Экранирование от электромагнитных помех гуманоидных роботов: применение проводящей пены.

В 2026 году человекоподобные роботы перейдут от простого «шагания» к полноценной «работе».

От обработки материалов на заводах до бытовых услуг, навигации в выставочных залах и работы в опасных средах — коммерческое развитие ускоряется. Современный человекоподобный робот может иметь более 40 шарнирных двигателей, десятки датчиков и более 10 метров жгутов проводов. Эти электронные компоненты плотно размещены в крайне ограниченном пространстве, что делает электромагнитную совместимость более сложной задачей, чем в обычных промышленных роботах.

В нашем предыдущем руководстве были рассмотрены решения по экранированию от электромагнитных помех для промышленных роботов, коллаборативных роботов и автоматизированных транспортных средств, включая шкафы управления, шарниры и датчики. В этой статье основное внимание уделяется быстро развивающемуся рынку человекоподобных роботов и рассматривается экранирование от электромагнитных помех в четырех критически важных областях: модули шарниров, ловкие руки, датчики и кабельные сборки.

Для более широкого обзора областей применения робототехники см. Применение проводящей пены в промышленных роботах и ​​автоматизированных транспортных средствах. .

1. Проблемы экранирования от электромагнитных помех в человекоподобных роботах

Задача 1: Высокоинтегрированные модульные соединения

Модуль суставов — одна из наиболее плотно расположенных областей человекоподобного робота.

Типичный сустав может включать в себя:

• Бескаркасные моментные двигатели
• гармонические редукторы
• Энкодеры
• Платы управления двигателями
• датчики крутящего момента

Все эти компоненты могут быть установлены внутри цилиндрической конструкции диаметром всего 50–80 мм .

Доступное пространство для прокладки, защищающей от электромагнитных помех, может составлять всего 1–2 мм .

Это создает сложную инженерную комбинацию:

Чрезвычайно малые габариты + надежный электрический контакт + постоянная виброустойчивость.

Задача 2: Электромагнитные помехи от нескольких двигателей

Гуманоидный робот может одновременно управлять более чем 40 двигателями в суставах.

Каждый драйвер двигателя использует высокоскоростное ШИМ-переключение, генерируя гармонические помехи. Эти источники помех могут перекрываться по всему роботу.

Если шум проникает в цепи энкодера или датчика крутящего момента, это может привести к следующим последствиям:

• Ошибки обратной связи по положению
• погрешности измерения крутящего момента
• Вибрация сустава
• Снижена точность управления
• Отклонение позиционирования

Чем больше двигателей работает одновременно, тем важнее становится экранирование от электромагнитных помех на системном уровне.

Задача 3: Чрезвычайно слабые сигналы от датчиков

Гуманоидные роботы используют множество чувствительных датчиков, в том числе:

• датчики крутящего момента
• Инерциальные измерительные блоки
• Тактильные датчики
• датчики положения

Некоторые сигналы от датчиков имеют уровень милливольт или даже микровольт.

Когда шум от двигателя или водителя проникает в эти сигнальные пути, это может напрямую влиять на управление силой, равновесие и расчеты движения.

По этой причине для экранирования чувствительных сенсорных модулей часто требуется очень низкая сила сжатия и высоколокализованное электрическое заземление.

Задача 4: Плотные кабельные сборки

Гуманоидные роботы имеют плотную сеть кабелей, идущих от головы к туловищу, а затем к рукам и ногам.

Силовые и сигнальные кабели часто прокладываются параллельно.

При сильном электромагнитном излучении, создаваемом двигателем, эти кабели могут вести себя как антенны, одновременно принимая и излучая электромагнитные помехи.

Следовательно, экранирование должно также учитывать:

• точки ввода кабеля
• Разъемы
• Точки ответвления
• Длинные кабельные секции
• Интерфейсы жилых помещений

Опыт компании Konlida в области миниатюризации

Миниатюрные SMT-проводящие пеноматериалы и всенаправленные проводящие пеноматериалы компании Konlida использовались в многочисленных робототехнических проектах.

