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作者：安富利 隨著(zhù)工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，工廠(chǎng)自動(dòng)化已成為制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。自動(dòng)化驅動(dòng)生產(chǎn)力，生產(chǎn)力則推動(dòng)盈利。幾十年來(lái)，機器人一直是制造工廠(chǎng)自動(dòng)化的重要組成部分。傳統的工業(yè)機器人以其高效率和精確性在制造業(yè)中占據了主導地位。然而，隨著(zhù)智能化和柔性制造的需求日益增長(cháng)，傳統機器人的局限性逐漸顯現。 近年來(lái)出現了一種新趨勢——協(xié)作機器人，又稱(chēng)“協(xié)作型機器人”或“Cobots”，正迅速成為工廠(chǎng)自動(dòng)化的新寵。與傳統的工業(yè)機器人不同，協(xié)作機器人強調與人類(lèi)工人的互動(dòng)與協(xié)同，它們是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的一股清新之風(fēng)，代表了自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)新方向。 協(xié)作機器人：打破傳統，共創(chuàng )未來(lái)工廠(chǎng) 協(xié)作機器人自2000年代初開(kāi)始受到認可。協(xié)作機器人的最大特點(diǎn)是其與人類(lèi)工人的協(xié)同工作能力。它們設計用于直接與人類(lèi)共享工作空間，而無(wú)需傳統工業(yè)機器人那樣的安全柵欄或隔離措施。在很多現代化工廠(chǎng)中，協(xié)作機器人不再是單純的機械替代，而是成為人類(lèi)工作者的“同事”。它們可以在需要高度靈活性和創(chuàng )造力的場(chǎng)合中輔助人類(lèi)，使生產(chǎn)過(guò)程更加高效和個(gè)性化。 過(guò)去10年間，協(xié)作機器人經(jīng)歷了顯著(zhù)的增長(cháng)，預計這一趨勢將持續下去。據分析機構Grand View Research預測，從2023年到2030年，這項技術(shù)的復合年增長(cháng)率（CAGR）將達到32%，全球市場(chǎng)規模將從當年的15.8億美元增長(cháng)到2030年的110.4億美元。 具體到中國市場(chǎng)也是一樣，在技術(shù)進(jìn)步的帶動(dòng)、市場(chǎng)需求的牽引以及國家利好政策的支持等因素的共同推動(dòng)下，協(xié)作機器人產(chǎn)業(yè)穩步發(fā)展，市場(chǎng)規模不斷擴大。據高工機器人產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）預測，未來(lái)協(xié)作機器人行業(yè)將進(jìn)入平穩增長(cháng)期，預計至2026年，中國協(xié)作機器人的年銷(xiāo)量將接近10萬(wàn)臺，市場(chǎng)規模將超過(guò)60億元人民幣。尤其是在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，協(xié)作機器人扮演著(zhù)非常重要的角色，將成為制造業(yè)向智能化、自動(dòng)化轉型升級的重要推手，有著(zhù)廣闊的應用前景。 利用協(xié)作機器人承擔高精度、高度重復和復雜的任務(wù)，以提高工廠(chǎng)效率，降低生產(chǎn)成本，是打造自動(dòng)化智能制造工廠(chǎng)的重要一環(huán)。舉例來(lái)講，早在數年前推出的ABB YuMi 14軸雙臂協(xié)作機器人，改變了機器人和自動(dòng)化世界。它專(zhuān)為小部件裝配等需要高精度和靈活性的精細操作而設計。YuMi的雙臂可以共同或獨立工作，使其能夠執行通常需要多個(gè)機器人或人類(lèi)操作員的復雜任務(wù)。 
ABB YuMi 考慮到協(xié)作機器人對高精度和靈活性的追求，在設計時(shí)需要采用多軸電機控制。為此，安富利的行業(yè)合作伙伴意法半導體開(kāi)發(fā)了，由基于Cortex®-M7內核的STM32F767ZI微控制器、STDRIVE101柵極驅動(dòng)器和STH270N8F7-2功率MOSFET組成的STEVAL-ETH001V1套件，可以幫助開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)面向協(xié)作機器人的多軸PMSM位置伺服驅動(dòng)應用。STEVAL-ETH001V1能夠提供最大700 W的輸出功率，同時(shí)支持Ethercat實(shí)時(shí)通信協(xié)議和正交編碼器接口。 尤其值得關(guān)注的是，安富利還與意法半導體針對馬達控制應用，建立了聯(lián)合實(shí)驗室，為客戶(hù)的設計及產(chǎn)品化提供支持及完整解決方案。
