32、机器人与无人机电子系统散热及控制优化研究

机器人与无人机电子系统散热及控制优化研究

1. 机器人电子元件冷却系统研究

近年来，机器人技术发展迅猛，应用领域广泛，涵盖汽车、医疗、家庭服务和娱乐等多个行业。随着中小型机器人的发展趋势，电子元件因空间限制变得更小，元件聚集和功率需求增加导致温度上升，成为影响机器人运行和寿命的关键问题。同时，塑料材料的广泛使用也因导热性差加剧了这一问题。

降低电子元件的工作温度对提高其可靠性至关重要。研究表明，将元件工作温度降低 50%可使故障率降低 5 - 10 倍，半导体结温降低 10 摄氏度可使故障率减半。因此，在机器人和机电一体化行业中，使用散热系统来散发电子元件产生的热量是必不可少的。

散热系统通过热传递将热量释放到环境中，热传递方式主要有对流、传导和辐射三种。常见的散热系统基于散热器和热管，它们可以利用这三种过程来散热。

• 散热器系统 ：散热器通常由高导热材料（如铝或铜）制成，与发热元件接触。热量通过热传导被散热器底座吸收，然后通过对流或热辐射散发到环境中。
• 热管系统 ：热管由具有良好热性能的材料（通常是铜）制成，内部有工作介质（如水、乙二醇），还包括一个吸液芯和一个散热器。热管的一端（蒸发器）吸收电子元件产生的热量，使工作介质汽化，然后热量传递到另一端（冷凝器）与散热器接触。在这里，工作介质冷凝，热量通过散热器的对流和辐射散发到环境中。

这些散热系统主要应用于具有印刷电路板（PCB）的设备中，包括工业机器人、步进机器人、医疗机器人、家用机器人和农业机器人等。例如，Big Dog 步进机器人使用了两个基于散热器的冷却系统