Для создания высококомпактных модулей суставов человекоподобных роботов проводящая пена может быть изготовлена ​​размером до 1,5 мм × 1 мм с допуском по размерам в пределах ±0,15 мм .

Для ловких рук, где сила сжатия имеет решающее значение, тонкая всенаправленная проводящая пена может обеспечить низкоимпедансный электрический контакт при сжатии всего на 0,1–0,3 мм .

2. Применение проводящей пены в четырех ключевых областях разработки человекоподобных роботов

Применение 1: Соединительные модули — миниатюризация и вибростойкость

Модуль соединения является одной из наиболее важных и сложных областей для экранирования от электромагнитных помех.

Основные источники электромагнитной совместимости

• ШИМ-шум при переключении от плат управления двигателями
• Шум коммутации двигателя
• Проводимые помехи от линий электропередачи

Чувствительные компоненты

• Обратная связь по положению энкодера
• датчики крутящего момента
• Совместные управляющие интегральные схемы

Применение проводящей пены

Почему следует использовать прокладку для поверхностного монтажа вместо пружинного контакта?

В процессе эксплуатации соединительные модули постоянно подвергаются вибрации и механическим воздействиям.

Традиционные бериллиево-медные пружинные контакты могут изнашиваться при длительной вибрации. В отличие от них, силиконовый сердечник, используемый в проводящей пене для поверхностного монтажа, обладает демпфирующими свойствами, которые помогают поглощать механические вибрации и снижать нагрузку на паяные соединения.

Подробную информацию о различных внутренних структурах см. в разделе Мягкие SMD-контакты: сравнение 5 внутренних структур для заземления от электромагнитных помех. .

Среди доступных конструкций, обмотанная экструдированным силиконом структура особенно подходит для компактных соединительных модулей, где важны как вибростойкость, так и стабильность размеров.

Зачем использовать всенаправленную проводящую пену вокруг энкодеров?

Экранирующее пространство вокруг энкодера может составлять всего 1–2 мм , при этом сам энкодер может быть чувствителен к механическому давлению.

Чрезмерное сжатие может повлиять на механическую точность системы энкодера.

Всенаправленная проводящая пена обеспечивает низкоимпедансную проводимость при сжатии всего на 0,1–0,3 мм . Ее проводящие характеристики по осям XYZ также обеспечивают электрическую непрерывность в области контакта, что делает ее подходящей для локализованного экранирования ближнего поля.

Применение 2: Ловкие руки — Экстремальное пространство и низкая степень сжатия

Ловкость рук — ключевой компонент для точных манипуляций.

Одна рука может содержать:

• 5–6 миниатюрных двигателей
• Множество тактильных датчиков
• Плотные гибкие кабели
• Миниатюрная управляющая электроника

Доступное пространство может быть даже более ограниченным, чем внутри объединенного модуля.

Требования к экранированию от электромагнитных помех

Сигналы от тактильных датчиков чрезвычайно слабы, а ШИМ-шум от миниатюрных двигателей может проникать в цепи датчиков через защитные конструкции или кабельные сборки.

Применение проводящей пены

Почему ловкие руки так требовательны?

Внутренние параметры ловкой руки измеряются в миллиметрах.

Ширина пальца может составлять всего 10–15 мм , но при этом в этом же пространстве должно поместиться:

• Моторы
• Редукторы
• Датчики
• Гибкие кабели
• Конструктивные компоненты

Следовательно, проводящий материал должен быть чрезвычайно малым.

В то же время сила сжатия должна оставаться очень низкой.

Чрезмерное давление может повлиять на движение пальцев, механическое трение или чувствительность тактильных датчиков.

