfähiger Schaumstoff
• Leitfähige Schaumstoffstrukturen für Niederdruckanwendungen

Die hauseigene Materialentwicklung ermöglicht eine bessere Kontrolle über Produktindividualisierung, Kosten und Lieferzeiten.

4. Schnelle Prototypenerstellung und technische Unterstützung

Die Entwicklungszyklen humanoider Roboter sind kurz, und die mechanischen Konstruktionen ändern sich schnell.

Konlida kann Prototypen in nur 4 Stunden liefern und sich bereits in der Entwurfsphase beteiligen, um Ingenieuren bei der Auswahl geeigneter Abschirmungsstrukturen zu helfen.

• Gelenkgeometrie
• Verfügbare Abverkäufe
• Kompressionsanforderungen
• Sensorposition
• Erdungswege

5. Reinraumfertigung

Taktile Sensoren, IMUs und Feinmotorik-Systeme können empfindlich auf Verunreinigungen reagieren.

Konlida fertigt die entsprechenden Produkte in einem Reinraum der Klasse 1000 , wodurch die Partikelkontamination während der Produktion kontrolliert werden kann.

6. Häufig gestellte Fragen

Frage 1: Kann herkömmlicher leitfähiger Schaumstoff für Industrieroboter direkt in den Gelenken humanoider Roboter verwendet werden?

Nicht unbedingt.

Die Gelenke humanoider Roboter sind im Allgemeinen kompakter und stärker integriert als die Gelenke herkömmlicher Industrieroboter. Daher stellen sie höhere Anforderungen an Miniaturisierung und Kompressionskraft.

Industrierobotergelenke können herkömmlichen FOF-Leitschaum aufnehmen, während humanoide Robotergelenke möglicherweise miniaturisierten SMT-Schaum oder dünnen omnidirektionalen Leitschaum benötigen.

Frage 2: Warum wird omnidirektional leitfähiger Schaumstoff zur Abschirmung von taktilen Sensoren empfohlen?

Die Hauptgründe sind der begrenzte Platz und die Druckempfindlichkeit.

Omnidirektional leitfähiger Schaumstoff kann mit einer Kompression von etwa 0,1–0,3 mm elektrische Leitfähigkeit erreichen, während FOF-Schaumstoff typischerweise eine Kompression von etwa 25–30 % benötigt, um seine vorgesehene Kontaktleistung zu erzielen.

Bei Strukturen für feinmotorische Hände im Millimeterbereich kann der geringere Kompressionsbedarf dazu führen, dass omnidirektional leitfähiger Schaumstoff besser geeignet ist.

Frage 3: Worin unterscheidet sich die elektromagnetische Abschirmung von humanoiden Robotern von der elektromagnetischen Abschirmung von Drohnen?

Die größten Herausforderungen sind andere.

Bei Drohnen konzentriert sich das EMI-Design häufig auf eine leichte Bauweise und Hochfrequenz-Kommunikations- oder Videoübertragungssysteme.

Zu den größten Herausforderungen für humanoide Roboter gehören:

• Extrem kompakte Verbindungsmodule
• Mehrere Motoren gleichzeitig in Betrieb
• Hochempfindliche Sensoren
• Dichte Kabelbaugruppen
• Anforderungen an die Niederdruck-Erdung

Ein humanoider Roboter kann über mehr als 40 gleichzeitig arbeitende Motoren verfügen, während eine typische Multikopter-Drohne oft nur vier Hauptantriebsmotoren besitzt. Anzahl und Verteilung der Störquellen unterscheiden sich daher erheblich.

Für drohnenbezogene Anwendungen siehe unseren Leitfaden zu EMI-Abschirmung für Drohnen: Anwendungen aus leitfähigem Schaumstoff Die

Frage 4: Verfügt Konlida über praktische Erfahrung mit Robotikprojekten?

Die miniaturisierten SMT-Leitschaum- und omnidirektionalen Leitschaumprodukte von Konlida wurden in zahlreichen Robotikprojekten eingesetzt, darunter:

• Gemeinsame Modulerdung
• Sensorabschirmung
• Kabelschirmung

Spezifische Projektinformationen können mit dem Konlida-Ingenieurteam auf Basis der Anwendungsanforderungen des Kunden besprochen werden.

Frage 5: Benötigen leitfähige Schaumstoffprodukte für humanoide Roboter eine Automobilzertifizierung?