STEVAL-ETH001V1套件 協(xié)作機器人的主要優(yōu)勢在于它們能夠執行重復性高、危險或對人類(lèi)不友好的任務(wù)，同時(shí)也能在更加復雜和精細的操作中發(fā)揮作用。在許多行業(yè)中，例如汽車(chē)、電子、食品和藥品制造，協(xié)作機器人已經(jīng)開(kāi)始承擔起組裝、包裝、檢查和搬運等多種任務(wù)。它們的多功能性和易于部署的特性，使得企業(yè)能夠更快地響應市場(chǎng)變化和客戶(hù)需求。這種人機共處的工作方式不僅提高了工作效率，還增強了工作環(huán)境的靈活性。工人可以在需要時(shí)親自介入操作，實(shí)現更細致的控制和更高效的工作流程。 此外，實(shí)時(shí)性控制是保障協(xié)作機器人安全操作的前提，也是多機合作的基礎。TSN （Time-Sensitive Network，TSN）的引入為協(xié)作機器人技術(shù)等領(lǐng)域的實(shí)時(shí)應用帶來(lái)了巨大的潛力和機會(huì )。例如， TSN可以實(shí)現對協(xié)作機器人的實(shí)時(shí)控制和協(xié)同操作，提高生產(chǎn)效率和安全性；與此同時(shí)，TSN還可以實(shí)現機器人之間的實(shí)時(shí)協(xié)作和協(xié)調，提高機器人系統的靈活性和響應能力。 在這方面，安富利的行業(yè)合作伙伴之一恩智浦提供的解決方案組合，可為推進(jìn)自動(dòng)化的安全網(wǎng)絡(luò )設備提供基礎器件，包括功能豐富的微控制器（例如i.MX RT1180）、帶有集成安全和離散安全元件的處理器（例如LS1028A）、軟件堆棧和開(kāi)發(fā)板（例如LS1028ARDB）。恩智浦的解決方案組合支持廣泛的工業(yè)協(xié)議，如EtherCAT、Profinet、Ethernet/IP或CC Link IE，以及較新的TSN和基于OPC-Ua的協(xié)議，能夠助力實(shí)現協(xié)作機器人的無(wú)縫連接和安全互操作性。 協(xié)作機器人：安全是重中之重 關(guān)于協(xié)作機器人，首要考慮的問(wèn)題往往是：它們是否安全地與人類(lèi)共同工作？2016年發(fā)布的ISO/TS 15066是一個(gè)里程碑，它為協(xié)作機器人的安全運行提供了詳盡的國際標準。這些標準包括機器人的功率、速度和力量限制，所需的安全控制系統、人機工程學(xué)、操作員培訓，以及必要的風(fēng)險評估。通過(guò)遵循這些標準，制造商能夠設計出既能高效協(xié)作又能確保人類(lèi)同事安全的機器人。 安全是協(xié)作機器人領(lǐng)域的重中之重。持續的創(chuàng )新和改進(jìn)將引領(lǐng)協(xié)作機器人邁向更加智能和安全的未來(lái)。因此，為了確保協(xié)作機器人在快速變化的工廠(chǎng)自動(dòng)化環(huán)境中既安全又能與人類(lèi)高效協(xié)作，需要考慮以下四個(gè)關(guān)鍵方面： 感知能力： 高級傳感器使得協(xié)作機器人能夠實(shí)時(shí)感知周?chē)h(huán)境，包括人類(lèi)同事的位置和行動(dòng)。這種感知能力是實(shí)現安全協(xié)作的基礎。 安全傳感器主要有位置傳感器、紅外接近傳感器、TOF、超聲波傳感器，毫米波雷達等等。其中，Vishay（威世）的RAME系列旋轉磁絕對值位移編碼器，具有高精度高分辨率、即插即用、不需要任何校準安裝、體積小等特性，適合于機器人手臂關(guān)節等嵌入式設備所適用的高精度和可重復性應用場(chǎng)景。意法半導體的VL53L4CD TOF 支持1.3m的超精準距離測量、1.8度FOV，具有優(yōu)秀的短距離線(xiàn)性度 (>0.1cm)，可用于障礙物檢測。 智能決策： 借助人工智能，這些機器人可以做出快速反應，有效避免潛在風(fēng)險，增強安全保障。借助安富利行業(yè)合作伙伴瑞薩電子提供的AI解決方案，可以快速實(shí)現智能決策。 瑞薩電子的RZ/A2M 機器人解決方案采用 Arm® Cortex®-A9 CPU，專(zhuān)為需要高速圖像處理的基于 e-AI 的成像而設計。它結合專(zhuān)有動(dòng)態(tài)可配置處理器 (DRP) 技術(shù)，提供獨特的圖像識別和機器視覺(jué)混合方法，實(shí)現了圖像數據快速預處理和特征提取。該解決方案提供了適用于機器人的先進(jìn)技術(shù)，將人工智能 (AI) 引入了機器人終端, 如工業(yè)機器人和機器人通信。 力量限制： 通過(guò)對機械臂的力量和速度進(jìn)行限制，確保即使發(fā)生意外接觸也能最大程度地降低造成的傷害。 針對這一要求，力/扭矩傳感器能夠為機器人提供了靈敏的觸覺(jué)，可以對機器人手臂上的力量進(jìn)行監控，也可以來(lái)檢測正常的負載變化扭矩，以及通過(guò)檢測外部力矩的快速變化識別出異常，讓執行器件產(chǎn)生相應動(dòng)作避免對人造成傷害。 