Возможности Konlida по созданию миниатюрных проводящих пенопластов

Проводящая пена Konlida может быть изготовлена ​​в следующих размерах:

• 1,5 мм × 1 мм
• Допуск по размерам составляет ±0,15 мм.
• Толщина проводящей ткани составляет всего 0,016 мм.
• Толщина проводящей вспененной ткани, обеспечивающей всенаправленное проводимость, менее 0,5 мм.

Эти конструкции предназначены для применений, где стандартные размеры защитных прокладок слишком велики или создают чрезмерное сжатие.

Применение 3: Сенсорные модули — Защита инерциальных измерительных блоков и датчиков крутящего момента

Гуманоидные роботы в значительной степени полагаются на инерциальные измерительные блоки (IMU) и датчики крутящего момента.

Инерциальный измерительный блок (IMU) предоставляет информацию о:

• Ускорение
• Угловая скорость
• Ориентация робота

Датчики крутящего момента обеспечивают обратную связь о силах, действующих на шарниры.

Точность этих датчиков напрямую влияет на равновесие, управление движением и управление силой.

Применение проводящей пены

Зачем инерциальному измерительному блоку (IMU) необходима специальная защита от электромагнитных помех?

Инерциальный измерительный блок (IMU) содержит высокочувствительные схемы акселерометра и гироскопа.

Если ШИМ-шум от драйвера двигателя попадает в аналоговый сигнальный тракт инерциального измерительного блока (IMU), возникающие помехи могут повлиять на расчеты ориентации.

В человекоподобном роботе это может выглядеть так:

• Снижена устойчивость в положении стоя
• Отклонение при ходьбе
• Неправильный расчет ориентации
• Снижена точность движений

Таким образом, локальное экранирование ближнего поля вокруг инерциального измерительного блока (IMU) является важной частью общей конструкции системы электромагнитной совместимости (ЭМС).

Для применений, где важен трехмерный электрический контакт, см. Прокладка из всенаправленной проводящей пены против стандартной прокладки из проводящей пены .

Применение 4: Кабельные сборки и разъемы — Скрытые пути распространения электромагнитных помех

При проектировании систем электромагнитной совместимости кабельные сборки часто упускаются из виду.

Гуманоидный робот может содержать десятки кабельных жгутов, проходящих через голову, туловище, руки и ноги. Эти кабели передают как питание, так и сигналы, что делает их важными путями распространения электромагнитных помех.

Применение проводящей пены

Наличие непрерывного проводящего пути особенно важно на стыках разъема и корпуса. Даже небольшой разрыв может стать путем утечки электромагнитных помех.

3. Особые требования к проводящей пене для человекоподобных роботов

Гуманоидные роботы предъявляют к проводящей пене более строгие требования, чем многие традиционные электронные изделия.

Таким образом, правильный материал для экранирования от электромагнитных помех — это не просто материал с наивысшей эффективностью экранирования. Конструкция должна учитывать баланс между электрической непрерывностью, силой сжатия, размерами, весом, вибростойкостью, чистотой и требованиями к производству.

4. Руководство по выбору проводящей пены для человекоподобных роботов

В приведенной ниже таблице представлена ​​краткая справочная информация для инженеров, выбирающих токопроводящую пену для различных компонентов роботов.

5. Возможности Konlida в области проводящей пены для робототехники

1. Миниатюризация и высокоточное производство

Шарниры и ловкие кисти человекоподобных роботов предъявляют чрезвычайно жесткие требования к размерам.

Компания Konlida может производить миниатюрные проводящие пенопластовые изделия размером до 1,5 мм × 1 мм с точностью размеров ±0,15 мм .

Автоматизированное упаковочное и формовочное оборудование четвертого поколения, в сочетании с онлайн-контролем с помощью ПЗС-матрицы, помогает поддерживать постоянство размеров в процессе массового производства.

2. Решения с низкой степенью сжатия

Ловкие руки и чувствительные сенсоры не выдерживают чрезмерного контактного давления.

