人形機器人電磁幹擾屏蔽：導電泡沫的應用

到 2026 年，人形機器人將從簡單的「行走」走向真正的「工作」。

從工廠物料搬運到家事服務、展廳導覽，再到危險環境作業，商業化發展正在加速。現代人形機器人可能擁有超過40個關節馬達、數十個感測器以及超過10公尺的線束。這些電子元件被密集地整合在極其有限的空間內，使得電磁相容性比傳統工業機器人更具挑戰性。

我們先前的指南涵蓋了工業機器人、協作機器人和自動導引車（AGV）的電磁幹擾（EMI）屏蔽解決方案，包括控制櫃、關節和感測器。本文將重點放在快速發展的人形機器人市場，並圍繞四個關鍵領域探討電磁幹擾屏蔽：關節模組、靈巧機械手、感測器和線纜組件。

如需更全面地了解機器人應用，請參閱導電泡沫在工業機器人和AGV中的應用。

1. 人形機器人電磁幹擾屏蔽的挑戰

挑戰一：高度整合的聯合模組

關節模組是人形機器人中結構最密集的區域之一。

一個典型的關節可能包含：

• 無框扭矩電機
• 諧波減速器
• 編碼器
• 馬達驅動板
• 扭力感測器

所有這些組件都可以安裝在直徑僅 50-80 毫米的圓柱形結構內。

EMI屏蔽墊片的可用空間可能只有1-2毫米。

這就造成了一種棘手的工程組合：

尺寸極小 + 電氣接觸可靠 + 持續抗振。

挑戰二：多馬達產生的電磁幹擾

一個人形機器人可以同時操作超過 40 個關節馬達。

每個馬達驅動器都採用高速脈寬調變（PWM）開關，從而產生諧波雜訊。這些幹擾源可能在整個機器人內部相互疊加。

如果雜訊耦合到編碼器或扭力感測器電路中，可能會導致以下結果：

• 位置回饋誤差
• 扭力測量誤差
• 關節震動
• 控制精度降低
• 定位偏差

同時運轉的馬達越多，系統級電磁幹擾屏蔽就越重要。

挑戰三：感測器訊號極弱

人形機器人依靠多種靈敏感測器，其中包括：

• 扭力感測器
• 慣性測量單元
• 觸覺感測器
• 位置感測器

有些感測器訊號只有毫伏甚至微伏特等級。

當馬達或驅動器雜訊耦合到這些訊號路徑時，會直接影響力控制、平衡和運動計算。

因此，對敏感感測器模組進行屏蔽通常需要非常低的壓縮力和高度局部化的電氣接地。

挑戰 4：高密度電纜組件

人形機器人內部包含密集的電纜組件，這些電纜從頭部延伸到軀幹，然後延伸到手臂和腿部。

電源線和訊號線通常並聯敷設。

在強烈的馬達產生的電磁幹擾下，這些電纜會像天線一樣，既接收電磁幹擾，又會輻射電磁幹擾。

因此，屏蔽也必須解決以下問題：

• 電纜入口點
• 連接器
• 分支點
• 長電纜段
• 房屋介面

康力達的微型化經驗

康利達的微型SMT導電泡沫和全嚮導導電泡沫產品已應用於多個機器人專案。

對於高度緊湊的人形機器人關節模組，導電泡棉可以製造到1.5 毫米 × 1 毫米，尺寸公差控制在±0.15 毫米以內。

對於需要精細操作的手部，壓縮力至關重要，薄型全嚮導泡泡棉只需0.1-0.3 毫米的壓縮即可達到低阻抗電接觸。

2. 導電泡沫在人形機器人四個關鍵領域的應用

應用1：關節模組－小型化和抗振性

聯合模組是電磁幹擾屏蔽中最重要且最困難的領域之一。

主要EMI來源

• 馬達驅動板的PWM開關噪音
• 馬達換向噪音
• 電力線傳導噪聲

敏感部件

• 編碼器位置回饋
• 扭力感測器
• 關節控制積體電路

導電泡沫的應用

為什麼要使用SMT墊片而不是彈簧觸點？

關節模組在運作過程中會不斷受到振動和機械衝擊。

傳統的鈹銅彈簧接點在長期振動下容易產生疲勞。相較之下，SMT導電泡棉中使用的矽膠芯具有阻尼特性，有助於吸收機械振動並降低焊接連接處的應力。

有關不同內部結構的詳細信息，請參閱軟SMD接點：比較5種用於EMI接地的內部結構。

在現有的結構中，包裹式擠出矽膠結構特別適用於對抗振性和尺寸穩定性要求較高的緊湊型連接模組。

為什麼要在編碼器周圍使用全嚮導電泡沫？

編碼器周圍的屏蔽空間可能只有1-2 毫米，而編碼器本身可能對機械壓力很敏感。

過度壓縮會影響編碼器系統的機械精度。

全方位導電泡棉只需0.1-0.3毫米的壓縮即可達到低阻抗導電。其XYZ方向的導電特性還能在接觸區域周圍提供電連續性，使其適用於局部近場屏蔽。

