人形机器人电磁干扰屏蔽：导电泡棉应用

到 2026 年，人形机器人将从简单的“行走”走向真正的“工作”。

从工厂物料搬运到家政服务、展厅导览，再到危险环境作业，商业化发展正在加速。现代人形机器人可能拥有超过40个关节电机、数十个传感器以及超过10米的线束。这些电子元件被密集地集成在极其有限的空间内，使得电磁兼容性比传统工业机器人更具挑战性。

我们之前的指南涵盖了工业机器人、协作机器人和自动导引车（AGV）的电磁干扰（EMI）屏蔽解决方案，包括控制柜、关节和传感器。本文将重点关注快速发展的人形机器人市场，并围绕四个关键领域探讨电磁干扰屏蔽：关节模块、灵巧机械手、传感器和线缆组件。

如需更全面地了解机器人应用，请参阅导电材料 泡棉 在工业机器人和自动导引车中的应用。

1. 人形机器人电磁干扰屏蔽面临的挑战

挑战一：高度集成的联合模块

关节模块是人形机器人中结构最密集的区域之一。

一个典型的关节可能包含：

• 无框力矩电机
• 谐波减速器
• 编码器
• 电机驱动板
• 扭矩传感器

所有这些组件都可以安装在直径仅为 50-80 毫米的圆柱形结构内。

EMI屏蔽垫片的可用空间可能只有1-2毫米。

这就造成了一种棘手的工程组合：

尺寸极小 + 电气接触可靠 + 持续抗振。

挑战二：多电机产生的电磁干扰

一个人形机器人可以同时操作超过 40 个关节电机。

每个电机驱动器都采用高速脉宽调制（PWM）开关，从而产生谐波噪声。这些干扰源可能在整个机器人内部相互叠加。

如果噪声耦合到编码器或扭矩传感器电路中，可能会产生以下结果：

• 位置反馈误差
• 扭矩测量误差
• 关节振动
• 控制精度降低
• 定位偏差

同时运行的电机越多，系统级电磁干扰屏蔽就越重要。

挑战三：传感器信号极弱

人形机器人依靠多种灵敏传感器，其中包括：

• 扭矩传感器
• 惯性测量单元
• 触觉传感器
• 位置传感器

有些传感器信号只有毫伏甚至微伏级别。

当电机或驱动器噪声耦合到这些信号路径中时，会直接影响力控制、平衡和运动计算。

因此，对敏感传感器模块进行屏蔽通常需要非常低的压缩力和高度局部化的电气接地。

挑战 4：高密度电缆组件

人形机器人内部包含密集的电缆组件，这些电缆从头部延伸到躯干，再延伸到手臂和腿部。

电源线和信号线通常并联敷设。

在强烈的电机产生的电磁干扰下，这些电缆会像天线一样，既接收电磁干扰，又辐射电磁干扰。

因此，屏蔽还必须解决以下问题：

• 电缆入口点
• 连接器
• 分支点
• 长电缆段
• 房屋接口

康丽达的小型化经验

康丽达 的微型SMT 导电 泡棉和全向导电 泡棉 产品已在多个机器人项目中得到应用。

对于高度紧凑的人形机器人关节模块，导电泡棉可以制造到1.5毫米×1毫米，尺寸公差控制在±0.15毫米以内。

对于需要精细操作的手，压缩力至关重要，薄型全向导电材料泡棉只需0.1-0.3毫米的压缩即可实现低阻抗电接触。

2. 导电性泡棉在四大关键人形机器人领域的应用

应用1：关节模块——小型化和抗振性

联合模块是电磁干扰屏蔽中最重要也是最困难的领域之一。

主要EMI来源

• 电机驱动板的PWM开关噪声
• 电机换向噪声
• 电力线传导噪声

敏感部件

• 编码器位置反馈
• 扭矩传感器
• 关节控制集成电路

导电泡棉应用

为什么使用SMT垫片而不是弹簧触点？

关节模块在运行过程中会不断受到振动和机械冲击。

传统的铍铜弹簧触点在长期振动下容易产生疲劳。相比之下，SMT导电材料中使用的硅芯泡棉具有阻尼特性，有助于吸收机械振动并降低焊接连接处的应力。

有关不同内部结构的详细信息，请参阅软性SMD触点：比较5种用于EMI接地的内部结构。

在现有的结构中，包裹式挤出硅胶结构特别适用于对抗振性和尺寸稳定性要求较高的紧凑型连接模块。

为什么要在编码器周围使用全向导电泡棉？

编码器周围的屏蔽空间可能只有1-2 毫米，而编码器本身可能对机械压力很敏感。

过度压缩会影响编码器系统的机械精度。

全向导电材料泡棉只需0.1-0.3毫米的压缩即可实现低阻抗导电。其XYZ导电特性还能在接触区域周围提供电连续性，使其适用于局部近场屏蔽。

