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來源：艾睿電子 全球的消費者和經濟發展趨勢正在推動工廠對提高靈活性、生產力和效率的需求，工業4.0的快速發展，驅使著機器人變得更加協作、智能，自動化設備能夠更好地承擔復雜的工作。本文將為您介紹工業機器人與自動化技術的發展方向，以及由ADI推出的解決方案，如何協助自動化應用更加智能、更有效率。 驅動工業機器人快速發展的三大趨勢 先進的機器人技術正在提高工廠的生產力，并實現更安全的人機交互，在運動控制、功能安全、先進傳感和系統級設計等領域，驅動著工業機器人的革命性發展，其中加速機器人采用的趨勢主要可分為以下三類。 首先，在全球化的發展趨勢下，為因應消費者行為和期望的變化，以及訂制需求的增加和更快的周轉時間，正迫使制造商改變他們的運營方式，包括更本地化的制造設施、設計和生產線，可以針對不同的產品類型和批量規模快速重新配置，以提升工廠的靈活性。此外，制造商也正面臨著熟練勞動力短缺、勞動力老齡化和員工流動率高的問題。因此，制造商必須轉向提升自動化和靈活性，以跟上需求并保持競爭力。 其次，傳統的工業機器人安裝和操作起來很復雜，但協作機器人（cobots）可以與人類一起工作，并且更容易安裝。以往企業必須花錢請專業工程師，花幾天時間安裝和調試機器人，而目前已經無需專家的協助，就可以設置協作機器人。此外，隨著機器人的成本變得更實惠，自動化的投資回報正在增加，開放式架構讓構建機器人變得更容易，大幅提高機器人應用的普及性。 另一方面，隨著COVID-19的大流行，生產線的靈活性已經是必要的關鍵考慮，采用協作機器人允許通過即插即用界面和簡單、快速的重新編程，可進行快速、無縫的更改，從而允許將機器人從現有工作重新部署到新工作。此外，由于工人必須保持安全社交距離，并采用更高的清潔和消毒程序，機器人則無須擔心這個問題，為以前可能沒有使用過機器人的工作場所，帶來了采用機器人的新機會。 機器人協助人類完成枯燥、骯臟和危險的工作 機器人主要協助人類完成枯燥、骯臟和危險的工作，從而防止因在危險條件下工作而造成的傷害或不利的健康影響。此外，如果工作重復且枯燥，人類往往會犯錯誤，有時會對自己造成身體傷害，而機器人可以重復執行相同的工作而不會出錯。因此，機器人能夠解放人類的能力，去執行更多具有創意的知識性工作，而不是去做枯燥、重復的工作。 另一方面，機器人也被部署到越來越危險的工作中，例如橋梁檢查、化學品泄漏和清理等工作，機器人可在危險區域內移動，并將信息傳回指揮中心，以避免意外與重大傷亡的發生。此外，從這次的疫情來看，機器人也可使供應鏈更加穩健，采用機器人的自動化工廠受到疫情的影響較小，企業不再需要擁有廉價勞動力的大型工廠，減少了疫情對供應鏈所帶來的沖擊。 機器人在工廠中的應用面相當廣泛，像是在功能安全應用中，以往機器人是與工人分開，并被安置在安全籠中，但現在有些機器人已經可以直接與人類互動或靠近人類。一些采用智能夾具和末端執行器的機器人，擴展了機器人可以執行的工作領域，一些即插即用連接器接口可實現易用性和快速工具更換，精確的力量和扭矩傳感和測量，則可提高機器人的生產力。 在基于狀態的監控應用中，可以通過實時監控對機器和系統異常進行早期檢測和診斷。未來的智能工廠則需要人類工人和自動化設備之間的沉浸式協作，運用深度傳感解決方案，對于質量檢測、人身安全、資產管理的體積檢測和自主制造的引導非常重要。 此外，工業通訊也在機器人應用中扮演重要的角色，可以采用有線連接、無線連接技術，此外還需要進行驅動器／逆變器控制、電源和電池管理等技術，來提升機器人的運作效率。 