應用 2：靈巧之手－極端空間與低壓縮

靈巧的手是精確操作的核心要素。

一隻手可能包含：

• 5-6個微型電機
• 多個觸覺感測器
• 高密度柔性電纜
• 微型控制電子元件

可用空間甚至可能比聯合模組內部還要有限。

電磁幹擾屏蔽要求

觸覺感測器的訊號非常微弱，而微型馬達的 PWM 雜訊可以透過空間或電纜組件耦合到感測器電路中。

導電泡沫的應用

為什麼靈巧的雙手如此難得？

靈巧的手的內部幾何形狀以毫米為單位進行測量。

一根手指的寬度可能只有 10-15 毫米，而同樣的空間必須容納：

• 馬達
• 減速器
• 感應器
• 柔性電纜
• 結構部件

因此，導電材料必須非常小。

同時，壓縮力必須保持在很低的水平。

過大的壓力可能會影響手指的運動、機械摩擦或觸覺感測器的靈敏度。

康利達的微型導電泡沫技術

康利達的導電泡棉可以製造到以下尺寸：

• 1.5毫米×1毫米
• 尺寸公差在±0.15毫米以內
• 導電織物厚度低至0.016 毫米
• 全嚮導電泡沫厚度小於0.5 毫米

這些結構是為傳統屏蔽墊片尺寸過大或產生過大壓縮的應用而設計的。

應用3：感測器模組－保護慣性測量單元和扭力感測器

人形機器人高度依賴慣性測量單元（IMU）和扭矩感測器。

IMU提供以下資訊：

• 加速度
• 角速度
• 機器人定向

扭矩感測器提供有關作用於關節的力的回饋資訊。

這些感測器的精度直接影響平衡、運動控制和力控制。

導電泡沫的應用

為什麼IMU需要特殊的EMI保護？

慣性測量單元（IMU）包含高靈敏度的加速度計和陀螺儀電路。

如果馬達驅動器的 PWM 雜訊耦合到 IMU 的類比訊號路徑中，所產生的干擾會影響姿態計算。

在人形機器人中，這可能表現為：

• 站立穩定性降低
• 行走偏差
• 方向計算錯誤
• 運動精準度降低

因此，IMU 周圍的局部近場屏蔽是整體 EMC 設計的重要組成部分。

對於需要三維電接觸的應用，請參見全方位導電泡棉墊片與標準導電泡棉墊片的比較。

應用 4：電纜組件和連接器－隱藏的電磁幹擾路徑

在電磁幹擾 (EMI) 設計中，電纜組件常常被忽略。

人形機器人的頭部、軀幹、手臂和腿部可能包含數十個電纜組件。這些電纜既傳輸電力也傳輸訊號，因此是電磁幹擾的重要途徑。

導電泡沫的應用

在連接器和外殼的介面處，保持導電通路的連續性尤為重要。即使是很小的斷路也可能成為電磁幹擾洩漏路徑。

3. 人形機器人導電泡沫的特殊要求

人形機器人對導電泡沫的要求比許多傳統電子產品嚴格得多。

因此，合適的電磁幹擾屏蔽材料並非只是屏蔽效能最高的材料。設計必須兼顧電氣連續性、壓縮力、尺寸、重量、抗振性、潔淨度和製造要求等因素。

4. 人形機器人導電泡沫選擇指南

下表為工程師選擇用於不同機器人零件的導電泡沫材料提供了快速參考。

5. 康利達的導電泡沫在機器人領域的應用

1. 小型化和精密製造

人形機器人的關節和靈巧的手部對尺寸提出了極其嚴格的要求。

康利達能夠生產尺寸小至1.5 毫米 × 1 毫米的微型導電泡沫，尺寸公差控制在±0.15 毫米以內。

該公司第四代自動化包裝成型設備，結合線上 CCD 檢測，有助於在大規模生產過程中保持尺寸一致性。

2. 低壓縮解決方案

靈敏的雙手和靈敏的感官無法承受過大的接觸壓力。

Konlida 的全嚮導泡泡棉只需0.1–0.3 毫米的壓縮即可達到低阻抗導電。

根據康利達的產品數據，AIR LOOP導電泡棉結構的壓縮力僅為傳統FOF結構的24% 。

這使其適用於以機械壓力為主要設計限制的應用場合。

3. 內部材料開發

康力達自主研發關鍵材料，包括：

• 超薄導電織物，厚度僅0.016毫米
• 鍍銀全導導電泡沫
• 用於低電壓應用的導電泡沫結構

自主研發材料能夠更好地控制產品客製化、成本和交付。

4. 快速原型製作和工程支持

人形機器人的開發週期很短，機械設計變化很快。

康利達最快可在4 小時內提供原型，並可在設計階段參與，幫助工程師根據以下因素選擇合適的屏蔽結構：

• 關節幾何
• 可用清倉
• 壓縮要求
• 感測器位置