应用 2：灵巧之手——极端空间和低压缩

灵巧的手是进行精确操作的核心要素。

一只手可能包含：

• 5-6个微型电机
• 多个触觉传感器
• 高密度柔性电缆
• 微型控制电子器件

可用空间甚至可能比联合模块内部还要有限。

电磁干扰屏蔽要求

触觉传感器的信号非常微弱，而微型电机的 PWM 噪声可以通过空间或电缆组件耦合到传感器电路中。

导电泡棉应用

为什么灵巧的双手如此难得？

灵巧的手的内部几何形状以毫米为单位进行测量。

一根手指的宽度可能只有 10-15 毫米，而同样的空间却必须容纳：

• 电机
• 减速器
• 传感器
• 柔性电缆
• 结构部件

因此，导电材料必须非常小。

同时，压缩力必须保持在很低的水平。

过大的压力可能会影响手指的运动、机械摩擦或触觉传感器的灵敏度。

康丽达 的微型导电 泡棉 能力

康丽达的导电泡棉可以制造到：

• 1.5毫米×1毫米
• 尺寸公差在±0.15毫米以内
• 导电织物厚度低至0.016 毫米
• 全向导电泡棉厚度小于0.5毫米

这些结构是为传统屏蔽垫片尺寸过大或产生过大压缩的应用而设计的。

应用3：传感器模块——保护惯性测量单元和扭矩传感器

人形机器人高度依赖惯性测量单元（IMU）和扭矩传感器。

IMU提供以下信息：

• 加速度
• 角速度
• 机器人定向

扭矩传感器提供有关作用于关节的力的反馈信息。

这些传感器的精度直接影响平衡、运动控制和力控制。

导电泡棉应用

为什么IMU需要特殊的EMI保护？

惯性测量单元（IMU）包含高灵敏度的加速度计和陀螺仪电路。

如果电机驱动器的 PWM 噪声耦合到 IMU 的模拟信号路径中，由此产生的干扰会影响姿态计算。

在人形机器人中，这可能表现为：

• 站立稳定性降低
• 行走偏差
• 方向计算错误
• 运动精度降低

因此，IMU 周围的局部近场屏蔽是整体 EMC 设计的重要组成部分。

对于需要三维电接触的应用，请参见全向导电泡棉垫片与标准导电泡棉垫片的比较。

应用 4：电缆组件和连接器——隐藏的电磁干扰路径

在电磁干扰 (EMI) 设计中，电缆组件常常被忽略。

人形机器人的头部、躯干、手臂和腿部可能包含数十个电缆组件。这些电缆既传输电力也传输信号，因此是电磁干扰的重要途径。

导电泡棉应用

在连接器和外壳的接口处，保持导电通路的连续性尤为重要。即使是很小的断路也可能成为电磁干扰泄漏通路。

3. 人形机器人导电体的特殊要求 泡棉

人形机器人对导电性能的要求比许多传统电子产品更为严格。

因此，合适的电磁干扰屏蔽材料并非仅仅是屏蔽效能最高的材料。设计必须兼顾电气连续性、压缩力、尺寸、重量、抗振性、洁净度和制造要求等因素。

4. 人形机器人导电泡棉选型指南

下表为工程师选择用于不同机器人组件的导电材料 泡棉 提供了快速参考。

5. 康丽达 的导电 泡棉 机器人能力

1. 小型化和精密制造

人形机器人的关节和灵巧的手部对尺寸提出了极其严格的要求。

康丽达 可以制造尺寸小至1.5 mm × 1 mm 的微型导电 泡棉，尺寸公差控制在±0.15 mm以内。

该公司第四代自动化包装成型设备，结合在线 CCD 检测，有助于在大规模生产过程中保持尺寸一致性。

2. 低压缩解决方案

灵巧的双手和灵敏的感官无法承受过大的接触压力。

康丽达 的全向导电 泡棉 仅需0.1–0.3 毫米的压缩即可实现低阻抗导电。

根据康丽达的产品数据，AIR LOOP导电泡棉结构的压缩力仅为传统FOF结构的24% 。

这使其适用于以机械压力为主要设计限制的应用场合。

3. 内部材料开发

康丽达 内部开发关键材料，包括：

• 超薄导电织物，厚度仅为0.016毫米
• 镀银全向导电泡棉
• 用于低压应用的导电泡棉结构

自主研发材料能够更好地控制产品定制、成本和交付。

4. 快速原型制作和工程支持

人形机器人的开发周期很短，机械设计变化很快。

康丽达 最快可在4 小时内提供原型，并可在设计阶段参与，帮助工程师根据以下因素选择合适的屏蔽结构：

• 关节几何
• 可用清仓
• 压缩要求