全面性推動機器人技術革命 ADI一直致力于推動機器人革命的各種技術，以提高工廠車間的生產力，使用ADI的可擴展平臺技術和軟件解決方案，優化控制系統以提高效率，并與機器人安全協作，協助客戶共創數字化轉型之旅。 數字化工廠車間可通過改進運營來提高生產力，像是用于物料搬運的自主移動機器人（AMR），使工廠內的物料處理流程將變得更加智能和靈活。利用ADI的MEMS傳感、智能處理、3D飛行時間（ToF）和機器學習技術，AMR可以安全、自主地移動材料，無需物理導軌或標記。 ADI的基于狀態的監控解決方案（例如Voyager 3）正在消除計劃外停機時間，并延長資產使用壽命。ADI擁有端到端解決方案，可對各種參數進行穩健可靠的監控，以確定資產的健康狀況，包括ADI OtoSense™，這是一種基于AI的完整交鑰匙硬件和軟件解決方案。 此外，可與人類一起工作的協作機器人提高了生產力，并推動了輸出質量的一致性。采用創新的視覺傳感技術和復雜的算法，ADI正在為人類實現更高效的運營和更安全的工廠車間。 互聯企業要求在工廠車間部署的所有設備都連接到中央控制系統，并連接到企業云。ADI的有線和無線解決方案能夠可靠地捕獲新的高帶寬數據流、實時通信控制命令，以實現生產單元互連，而ADI的時間敏感網絡（TSN）技術正在實現IT和OT企業網絡融合的互操作性。 運動控制則是智能制造的核心組成部分，支持敏捷性和可持續性。ADI Trinamic在低壓直流和步進電機方面的運動控制專業知識，與ADI在中高功率交流驅動器和伺服系統方面的領先技術相結合，可實現新型智能運動解決方案。 完整的工業自動化關鍵技術和解決方案 ADI的工業自動化關鍵技術和解決方案，致力于解決當今和未來的自動化挑戰，提供最高性能精密模擬器件，采用ADI精密技術來精確測量真實世界的信號，從而準確控制、監控和解譯自動化設備中發現的各種低帶寬和寬帶寬信號。ADI的高精度模擬轉換器、線性和信號調理產品組合，提供可滿足所有性能、功率、成本和尺寸需求的產品。 ADI領先的傳感技術，可支持和增強工業系統，以實現精確定位、人機之間更安全的協作，以及實時資產健康監測。MEMS加速度計可準確檢測加速度、傾斜、沖擊和振動，而ADI的3D ToF圖像傳感平臺，可實現高質量的遠程深度傳感。ADI的3D ToF深度傳感技術結合了低噪聲、高分辨率和低延遲，正在推動機器視覺在AMR和協作機器人部署中，用于物體檢測、尺寸標注和避障。 ADI廣泛的電源管理產品組合提供了小尺寸、高效率的智能電源解決方案，同時降低了能耗，使低碳足跡生產成為現實。從納安到兆瓦，ADI的電源產品和設計工具，可幫助客戶加快上市時間，同時提供一流的性能和可靠性。 ADI的數字隔離器、隔離式收發器、隔離式ADC和隔離式柵極驅動器，利用iCoupler®、isoPower®和μModule® BGA數字隔離技術，實現穩健、可靠和安全的系統。 使用ADI超低功耗、安全的微控制器，是量身定制的資源優化處理解決方案，可提高終端設備的智能性和功能性，非常適合現場儀器、機器人設備和狀態監測平臺等邊緣節點設備。 ADI在機器人與自動化應用的產品相當多樣與全面，以下將為您重點介紹ADI的幾款產品供您參考。 高性能隔離式SiC柵極驅動器 ADI ADuM4146是一款具有集成米勒鉗位的隔離式SiC（碳化硅）柵極驅動器，是針對高性能SiC應用的增強型1500 V隔離進行優化的產品，這種單通道柵極驅動器針對驅動SiC MOSFET進行了優化，并允許單極或雙極操作，采用iCoupler®技術可在輸入信號和輸出柵極驅動之間提供隔離。 ADuM4146集成了一個去飽和檢測電路，可針對高壓短路SiC運行提供保護。如果需要更高的抗噪能力，內部消隱開關允許添加外部電流源，次級欠壓鎖定（UVLO）設置為常見的SiC電平。 集成的米勒鉗位通過防止米勒效應引起的導通，可以充分利用SiC的更快開關速度。