• 接地路徑

5.無塵室生產

觸覺感測器、慣性測量單元和靈巧手組件可能對污染很敏感。

康利達在1000級無塵室中生產相關產品，有助於控制生產過程中的粒狀物污染。

6. 常見問題解答

問題1：常規工業機器人導電泡棉可以直接用於人形機器人關節嗎？

未必。

人形機器人的關節通常比傳統工業機器人的關節更緊湊、整合度更高，因此對小型化和壓縮力提出了更嚴格的要求。

工業機器人關節可以採用傳統的FOF導電泡沫，而人形機器人關節可能需要微型SMT泡沫或薄型全嚮導泡泡沫。

Q2：為什麼建議使用全嚮導泡泡棉材料來屏蔽觸覺感測器？

主要原因是空間有限和對壓力敏感。

全方位導電泡棉只需壓縮約 0.1–0.3 毫米即可實現導電，而 FOF 泡棉通常需要壓縮約 25–30%才能達到其設計的接觸性能。

對於毫米級靈巧手結構而言，較低的壓縮需求使得全嚮導電泡棉更適用。

Q3：人形機器人電磁幹擾屏蔽與無人機電磁幹擾屏蔽有何不同？

主要挑戰有所不同。

對於無人機而言，EMI 設計通常專注於輕量化結構和高頻通訊或視訊傳輸系統。

對於人形機器人而言，主要挑戰包括：

• 極其緊湊的關節模組
• 多台馬達同時運行
• 高靈敏度感測器
• 密集電纜組件
• 低電壓接地要求

人形機器人可能有超過40個馬達同時運轉，而典型的多旋翼無人機通常只有四個主推進馬達。因此，幹擾源的數量和分佈情況截然不同。

有關無人機相關應用，請參閱我們的指南。無人機電磁幹擾屏蔽：導電泡沫的應用。

Q4：康力達是否有實際的機器人專案經驗？

康利達的微型SMT導電泡沫和全嚮導導電泡沫產品已應用於多個機器人專案中，包括：

• 聯合模組接地
• 感測器屏蔽
• 電纜屏蔽

具體專案資訊可根據客戶的應用需求與康利達工程團隊進行討論。

Q5：人形機器人導電泡棉產品需要汽車級認證嗎？

目前人形機器人產業還沒有像汽車產業 AEC-Q 認證那樣普遍適用的強制性要求。

然而，一些領先的人形機器人製造商正在對供應商採取汽車行業的可靠性和可追溯性要求。

Konlida 已獲得 IATF16949 認證，並建立了旨在支援高可靠性應用的生產可追溯性系統。

7. 關於康力達

蘇州康利達精密電子有限公司成立於2006年，專門從事電磁幹擾屏蔽材料和熱管理材料的研發和生產。

核心產品組合

• FOF導電泡沫：通用接地和經濟高效的EMI屏蔽
• SMT導電泡棉：自動化組裝與汽車級選項
• AIR LOOP導電泡棉：具有極低壓縮力的顯示器屏蔽層
• 全方位導電泡棉：適用於緊湊空間的三維導電
• 導電織物/導電聚醯亞胺薄膜：自主研發的核心材料

製造能力

• 45,000平方公尺的生產設施
• 30條導電泡棉生產線
• 12台旋轉式模切機
• 日產能2,000K
• 第四代自動化包裝成型設備
• 1000級無塵室製造
• IATF16949、ISO13485 和 ISO9001 認證

工程能力

• 近20年的電磁幹擾屏蔽經驗
• 材料開發與成品製造一體化
• EMC實驗室和可靠性實驗室
• 最快 4 小時內即可獲得原型回饋
• 擁有1.5毫米×1毫米微型產品的大量生產經驗

結論

人形機器人中的電磁幹擾屏蔽不僅僅是在電子元件周圍添加導電材料。

多台馬達、靈敏的傳感器、緊湊的連接模組、密集的電纜組件以及連續的機械運動相結合，需要屏蔽材料來提供電氣和機械性能。

針對不同的機器人組件：

• 微型SMT導電泡棉適用於緊湊型PCB接地和連接模組。
• 全方位導電泡棉適用於低壓感測器和編碼器屏蔽。
• FOF導電泡沫為一般屏蔽和接地提供了靈活的解決方案。
• AIR LOOP導電泡棉適用於需要極低壓縮力和輕質結構的情況。
• 環形導電泡棉墊圈可為連接器和電纜入口點提供連續屏蔽。

對於人形機器人製造商而言，關鍵在於根據可用空間、壓縮力、振動環境、感測器靈敏度和接地路徑來選擇屏蔽結構，而不僅僅是選擇標稱屏蔽值最高的材料。

Konlida 的微型 SMT 導電泡棉、薄型全嚮導泡泡棉和 AIR LOOP 解決方案旨在滿足人形機器人關節、靈巧的手、感應器和電纜組件對 EMI 和機械性能的嚴格要求。