• 传感器位置
• 接地路径

5.洁净室生产

触觉传感器、惯性测量单元和灵巧手组件可能对污染很敏感。

康丽达 在1000 级洁净室中生产相关产品，有助于控制生产过程中的颗粒物污染。

6. 常见问题解答

Q1：常规工业机器人导电材料泡棉能否直接用于人形机器人关节？

未必。

人形机器人的关节通常比传统工业机器人的关节更紧凑、集成度更高，因此对小型化和压缩力提出了更严格的要求。

工业机器人关节可采用传统的FOF导电材料泡棉，而人形机器人关节可能需要微型SMT泡棉或薄型全向导电材料泡棉。

Q2：为什么建议使用全向导电泡棉作为触觉传感器屏蔽材料？

主要原因是空间有限和对压力敏感。

全向导电材料 泡棉 只需约0.1–0.3 毫米的压缩即可实现导电，而 FOF 泡棉 通常需要约25–30% 的压缩才能达到其设计的接触性能。

对于毫米级灵巧手结构，较低的压缩要求可以使全向导电泡棉更合适。

Q3：人形机器人电磁干扰屏蔽与无人机电磁干扰屏蔽有何不同？

主要挑战有所不同。

对于无人机而言，EMI 设计通常侧重于轻量化结构和高频通信或视频传输系统。

对于人形机器人而言，主要挑战包括：

• 极其紧凑的关节模块
• 多台电机同时运行
• 高灵敏度传感器
• 密集电缆组件
• 低压接地要求

人形机器人可能有超过40个电机同时运转，而典型的多旋翼无人机通常只有四个主推进电机。因此，干扰源的数量和分布情况截然不同。

有关无人机相关应用，请参阅我们的指南。无人机电磁干扰屏蔽：导电泡棉应用。

Q4：康丽达是否有实际的机器人项目经验？

康丽达 的微型 SMT 导电 泡棉 和全向导电 泡棉 产品已应用于多个机器人项目中，包括：

• 联合模块接地
• 传感器屏蔽
• 电缆屏蔽

具体项目信息可根据客户的应用需求与康丽达工程团队进行讨论。

Q5：人形机器人导电产品是否需要汽车级认证？

目前人形机器人行业还没有像汽车行业 AEC-Q 认证那样普遍适用的强制性要求。

然而，一些领先的人形机器人制造商正在对供应商采取汽车行业的可靠性和可追溯性要求。

康丽达 已获得 IATF16949 认证，并建立了旨在支持高可靠性应用的生产可追溯性系统。

7. 关于 康丽达

苏州精密电子有限公司成立于2006年，专业从事电磁屏蔽材料和热管理材料的研发和生产。

核心产品组合

• FOF导电泡棉：通用接地和经济高效的EMI屏蔽
• SMT导电泡棉：自动化组装和汽车级选项
• AIR LOOP导电泡棉：具有极低压缩力的显示器屏蔽
• 全方位导电 泡棉：紧凑空间的三维导电
• 导电织物/导电聚酰亚胺薄膜：自主研发的核心材料

制造能力

• 45,000平方米的生产设施
• 30 条导电 泡棉 生产线
• 12台旋转模切机
• 日产能2,000K
• 第四代自动化包装成型设备
• 1000级洁净室制造
• IATF16949、ISO13485 和 ISO9001 认证

工程能力

• 近20年的电磁干扰屏蔽经验
• 材料开发与成品制造一体化
• EMC实验室和可靠性实验室
• 最快 4 小时内即可获得原型反馈
• 拥有1.5毫米×1毫米微型产品的批量生产经验

结论

人形机器人的电磁干扰屏蔽不仅仅是在电子元件周围添加导电材料。

多台电机、灵敏的传感器、紧凑的连接模块、密集的电缆组件以及连续的机械运动相结合，需要屏蔽材料来提供电气和机械性能。

针对不同的机器人组件：

• 微型SMT导电泡棉适用于紧凑型PCB接地和连接模块。
• 全向导电泡棉适用于低压传感器和编码器屏蔽。
• FOF导电泡棉为一般屏蔽和接地提供了灵活的解决方案。
• AIR LOOP 导电 泡棉适用于需要极低压缩力和轻质结构的情况。
• 环形导电垫圈可在连接器和电缆入口点周围提供连续屏蔽。

对于人形机器人制造商而言，关键在于根据可用空间、压缩力、振动环境、传感器灵敏度和接地路径来选择屏蔽结构，而不仅仅是选择标称屏蔽值最高的材料。

康丽达 的微型 SMT 导电 泡棉、薄型全向导电 泡棉 和 AIR LOOP 解决方案旨在满足人形机器人关节、灵巧的手、传感器和电缆组件的苛刻 EMI 和机械要求。