安富利的行業(yè)合作伙伴泰科電子（TE Connectivity）提供的安全扭矩傳感器，為下一代人機協(xié)作提供了功能安全性，提高了準確性和速度，可用于機器人訓練和安全控制。 多模態(tài)交互： 除了物理操作界面，語(yǔ)音和手勢控制等多模態(tài)交互方式使得工人更容易與機器人溝通和協(xié)作。 完美回應此種需求，安富利的行業(yè)合作伙伴英飛凌提供的BGT60LTR11AIP ，是一款完全集成的Motion傳感器，包括封裝天線(xiàn)（AIP）以及內置的Motion和Direction檢測器，且無(wú)需外部MCU，即可實(shí)現從0.5米到7米的可配置檢測范圍，主要用于人機互動(dòng)、手勢識別等。此外，英飛凌的XENSIV™MEMS麥克風(fēng)，旨在以前所未有的精度和質(zhì)量捕獲音頻信號，非常適合用于協(xié)作機器人的語(yǔ)音識別應用。 在這個(gè)自動(dòng)化不斷演進(jìn)的時(shí)代，協(xié)作機器人的智能化和自主性正成為關(guān)鍵趨勢。隨著(zhù)人工智能和機器學(xué)習技術(shù)的持續發(fā)展，協(xié)作機器人的智能化程度也在不斷提升，未來(lái)的協(xié)作機器人將更加獨立地學(xué)習和適應，能夠自動(dòng)執行更復雜的任務(wù)。此外，隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)的日益普及，協(xié)作機器人將更緊密地整合入整個(gè)生產(chǎn)流程和供應鏈中，實(shí)現更加高效的數據分析和資源優(yōu)化，從而推動(dòng)制造業(yè)向更智能、更高效的方向發(fā)展。 這個(gè)過(guò)程真正考驗的可能是協(xié)作機器人制造商和最終用戶(hù)采用人工智能和高速連接等賦能技術(shù)的速度和效果。安富利將持續關(guān)注技術(shù)領(lǐng)域的迭代和演進(jìn)趨勢，并相應地調整業(yè)務(wù)，提供先進(jìn)的技術(shù)和解決方案支持，以滿(mǎn)足客戶(hù)、供應商和合作伙伴的需求。 安富利為推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)特別是工廠(chǎng)自動(dòng)化穩步向前發(fā)展，做出了持續不懈的努力，也得到了業(yè)界的廣泛認可。近期，在“物聯(lián)之星”2023中國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)年度榜單評選中，安富利旗下子公司安富利電子科技（深圳）有限公司榮登2023年度中國物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)100強。這份榮譽(yù)既是對安富利長(cháng)期以來(lái)憑借自身深厚的技術(shù)積淀和豐富的行業(yè)經(jīng)驗以及強大的設計連和供應鏈服務(wù)，為推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出卓越貢獻的肯定，也是對未來(lái)安富利持續攜手業(yè)內合作伙伴通過(guò)技術(shù)和應用創(chuàng )新，為工業(yè)自動(dòng)化乃至整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域向智能化方向堅實(shí)邁進(jìn)，貢獻新質(zhì)生產(chǎn)力的激勵。 作為全球領(lǐng)先的技術(shù)分銷(xiāo)商和解決方案提供商，安富利在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域深耕十余年，擁有廣泛的生態(tài)系統。依托豐富的原廠(chǎng)資源、OEM客戶(hù)群及合作伙伴，以及強大的產(chǎn)業(yè)鏈整合能力，安富利能夠為客戶(hù)提供端到端的一站式解決方案。從包含智能傳感器在內的各種半導體器件，到能夠支持客戶(hù)做基于云端的數據分析和價(jià)值挖掘的定制解決方案，再到輔助決策的AI模型，以及設計鏈服務(wù)，涵蓋的范圍非常廣泛。 結語(yǔ) 在勞動(dòng)力成本上升、勞動(dòng)力短缺，以及提高生產(chǎn)率的持續需求的大環(huán)境下，協(xié)作機器人展現出巨大的成長(cháng)潛力。ISO/TS 15066標準的引入和近二十年來(lái)對協(xié)作機器人的深入研究與應用，這些標準和經(jīng)驗的累積使得協(xié)作機器人的應用更加安全和有效，同時(shí)也推動(dòng)了這些系統的不斷完善。 展望未來(lái)，協(xié)作機器人的更多采用預示著(zhù)制造業(yè)將更加智能、靈活和人性化。伴隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應用領(lǐng)域的不斷拓寬，協(xié)作機器人無(wú)疑將在未來(lái)的工業(yè)生產(chǎn)中扮演越來(lái)越重要的角色，成為制造業(yè)的一大支柱。這不僅改善了生產(chǎn)效率和工作環(huán)境，還為整個(gè)制造業(yè)的未來(lái)發(fā)展開(kāi)辟了新的可能性。 |
