全球的消费者和经济发展趋势正在推动工厂对提高灵活性、生产力和效率的需求，工业4.0的快速发展，驱使着机器人变得更加协作、智能，自动化设备能够更好地承担复杂的工作。本文将为您介绍工业机器人与自动化技术的发展方向，以及由ADI推出的解决方案，如何协助自动化应用更加智能、更有效率。
驱动工业机器人快速发展的三大趋势
先进的机器人技术正在提高工厂的生产力，并实现更安全的人机交互，在运动控制、功能安全、先进传感和系统级设计等领域，驱动着工业机器人的革命性发展，其中加速机器人采用的趋势主要可分为以下三类。
首先，在全球化的发展趋势下，为因应消费者行为和期望的变化，以及订制需求的增加和更快的周转时间，正迫使制造商改变他们的运营方式，包括更本地化的制造设施、设计和生产线，可以针对不同的产品类型和批量规模快速重新配置，以提升工厂的灵活性。此外，制造商也正面临着熟练劳动力短缺、劳动力老龄化和员工流动率高的问题。因此，制造商必须转向提升自动化和灵活性，以跟上需求并保持竞争力。
其次，传统的工业机器人安装和操作起来很复杂，但协作机器人（cobots）可以与人类一起工作，并且更容易安装。以往企业必须花钱请专业工程师，花几天时间安装和调试机器人，而目前已经无需专家的协助，就可以设置协作机器人。此外，随着机器人的成本变得更实惠，自动化的投资回报正在增加，开放式架构让构建机器人变得更容易，大幅提高机器人应用的普及性。
另一方面，随着COVID-19的大流行，生产线的灵活性已经是必要的关键考虑，采用协作机器人允许通过即插即用界面和简单、快速的重新编程，可进行快速、无缝的更改，从而允许将机器人从现有工作重新部署到新工作。此外，由于工人必须保持安全社交距离，并采用更高的清洁和消毒程序，机器人则无须担心这个问题，为以前可能没有使用过机器人的工作场所，带来了采用机器人的新机会。
机器人协助人类完成枯燥、肮脏和危险的工作
机器人主要协助人类完成枯燥、肮脏和危险的工作，从而防止因在危险条件下工作而造成的伤害或不利的健康影响。此外，如果工作重复且枯燥，人类往往会犯错误，有时会对自己造成身体伤害，而机器人可以重复执行相同的工作而不会出错。因此，机器人能够解放人类的能力，去执行更多具有创意的知识性工作，而不是去做枯燥、重复的工作。
另一方面，机器人也被部署到越来越危险的工作中，例如桥梁检查、化学品泄漏和清理等工作，机器人可在危险区域内移动，并将信息传回指挥中心，以避免意外与重大伤亡的发生。此外，从这次的疫情来看，机器人也可使供应链更加稳健，采用机器人的自动化工厂受到疫情的影响较小，企业不再需要拥有廉价劳动力的大型工厂，减少了疫情对供应链所带来的冲击。
机器人在工厂中的应用面相当广泛，像是在功能安全应用中，以往机器人是与工人分开，并被安置在安全笼中，但现在有些机器人已经可以直接与人类互动或靠近人类。一些采用智能夹具和末端执行器的机器人，扩展了机器人可以执行的工作领域，一些即插即用连接器接口可实现易用性和快速工具更换，精确的力量和扭矩传感和测量，则可提高机器人的生产力。
在基于状态的监控应用中，可以通过实时监控对机器和系统异常进行早期检测和诊断。未来的智能工厂则需要人类工人和自动化设备之间的沉浸式协作，运用深度传感解决方案，对于质量检测、人身安全、资产管理的体积检测和自主制造的引导非常重要。
此外，工业通讯也在机器人应用中扮演重要的角色，可以采用有线连接、无线连接技术，此外还需要进行驱动器／逆变器控制、电源和电池管理等技术，来提升机器人的运作效率。
全面性推动机器人技术革命
ADI一直致力于推动机器人革命的各种技术，以提高工厂车间的生产力，使用ADI的可扩展平台技术和软件解决方案，优化控制系统以提高效率，并与机器人安全协作，协助客户共创数字化转型之旅。
