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前不久，工信部公布《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》（征求意見(jiàn)稿），指出：到2025年規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)基本普及數(shù)字化，重點(diǎn)行業(yè)骨干企業(yè)初步實(shí)現(xiàn)智能轉(zhuǎn)型；到2035年，規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)全面普及數(shù)字化，骨干企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)智能轉(zhuǎn)型。毫無(wú)疑問(wèn)，從“十四五”規(guī)劃開(kāi)局之年起，智能化轉(zhuǎn)型就已經(jīng)成為了制造業(yè)未來(lái)發(fā)展的首要命題。
作為智能制造的重要基石，工業(yè)機(jī)器人可以大幅度解放生產(chǎn)力，在這場(chǎng)數(shù)字化浪潮中起著決定性作用。而就和制造業(yè)本身朝著智能化轉(zhuǎn)型一樣，工業(yè)機(jī)器人的要求也在不斷提高，需要
朝著更具生產(chǎn)力，更智能，更安全并且能夠更好地定位的方向發(fā)展和演變。
技術(shù)升級(jí)挑戰(zhàn)下，機(jī)器人安全功能先行
目前適用于工業(yè)應(yīng)用的機(jī)器人類(lèi)型可大致分為三類(lèi)：高速、高動(dòng)力、精確運(yùn)動(dòng)的方式運(yùn)行的傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人，它們?yōu)楦鞣N各樣的終端行業(yè)提供服務(wù)，從緊湊、輕便的機(jī)器人，到能夠搬運(yùn)重有效載荷的大型機(jī)器人，例如車(chē)輛；逐漸取代了傳統(tǒng)的、由駕駛員操作的工廠(chǎng)車(chē)間車(chē)輛和傳送帶的自主移動(dòng)機(jī)器人 (AMR) 和自動(dòng)導(dǎo)引車(chē) (AGV)，它們可以實(shí)現(xiàn)更加靈活的生產(chǎn)系統(tǒng)，節(jié)省了空間，并提高了安全性；還有在協(xié)作應(yīng)用程序中運(yùn)行的機(jī)器人，即“協(xié)作式機(jī)器人(cobots)”，可以使智能助手為其熟練的人類(lèi)專(zhuān)家完成重復(fù)任務(wù)。
在目前所在智能化轉(zhuǎn)型階段，自動(dòng)化的工廠(chǎng)依然不能完全脫離操作員的參與，尤其是協(xié)作機(jī)器人，設(shè)計(jì)之初就是主要配置用于與人類(lèi)操作員一起工作，安全、高效地完成非認(rèn)知性任務(wù)的機(jī)器人，人與機(jī)器人之間可能會(huì)發(fā)生身體接觸。因此在進(jìn)行機(jī)器設(shè)計(jì)時(shí)，就需要考慮到人身安全。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO/TS 15066規(guī)定，合法的協(xié)作機(jī)器人要求限制功率和力（PFL），機(jī)器人與操作員之間的接觸分為兩種類(lèi)型：準(zhǔn)靜態(tài)接觸和瞬態(tài)接觸。而在這兩種情況下，根據(jù)身體部位的不同，規(guī)定的最大容許力也不同：
上表中提到的數(shù)據(jù)與安全息息相關(guān)，且作用力相對(duì)較高，因此可以在機(jī)器人關(guān)節(jié)中放置力扭矩傳感器，由此獲取更精準(zhǔn)可靠的數(shù)據(jù)，提供更多的反饋。同時(shí)，傳感器本身精度的提高也有助于改善工藝質(zhì)量、縮短周期時(shí)間以及延長(zhǎng)加工工具的使用壽命。
在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中，使用六軸慣性測(cè)量單元（IMU）是首選方案之一，將其放置在末端執(zhí)行器之前，可以讓機(jī)器人監(jiān)測(cè)到它對(duì)周?chē)h(huán)境施加了多大的力。六軸是指三軸線(xiàn)性加速度（直角坐標(biāo)軸下的X、Y、Z）和三軸角速率運(yùn)動(dòng)（翻滾軸、俯仰軸和偏航軸），IMU的輸出經(jīng)過(guò)附加處理，可以提供相對(duì)姿態(tài)、行進(jìn)方向和速度，最終帶來(lái)高精度的分辨識(shí)別。
