Robotik-Leiterplattenmontage

Welche Funktionen sollte eine Robotics-PCBA haben?

PCBA (Printed Circuit Board Assembly) kann leistungsfähigere Funktionen als bloße PCB (Printed Circuit Board) ausführen und den Betrieb von Robotern unterstützen. PCBAs, die in der Roboterfertigung verwendet werden, weisen typischerweise die folgenden Eigenschaften auf:

• Hohe Zuverlässigkeit

  Roboter müssen rauen Umgebungen wie Vibrationen, Stößen, Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen, Staub und elektromagnetischen Störungen standhalten. Das bedeutet, dass die PCBAs äußerst zuverlässig und widerstandsfähig sein müssen.

  Anforderungen: strenge Materialauswahl (Komponenten in Industrie- und Automobilqualität), hoher Fertigungsstandard (IPC-Klasse 3), umfase Zuverlässigkeitsprüfung

• Hohe Dichte und Miniaturisierung
  

  Das Design von Robotern wird immer anspruchsvoller und miniaturisiert, insbesondere bei Drohnen und Servicerobotern, wo der Platz für Leiterplatten begrenzt ist und kleinere PCBAs erforderlich sind.

  Anforderungen: Mehrschichtige Leiterplatten (HDI-Technologie), präzises BGA/QFN-Gehäuse, starr-flexible Leiterplatten

• Signalintegrität und EMI/EMV
  

  Roboter sind aufgrund ihres komplexen Signaldesigns, das eine Vielzahl interner Signalmodule, Sensoren usw. umfasst, anfällig für Störungen.

  Anforderungen: gutes PCB-Layoutdesign für die Robotik, strenge EMC/EMI-Testzertifizierung, gutes Erdungs- und Abschirmungsdesign, Impedanzkontrolle

• Krafthandhabung
  

  Da die Roboter von Hochleistungsmotoren angetrieben werden, sind effektive Lösungen zur Wärmeableitung erforderlich, um die Leistung zu gewährleisten.

  Anforderungen: Schwere Kupferschicht, große Stromkreise, effizientes Wärmemanagement

• Robuste Steckverbinder und SchnittsTellen
  

  Die SchnittsTellen des Roboters müssen häufig ein- und ausgesteckt werden, während bewegliche Gelenkteile robuste SchnittsTellen erfordern. Daher erfordert PCBA in der Robotik die Verwendung hochwertiger, langlebiger Steckverbinder sowie ein vibrationssicheres und sich löes Design.

Schlüsselkomponenten für die Robotik-PCBA

• Mikrocontroller

  Mikrocontroller sind das „Gehirn“ des Roboters und für die Verarbeitung von Eingaben und die Verwaltung seiner gesamten Abläufe verantwortlich. Die Hauptfunktion von Mikrocontrollern besteht darin, neben der Verarbeitung jeglicher Dateneingabe auch die gesamten Funktionen eines Roboters zu verwalten.

• Motortreiber

  Motortreiber nehmen in Robotersystemen viel Platz ein, beispielsweise in eingebetteten Steuerungen, die die Richtung und Geschwindigkeit von Motoren steuern.

• Netzteil
  

  Sie versorgen Leiterplatten und andere Komponenten direkt mit Strom.

• Sensoren und Aktoren
  

  Die Aufgabe der Sensoren besteht darin, wichtige Informationen zu sammeln, die von den Gyroskopen, Kameras oder Beschleunigungsmessern des Roboters benötigt werden.

  Die Aktuatoren sollen elektrische Energie in mechanische Bewegungen umwandeln, Alleerdings unter Steuerung durch Befehle von Mikrocontrollern.

• Kommunikationsmodule
  

  Über einige Blöcke kann der Roboter problemlos über Netzwerke oder Software wie Ethernet-Module, WLAN oder Bluetooth eine Verbindung zu anderen Instrumenten im Roboter hersTellen.

• Unterstützende Schaltungen
  

  Unterstützende Schaltkreise wie Widerstände und Dioden tragen zur Spannungsstabilisierung bei und schützen integrierte Schaltkreise und Module.

Trends bei der Leiterplattenbestückung in der Robotik

Robotics PCBA wird in Zukunft weitere Veränderungen und Entwicklungen erleben:

• Durch die direkte Integration von Edge-Computing-Funktionen in die PCBA ermöglichen KI-Chips robotergestützte PCBA-Design-Upgrades.

• Höhere Modularität und Integration: Nutzen Sie SoM-Anwendungen (System on Module), um das Design zu vereinfachen.

• Drahtlos und Flexibilität: Mehr drahtlose Konnektivität und flexible Leitungen in speziellen Bereichen, wie z. B. Gelenken.

• Nachhaltige Fertigung: Erhöhte Nachfrage nach umweltfreundlichen Materialien und Verfahren sowie Recycling.