数字化工厂车间可通过改进运营来提高生产力，像是用于物料搬运的自主移动机器人（AMR），使工厂内的物料处理流程将变得更加智能和灵活。利用ADI的MEMS传感、智能处理、3D飞行时间（ToF）和机器学习技术，AMR可以安全、自主地移动材料，无需物理导轨或标记。
ADI的基于状态的监控解决方案（例如Voyager 3）正在消除计划外停机时间，并延长资产使用寿命。ADI拥有端到端解决方案，可对各种参数进行稳健可靠的监控，以确定资产的健康状况，包括ADI OtoSense™，这是一种基于AI的完整交钥匙硬件和软件解决方案。
此外，可与人类一起工作的协作机器人提高了生产力，并推动了输出质量的一致性。采用创新的视觉传感技术和复杂的算法，ADI正在为人类实现更高效的运营和更安全的工厂车间。
互联企业要求在工厂车间部署的所有设备都连接到中央控制系统，并连接到企业云。ADI的有线和无线解决方案能够可靠地捕获新的高带宽数据流、实时通信控制命令，以实现生产单元互连，而ADI的时间敏感网络（TSN）技术正在实现IT和OT企业网络融合的互操作性。
运动控制则是智能制造的核心组成部分，支持敏捷性和可持续性。ADI Trinamic在低压直流和步进电机方面的运动控制专业知识，与ADI在中高功率交流驱动器和伺服系统方面的领先技术相结合，可实现新型智能运动解决方案。
完整的工业自动化关键技术和解决方案
ADI的工业自动化关键技术和解决方案，致力于解决当今和未来的自动化挑战，提供最高性能精密模拟器件，采用ADI精密技术来精确测量真实世界的信号，从而准确控制、监控和解译自动化设备中发现的各种低带宽和宽带宽信号。ADI的高精度模拟转换器、线性和信号调理产品组合，提供可满足所有性能、功率、成本和尺寸需求的产品。
ADI领先的传感技术，可支持和增强工业系统，以实现精确定位、人机之间更安全的协作，以及实时资产健康监测。MEMS加速度计可准确检测加速度、倾斜、冲击和振动，而ADI的3D ToF图像传感平台，可实现高质量的远程深度传感。ADI的3D ToF深度传感技术结合了低噪声、高分辨率和低延迟，正在推动机器视觉在AMR和协作机器人部署中，用于物体检测、尺寸标注和避障。
ADI广泛的电源管理产品组合提供了小尺寸、高效率的智能电源解决方案，同时降低了能耗，使低碳足迹生产成为现实。从纳安到兆瓦，ADI的电源产品和设计工具，可帮助客户加快上市时间，同时提供一流的性能和可靠性。
ADI的数字隔离器、隔离式收发器、隔离式ADC和隔离式栅极驱动器，利用iCoupler®、isoPower®和μModule® BGA数字隔离技术，实现稳健、可靠和安全的系统。
使用ADI超低功耗、安全的微控制器，是量身定制的资源优化处理解决方案，可提高终端设备的智能性和功能性，非常适合现场仪器、机器人设备和状态监测平台等边缘节点设备。
ADI在机器人与自动化应用的产品相当多样与全面，以下将为您重点介绍ADI的几款产品供您参考。
高性能隔离式SiC栅极驱动器
ADI ADuM4146是一款具有集成米勒钳位的隔离式SiC（碳化硅）栅极驱动器，是针对高性能SiC应用的增强型1500 V隔离进行优化的产品，这种单通道栅极驱动器针对驱动SiC MOSFET进行了优化，并允许单极或双极操作，采用iCoupler®技术可在输入信号和输出栅极驱动之间提供隔离。
ADuM4146集成了一个去饱和检测电路，可针对高压短路SiC运行提供保护。如果需要更高的抗噪能力，内部消隐开关允许添加外部电流源，次级欠压锁定（UVLO）设置为常见的SiC电平。