Всенаправленная проводящая пена Konlida обеспечивает низкоимпедансную проводимость при сжатии всего на 0,1–0,3 мм .

Согласно данным компании Konlida, структура из проводящей пены AIR LOOP обладает силой сжатия, составляющей всего 24% от силы сжатия обычной структуры FOF .

Это делает его пригодным для применения в тех случаях, когда механическое давление является основным конструктивным ограничением.

3. Собственная разработка материалов

Компания Konlida разрабатывает ключевые материалы собственными силами, в том числе:

• Сверхтонкая проводящая ткань толщиной всего 0,016 мм
• Посеребренная всенаправленная проводящая пена
• Проводящие пеноструктуры для применения при низком давлении

Собственная разработка материалов обеспечивает больший контроль над индивидуализацией продукции, стоимостью и сроками поставки.

4. Быстрое прототипирование и инженерная поддержка

Циклы разработки человекоподобных роботов короткие, а механические конструкции быстро меняются.

Компания Konlida может изготовить прототипы всего за 4 часа и принять участие в этапе проектирования, помогая инженерам выбрать подходящие экранирующие конструкции на основе следующих критериев:

• Геометрия соединения
• Доступный клиренс
• Требования к сжатию
• местоположение датчика
• Пути заземления

5. Производство в чистых помещениях

Тактильные датчики, инерциальные измерительные блоки и устройства для управления ловкостью рук могут быть чувствительны к загрязнениям.

Компания Konlida производит соответствующую продукцию в чистом помещении класса 1000 , что помогает контролировать загрязнение частицами в процессе производства.

6. Часто задаваемые вопросы

В1: Можно ли использовать обычную промышленную проводящую пену в суставах человекоподобных роботов?

Не обязательно.

Шарниры человекоподобных роботов, как правило, более компактны и интегрированы, чем шарниры обычных промышленных роботов. Поэтому к ним предъявляются более строгие требования к миниатюризации и силе сжатия.

В шарнирах промышленных роботов может использоваться обычная проводящая пена FOF, тогда как для шарниров человекоподобных роботов может потребоваться миниатюрная пена SMT или тонкая всенаправленная проводящая пена.

В2: Почему для экранирования тактильных датчиков рекомендуется использовать всенаправленную проводящую пену?

Основные причины – ограниченное пространство и чувствительность к давлению.

В то время как вспененный материал с всенаправленной проводимостью может обеспечивать электрическую проводимость при сжатии примерно на 0,1–0,3 мм , для достижения требуемых контактных характеристик обычно требуется сжатие примерно на 25–30% .

Для структур миллиметрового масштаба, позволяющих ловко управлять рукой, более низкие требования к сжатию могут сделать всенаправленную проводящую пену более подходящей.

В3: Чем отличается экранирование от электромагнитных помех для человекоподобных роботов от экранирования от электромагнитных помех для дронов?

Основные проблемы разные.

При проектировании беспилотных летательных аппаратов основное внимание часто уделяется облегченной конструкции и высокочастотным системам связи или передачи видеосигнала.

Для человекоподобных роботов основные проблемы включают в себя:

• Чрезвычайно компактные соединительные модули
• Одновременное использование нескольких двигателей
• Высокочувствительные датчики
• Плотные кабельные сборки
• Требования к заземлению при низком давлении

Гуманоидный робот может иметь более 40 двигателей, работающих одновременно, в то время как типичный многороторный дрон часто имеет четыре основных двигателя. Следовательно, количество и распределение источников помех существенно различаются.

Для получения информации о применении дронов, ознакомьтесь с нашим руководством. Экранирование от электромагнитных помех для дронов: применение токопроводящей пены. .

Вопрос 4: Есть ли у Конлиды практический опыт работы над проектами в области робототехники?

Миниатюрные SMT-проводящие пеноматериалы и всенаправленные проводящие пеноматериалы компании Konlida использовались в многочисленных робототехнических проектах, в том числе:

• Заземление модуля соединения
• Экранирование датчика
• Экранирование кабеля

Конкретную информацию о проекте можно обсудить с инженерной командой Konlida, исходя из требований заказчика к приложению.