ADuM4146具備業界領先的共模瞬態抗擾度（CMTI），可確保在快速切換期間不會出現柵極時序錯誤，具有更快的開關，沒有任何dV/dt引起的擊穿或時序錯誤，提高了電源轉換器的效率。 ADuM4146可廣泛應用于SiC功率模塊、電源、光伏逆變器、電機驅動，擁有業界最快的短路保護（SCP）響應時間，以及改進的DESAT消隱和噪聲響應，支持DESAT故障報告和軟關機。ADuM4146是高速SiC器件開關解決方案，支持雙極驅動（負電源），包括用于+15 V/–3 V的第三代SiC器件，支持內部米勒鉗位，用于集成解決方案，可減少組件數量，高CMTI（150 kV/μs min）可確保柵極驅動器能夠承受SiC器件的高dV/dt。 想要評估ADuM4146可采用EVAL-ADuM4146WHB1Z這款半橋柵極驅動器板，可驅動先進的Wolfspeed第三代C3M™ SiC MOSFET和電源模塊時，簡單評估ADuM4146的性能，并可將EVAL-ADuM4146WHB1Z與Wolfspeed的鉗位電感負載（CIL）測試板或半橋評估板和差分收發器板結合使用。 EVAL-ADuM4146WHB1Z已針對Wolfspeed SiC MOSFET和功率模塊進行優化，可兼容Wolfspeed CIL測試板和半橋評估板，支持高頻、超快開關操作，具備差分輸入提高抗噪能力，提供輸入輸出側UVLO，以及支持短路保護、直通保護聯鎖、內部米勒鉗位，具有故障和就緒指示燈，可進行隔離式NTC熱敏電阻測量，采用12 V電源輸入。 
先進的高度集成AMR傳感器 ADI ADA4570是一款各向異性磁阻（AMR）傳感器，具有集成的信號調理放大器和模數轉換器（ADC）驅動器。ADA4570可產生四個模擬輸出，指示周圍磁場的角位置，組合形成單個傳感通道。 ADA4570由一個封裝內的兩個芯片、一個AMR傳感器和一個固定增益儀表放大器組成。ADA4570可提供與旋轉磁場角度相關的干凈且放大的差分余弦和正弦輸出信號，輸出電壓范圍與電源電壓成比例，片上溫度傳感器用于校正傳感器隨溫度變化的變化。 ADA4570可用于各種應用，包括需要絕對位置測量（線性角度和線性）的應用，例如無刷直流（BLDC）電機控制和定位、執行器控制、非接觸式角度測量和磁性角度位置傳感。
BLDC伺服驅動器的開源硬件參考設計 ADI TMCM-1617-GRIP-REF是TMCM-1617 BLDC伺服驅動器的開源硬件參考設計。為了用于機器人夾持器應用，該板設計為標準夾持器電子外形，它能夠通過EtherCAT®、IO-Link®，或Trinamic基于RS485的TMCL協議控制BLDC電機。此外，該板還具有可配置的模擬輸出和輸入通道，以及可配置的數字輸出和輸入通道，使用Maxim的MAX22000和MAX14906工業IO解決方案。 TMCM-1617-GRIP-REF可用于評估單軸BLDC伺服驅動器，支持最高2.5A RMS的電機電流，采用+24V標稱電源電壓（+20V至+28V），支持數字霍爾傳感器接口、ABN編碼器接口，具有4個數字+24V I/O（高邊開關、推挽驅動器，或1型和3型，或2型數字輸入），以及1個模擬輸出（±12.5V輸出電壓范圍，或±25mA或±2.5mA輸出電流范圍），還有1個差分模擬輸入（±15V、±2.5V、±500mV、±250mV和±125mV輸入電壓范圍），可應用于機器人夾持器。 結語 隨著機器人技術的快速發展，人們可從枯燥、骯臟和危險的工作中解放出來，來從事更多具有創造力與價值的工作。ADI針對機器人與自動化應用，推出了先進、全面的產品與解決方案，為實現工業4.0的愿景提供實質有效的協助，這也代表著其背后廣大應用市場的無限商機。 |