集成的米勒钳位通过防止米勒效应引起的导通，可以充分利用SiC的更快开关速度。ADuM4146具备业界领先的共模瞬态抗扰度（CMTI），可确保在快速切换期间不会出现栅极时序错误，具有更快的开关，没有任何dV/dt引起的击穿或时序错误，提高了电源转换器的效率。
ADuM4146可广泛应用于SiC功率模块、电源、光伏逆变器、电机驱动，拥有业界最快的短路保护（SCP）响应时间，以及改进的DESAT消隐和噪声响应，支持DESAT故障报告和软关机。ADuM4146是高速SiC器件开关解决方案，支持双极驱动（负电源），包括用于+15 V/–3 V的第三代SiC器件，支持内部米勒钳位，用于集成解决方案，可减少组件数量，高CMTI（150 kV/μs min）可确保栅极驱动器能够承受SiC器件的高dV/dt。
想要评估ADuM4146可采用eval-ADuM4146WHB1Z这款半桥栅极驱动器板，可驱动先进的Wolfspeed第三代C3M™ SiC MOSFET和电源模块时，简单评估ADuM4146的性能，并可将eval-ADuM4146WHB1Z与Wolfspeed的钳位电感负载（CIL）测试板或半桥评估板和差分收发器板结合使用。
eval-ADuM4146WHB1Z已针对Wolfspeed SiC MOSFET和功率模块进行优化，可兼容Wolfspeed CIL测试板和半桥评估板，支持高频、超快开关操作，具备差分输入提高抗噪能力，提供输入输出侧UVLO，以及支持短路保护、直通保护联锁、内部米勒钳位，具有故障和就绪指示灯，可进行隔离式NTC热敏电阻测量，采用12 V电源输入。
先进的高度集成AMR传感器
ADI ADA4570是一款各向异性磁阻（AMR）传感器，具有集成的信号调理放大器和模数转换器（ADC）驱动器。ADA4570可产生四个模拟输出，指示周围磁场的角位置，组合形成单个传感通道。
ADA4570由一个封装内的两个芯片、一个AMR传感器和一个固定增益仪表放大器组成。ADA4570可提供与旋转磁场角度相关的干净且放大的差分余弦和正弦输出信号，输出电压范围与电源电压成比例，片上温度传感器用于校正传感器随温度变化的变化。
ADA4570可用于各种应用，包括需要绝对位置测量（线性角度和线性）的应用，例如无刷直流（BLDC）电机控制和定位、执行器控制、非接触式角度测量和磁性角度位置传感。
BLDC伺服驱动器的开源硬件参考设计
ADI TMCM-1617-GRIP-REF是TMCM-1617 BLDC伺服驱动器的开源硬件参考设计。为了用于机器人夹持器应用，该板设计为标准夹持器电子外形，它能够通过EtherCAT®、IO-link®，或Trinamic基于RS485的TMCL协议控制BLDC电机。此外，该板还具有可配置的模拟输出和输入通道，以及可配置的数字输出和输入通道，使用Maxim的MAX22000和MAX14906工业IO解决方案。
TMCM-1617-GRIP-REF可用于评估单轴BLDC伺服驱动器，支持最高2.5A RMS的电机电流，采用+24V标称电源电压（+20V至+28V），支持数字霍尔传感器接口、ABN编码器接口，具有4个数字+24V I/O（高边开关、推挽驱动器，或1型和3型，或2型数字输入），以及1个模拟输出（±12.5V输出电压范围，或±25mA或±2.5mA输出电流范围），还有1个差分模拟输入（±15V、±2.5V、±500mV、±250mV和±125mV输入电压范围），可应用于机器人夹持器。
结语
随着机器人技术的快速发展，人们可从枯燥、肮脏和危险的工作中解放出来，来从事更多具有创造力与价值的工作。ADI针对机器人与自动化应用，推出了先进、全面的产品与解决方案，为实现工业4.0的愿景提供实质有效的协助，这也代表着其背后广大应用市场的无限商机。