В5: Требуется ли автомобильная сертификация для изделий из проводящей пены, используемых в человекоподобных роботах?

В настоящее время в индустрии человекоподобных роботов отсутствует универсальное обязательное требование, эквивалентное квалификации AEC-Q в автомобильной промышленности.

Однако некоторые ведущие производители человекоподобных роботов внедряют требования к надежности и отслеживаемости поставщиков, аналогичные тем, что предъявляются в автомобильной промышленности.

Компания Konlida сертифицирована по стандарту IATF16949 и внедрила системы отслеживания продукции, предназначенные для обеспечения высокой надежности в различных приложениях.

7. О Конлиде

Компания Suzhou Konlida Precision Electronics Co., Ltd. была основана в 2006 году и специализируется на разработке и производстве материалов для экранирования электромагнитных помех и материалов для терморегулирования .

Основной продуктовый портфель

• Проводящая пена FOF: общее заземление и экономичное экранирование от электромагнитных помех.
• Проводящая пена для поверхностного монтажа: варианты для автоматизированной сборки и автомобильной промышленности.
• Проводящая пена AIR LOOP: экранирование дисплея с чрезвычайно низким усилием сжатия.
• Всенаправленная проводящая пена: трехмерная электрическая проводимость для компактных помещений.
• Проводящая ткань / проводящая полиимидная пленка: основные материалы собственной разработки.

Производственные возможности

• Производственный комплекс площадью 45 000 м²
• 30 линий по производству проводящей пены
• 12 ротационных вырубных машин
• Суточная производственная мощность2,000K
• Автоматизированное упаковочное и формовочное оборудование четвертого поколения
• Производство в чистых помещениях класса 1000.
• Сертификаты IATF16949, ISO13485 и ISO9001

Инженерные возможности

• Почти 20 лет опыта в области экранирования от электромагнитных помех.
• Комплексная разработка материалов и производство готовой продукции.
• Лаборатория электромагнитной совместимости и лаборатория надежности
• Прототип готов к использованию всего за 4 часа.
• Опыт массового производства миниатюрных изделий размером до 1,5 мм × 1 мм.

Заключение

Экранирование от электромагнитных помех в человекоподобных роботах — это не просто добавление проводящего материала вокруг электронных компонентов.

Сочетание множества двигателей, чувствительных датчиков, компактных соединительных модулей, плотных кабельных сборок и непрерывного механического движения требует использования экранирующих материалов, обеспечивающих как электрические, так и механические характеристики.

Для различных компонентов робота:

• Миниатюрная токопроводящая пена для поверхностного монтажа подходит для заземления и соединения компактных модулей на печатных платах.
• Вездеходная пена, проводящая ток во всех направлениях , подходит для экранирования датчиков и энкодеров низкого давления.
• Проводящая пена FOF представляет собой гибкое решение для общего экранирования и заземления.
• Проводящая пена AIR LOOP подходит в тех случаях, когда требуется чрезвычайно низкое усилие сжатия и легкая конструкция.
• Кольцеобразные токопроводящие вспененные прокладки могут обеспечивать сплошную защиту вокруг разъемов и точек ввода кабеля.

Для производителей человекоподобных роботов ключевым моментом является выбор экранирующей конструкции в соответствии с имеющимся пространством, силой сжатия, вибрационной обстановкой, чувствительностью датчиков и путем заземления, а не просто путем выбора материала с наивысшим номинальным значением экранирования.

Миниатюрные проводящие пенопласты для поверхностного монтажа, тонкие всенаправленные проводящие пенопласты и решения AIR LOOP от Konlida разработаны для решения сложных задач в области электромагнитной совместимости и механических характеристик шарниров, ловких рук, датчиков и кабельных сборок человекоподобных роботов.