ADI公司的提供的ADIS16470是一款完整的六軸慣性測(cè)量單元。ADIS16470 中的每個(gè)慣性傳感器均結(jié)合了iMEMS® 技術(shù)和可優(yōu)化動(dòng)態(tài)性能的信號(hào)調(diào)節(jié)功能。工廠(chǎng)校準(zhǔn)可表現(xiàn)每個(gè)傳感器的靈敏度、偏置、對(duì)準(zhǔn)和線(xiàn)性加速（陀螺儀偏置）特性。因此，每個(gè)傳感器都有其自己的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償公式，用以提供準(zhǔn)確的傳感器測(cè)量。
ADIS16470 能夠提供了一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)高效的方法，用于將精確的多軸慣性測(cè)量技術(shù)集成到工業(yè)系統(tǒng)中，尤其是在與離散設(shè)計(jì)所涉及的復(fù)雜性和投資進(jìn)行比較時(shí)。所有必要的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和校準(zhǔn)均已在工廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中完成，大大縮短了系統(tǒng)集成時(shí)間。在導(dǎo)航系統(tǒng)中，緊密的正交對(duì)準(zhǔn)簡(jiǎn)化了慣性坐標(biāo)系對(duì)準(zhǔn)。SPI 和寄存器結(jié)構(gòu)設(shè)有一個(gè)簡(jiǎn)單接口，用于數(shù)據(jù)收集和配置控制。
ADIS16470（寬動(dòng)態(tài)范圍微型 MEMS IMU）
遠(yuǎn)離墨菲定律，Σ-Δ ADC打造可靠安全系統(tǒng)
實(shí)際上， IMU只是整個(gè)機(jī)器人安全系統(tǒng)組成的一部分，要實(shí)現(xiàn)保護(hù)人員和財(cái)產(chǎn)免受損害的目的，還需要系統(tǒng)層面和集成電路層面的專(zhuān)門(mén)技能來(lái)提供具有適當(dāng)功能組合的IC，以最大程度地降低故障可能性及其導(dǎo)致的負(fù)面影響。為保證功能安全，須提高系統(tǒng)/模塊監(jiān)視和診斷覆蓋率，以降低未檢出錯(cuò)誤的數(shù)學(xué)概率。ADI提供精密Σ-Δ ADC AD7770，集成了監(jiān)視和診斷能力，包括通過(guò)內(nèi)置冗余轉(zhuǎn)換器來(lái)使診斷覆蓋率達(dá)到最大，實(shí)現(xiàn)了許多內(nèi)部錯(cuò)誤檢測(cè)器，這樣可以簡(jiǎn)化功能安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使整體復(fù)雜度低于其他解決方案。
AD7770很適合六軸力的調(diào)試應(yīng)用，由于傳感器獲取的信號(hào)變化通常很小，為了最大化信號(hào)鏈性能，利用ADC的動(dòng)態(tài)范圍，需要放大該信號(hào)。AD7770提供低輸入電流，允許直接連接傳感器。每個(gè)輸入通道都有一個(gè)增益為1、2、4和8的可編程增益級(jí)，可將低幅度傳感器輸出映射到滿(mǎn)量程ADC輸入范圍，從而使信號(hào)鏈的動(dòng)態(tài)范圍最大，而無(wú)需增加外部放大器。同時(shí)，AD7770的8通道同步采樣功能也可以很好地匹配來(lái)自傳感器的六軸同步輸出。
AD7770 ADC的診斷和監(jiān)控模塊
總結(jié)
疫情催化下的后時(shí)代，全球自動(dòng)化和信息化趨勢(shì)正加速發(fā)展。在今年2月初，工信部的官方微信公眾號(hào)發(fā)布消息稱(chēng)，2020年1-12月，全國(guó)工業(yè)機(jī)器人完成產(chǎn)量237068臺(tái)，同比增長(zhǎng)19.1%，是近3年來(lái)中國(guó)工業(yè)機(jī)器人完成產(chǎn)量的最高增長(zhǎng)幅度，在全球性數(shù)字化浪潮和國(guó)內(nèi)政策的雙重驅(qū)動(dòng)下，工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)市場(chǎng)將快速擴(kuò)大。應(yīng)對(duì)迅猛發(fā)展的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，提升機(jī)器人技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和打造安全體系極為重要，數(shù)十年來(lái)，ADI 公司一直在提高運(yùn)動(dòng)和機(jī)器人能力，助力實(shí)現(xiàn)更智能、更靈活的機(jī)器人，從而逐步改變生產(chǎn)力和效率，并改善人類(lèi)的工作方式。
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