In der humanoiden Roboterindustrie gibt es derzeit keine universelle, verbindliche Anforderung, die der AEC-Q-Qualifizierung im Automobilbereich gleichwertig wäre.

Allerdings wenden einige führende Hersteller humanoider Roboter die Zuverlässigkeits- und Rückverfolgbarkeitsanforderungen an, die man aus der Automobilindustrie kennt, und wenden diese auch bei ihren Zulieferern an.

Konlida ist IATF16949-zertifiziert und hat Produktionsrückverfolgbarkeitssysteme etabliert, die für Anwendungen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen ausgelegt sind.

7. Über Konlida

Suzhou Konlida Precision Electronics Co., Ltd. wurde 2006 gegründet und ist auf die Entwicklung und Herstellung von EMI-Abschirmungsmaterialien und Wärmemanagementmaterialien spezialisiert.

Kernproduktportfolio

• FOF-leitfähiger Schaumstoff: Allgemeine Erdung und kostengünstige EMI-Abschirmung
• SMT-Leitschaum: Automatisierte Montage und Optionen in Automobilqualität
• AIR LOOP leitfähiger Schaumstoff: Displayabschirmung mit extrem niedriger Kompressionskraft
• Omnidirektional leitfähiger Schaumstoff: Dreidimensionale elektrische Leitung für kompakte Räume
• Leitfähiges Gewebe / leitfähige PI-Folie: Eigenentwickelte Kernmaterialien

Fertigungskapazitäten

• 45.000 m² Produktionsstätte
• 30 Produktionslinien für leitfähigen Schaumstoff
• 12 Rotationsstanzmaschinen
• Tägliche Produktionskapazität von2,000K
• Automatisierte Verpackungs- und Formanlagen der vierten Generation
• Reinraumfertigung der Klasse 1000
• IATF16949-, ISO13485- und ISO9001-Zertifizierungen

Ingenieurkompetenzen

• Fast 20 Jahre Erfahrung im Bereich EMI-Abschirmung
• Integrierte Materialentwicklung und Fertigung von Fertigprodukten
• EMV-Labor und Zuverlässigkeitslabor
• Prototypische Reaktion in nur 4 Stunden
• Erfahrung in der Massenproduktion von Miniaturprodukten bis hinunter zu 1,5 mm × 1 mm

Abschluss

Bei der EMI-Abschirmung in humanoiden Robotern geht es nicht einfach nur darum, ein leitfähiges Material um elektronische Bauteile anzubringen.

Die Kombination aus mehreren Motoren, empfindlichen Sensoren, kompakten Verbindungsmodulen, dichten Kabelbäumen und kontinuierlicher mechanischer Bewegung erfordert Abschirmmaterialien, die sowohl elektrische als auch mechanische Leistungsfähigkeit gewährleisten.

Für verschiedene Roboterkomponenten:

• Miniaturisierter SMT-Leiterschaum eignet sich für die kompakte Erdung von Leiterplatten und Verbindungsmodule.
• Omnidirektional leitfähiger Schaumstoff eignet sich zur Abschirmung von Niederdrucksensoren und Encodern.
• FOF-leitfähiger Schaumstoff bietet eine flexible Lösung für allgemeine Abschirmung und Erdung.
• Der leitfähige Schaumstoff AIR LOOP eignet sich, wenn eine extrem niedrige Kompressionskraft und eine leichte Konstruktion erforderlich sind.
• Ringförmige leitfähige Schaumstoffdichtungen können eine durchgehende Abschirmung um Steckverbinder und Kabeleinführungsstellen gewährleisten.

Für Hersteller humanoider Roboter kommt es vor allem darauf an, die Abschirmungsstruktur entsprechend dem verfügbaren Platz, der Kompressionskraft, der Vibrationsumgebung, der Sensorempfindlichkeit und dem Erdungspfad auszuwählen – und nicht einfach das Material mit dem höchsten nominellen Abschirmungswert zu wählen.

Die miniaturisierten SMT-Leitschaumstoffe, die dünnen omnidirektionalen Leitschaumstoffe und die AIR LOOP-Lösungen von Konlida wurden entwickelt, um die anspruchsvollen EMI- und mechanischen Anforderungen von humanoiden Robotergelenken, geschickten Händen, Sensoren und Kabelkonfektionen zu erfüllen.