智能制造是基于新一代信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等特征，旨在提高制造業(yè)質(zhì)量、效益和核心競爭力的先進(jìn)生產(chǎn)方式。近日，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委等八部門聯(lián)合發(fā)布了《“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，提出到2025年，中國將成為全球機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新策源地、高端制造集聚地和集成應(yīng)用新高地，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)營業(yè)收入年均增長超過20%，制造業(yè)機(jī)器人密度實現(xiàn)翻番。
隨著自動化本質(zhì)的不斷發(fā)展，工廠里的機(jī)器人不再是孤立地工作，而是與人類協(xié)同工作，這類機(jī)器人通常被稱為協(xié)作機(jī)器人。與自動駕駛汽車一樣，這些機(jī)器人同樣需要依靠先進(jìn)的傳感解決方案來進(jìn)行三維感測周圍環(huán)境，以確保它們在執(zhí)行重復(fù)且復(fù)雜任務(wù)時的高度安全。如何使得由眾多傳感器連接的機(jī)器人變得更智能、更安全，工業(yè)機(jī)器人快速原型制作平臺就顯得格外重要。亞德諾半導(dǎo)體(ADI)公司就在工業(yè)機(jī)器人快速原型制作平臺上，從運動控制、功能安全、高級檢測和系統(tǒng)級設(shè)計等領(lǐng)域去引領(lǐng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)革命。從電機(jī)驅(qū)動器和伺服系統(tǒng)到檢測和連接，ADI 提供了完整的系統(tǒng)、技術(shù)和解決方案產(chǎn)品以實現(xiàn)更智能、更靈活的機(jī)器人。
協(xié)作機(jī)器人原型開發(fā)需要什么樣的評估平臺?第一，平臺需要可擴(kuò)展，它必須是模塊化的，支持使用不同的可互換卡，能輕松連接不同的模塊或卡來測試和評估眾多功能，而不像典型的評估平臺僅附帶少數(shù)功能。第二，模塊需要提供高度的軟件靈活性，例如，機(jī)器人平臺可以采用開源資源，支持各種不同的操作系統(tǒng)。第三，該平臺必須提供一定程度的硬件靈活性，為不同的接口類型提供多種連接選項，并通過FPGA能力來應(yīng)對各種應(yīng)用。ADI提供的可配置運動和機(jī)器人平臺，有針對電機(jī)驅(qū)動、位置反饋、FPGA、工業(yè)以太網(wǎng)和電流檢測的連接選項。
ADI可配置的運動和機(jī)器人平臺
ADI這款可配置的運動和機(jī)器人平臺專為技術(shù)評估、原型制作或BOG開發(fā)而設(shè)計，它是一個獨立的開發(fā)平臺，帶有FPGA開發(fā)所需的全部標(biāo)準(zhǔn)器件，具有板載HyClone、FPGA SOM，可通過低引腳數(shù)FPGA夾層卡輕松擴(kuò)展。該平臺可以由電源供電，并配備多種接口，可滿足所有連接需求，是各種終端市場中的電機(jī)控制和工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的出色選擇。據(jù)悉，這款可配置的運動和機(jī)器人平臺還包含一個速度為 1Gb 的以太網(wǎng) PHY、HDMI 發(fā)射器、SD 卡連接器、按鈕、LED、微型 USB 控制臺端口，以及適用于所有板載電壓的強大開關(guān)模式電源。
在嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境中，需要使用能在高環(huán)境溫度下運行的更高功率密度的電源管理解決方案，來支持尺寸更小巧的智能運動控制應(yīng)用，例如ADI的低靜態(tài)電流、低壓差線性穩(wěn)壓器ADP121，該穩(wěn)壓器采用2.3 V至5.5 V電源供電，最大輸出電流為150 mA。在150 mA負(fù)載下壓差僅為135 mV，不僅可提高效率，而且能使器件在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)工作，滿載時靜態(tài)電流低至30μA。
智能制造基于智能運動應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，在資產(chǎn)和更高級別的控制和管理網(wǎng)絡(luò)之間共享數(shù)據(jù)，這有賴于像ADI的低功耗和低延遲PHY ADIN1300。 這種工業(yè)以太網(wǎng)PHY是為要求工作環(huán)境溫度高達(dá)105°C的工業(yè)應(yīng)用而開發(fā)的，已根據(jù)EMC和可靠性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行廣泛測試，以在嚴(yán)苛的工業(yè)應(yīng)用中運行。低延遲PHY支持更低的周期時間網(wǎng)絡(luò)，支持將更多設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，并滿足復(fù)雜、高性能確定性運動應(yīng)用的時序要求。
此外，在整個自動化系統(tǒng)中，溫度檢測無處不在。為了達(dá)到高性能溫度檢測和控制解決方案中所需的低噪聲和低漂移規(guī)格，設(shè)計人員必須考慮多種因素以及每種因素對整個系統(tǒng)的影響。ADI的AD7415是完整的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，包含一個帶隙溫度傳感器和一個10位ADC，用于監(jiān)控溫度讀數(shù)，并將其數(shù)字化。該器件具有2.7 V電源電壓、低電源電流、串行接口和小尺寸封裝，使其非常適合于各種應(yīng)用。
人機(jī)接口(HMI)常用于通過人類可讀視覺表示方式顯示來自可編程邏輯控制器(PLC)的數(shù)據(jù)，采用外部高清多媒體接口(HDMI)端口的HMI裝置更小巧，更容易安裝到采用標(biāo)準(zhǔn)DIN電源軌的控制臺中，也可用于監(jiān)控PLC。 ADI的ADV7511是一款225 MHz高清多媒體接口發(fā)送器，其數(shù)字視頻接口集成一個HDMI 1.4和DVI 1.0兼容發(fā)送器，支持所有高清電視格式(包括12位深色1080p)。ADV7511支持HDMI 1.4特有功能、HEAC (ARC)和3D視頻以及x.v.Color、高比特率音頻和可編程AVI InfoFrame。此外，ADV7511內(nèi)置HDCP支持功能，可以安全傳輸HDCP 1.4協(xié)議規(guī)定的受保護(hù)內(nèi)容。
如今，制造商需要以更少的投入做更多的事情，將單項任務(wù)而不是整個工作實現(xiàn)自動化?？菰铩Ⅲa臟和危險的任務(wù)現(xiàn)在可自動完成以增強人類工作能力。這會將員工從繁瑣重復(fù)的任務(wù)中解放出來，讓他們有時間去做更有技巧、更具認(rèn)知價值的工作，同時減少受傷的風(fēng)險。這種工作能力增強可較大限度地發(fā)揮員工潛力，提高工作滿意度，盡可能減少員工流失。傳統(tǒng)上，運動控制涉及使用低成本的微控制器。然而，當(dāng)今苛刻的生產(chǎn)環(huán)境需要實時、低延遲和多功能的傳感和反饋選項。ADI公司的這款可重構(gòu)運動和機(jī)器人平臺可以幫助用戶開發(fā)更好的高精度工業(yè)機(jī)器人設(shè)備，模塊化、易于配置的解決方案也為用戶提供了處理各種運動控制應(yīng)用所需的靈活性。
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