工业机器人的星辰大海中，哪一款是你的菜？

让机器成为人的“替身”，将人从繁重、乏味或者是危险的工作环境中解放出来，一直是科技发展所追求的终极目标之一，而让这种理想落地的载体就是机器人。理想状态下，机器人需要具有与人类的感知、判断和决策能力尽可能相当的“智力”，还要具有人体生理上无法企及的“超能力”。虽然这样“理想”的机器人目前还只存在于科幻作品中，但是当今工业机器人技术正在不断向着这个目标逼近。

所谓工业机器人，就是在工业生产中使用的机器人的总称——这也是人们能够想到的机器人应用的第一场景。具体来讲，它们就是一种通过编程或示教实现自动运行，具有多关节或多自由度，并且具有一定感知功能（如视觉、触觉、位置检测等），可以实现对环境和工作对象自主判断和决策，进而能够代替人工完成各类繁重、乏味或有害环境下体力劳动的自动化机器。

工业机器人的历史和分类

仔细观察工业机器人的发展史，会发现其一直紧扣着市场的脉动。

目前大家比较公认的工业机器人“鼻祖”，是上个世纪60年代在通用汽车生产线上出现的Unimate arm机器人。这个2,000磅重的机械臂负责热压铸金属，可以完成抓握、焊接、钻孔和喷洒等操作，液压臂的路径使用磁鼓式硬盘驱动器进行编程。

图1：Unimate arm作为第一代工业机器人应用在汽车工业中（图源：网络）

沿着Unimate arm的设计思路，人们开发出了一系列工业机器人。它们通常具有高效率、高精度和高可靠性这“三高”的特性，因此能够在生产、制造中代替人类完成越来越多重复性、危险、人力所不能及的工作。由于这些“大块头”做事的方式“硬朗”，为了防止它们在操作过程中误伤人类，通常会为它们划定一个工作区域，并将它们圈在一个金属“笼子”里，这也是传统工业机器人典型的应用形态。

而随着市场的发展，特别是在全球劳动力老龄化和供给能力下降的背景下，人们开始考虑用一种成本更低、部署更容易的机器人去补足劳动力短板。与“被关在笼子里”的传统工业机器人不同，这种新型的工业机器人要能够与人类操作员在同一个区域内协同工作，安全、高效地去完成特定的任务——这就是近年来备受瞩目的协作机器人（Cobot）。协作机器人的出现，也被认为是兼具效率和柔性的工业4.0的一个重要标志。

如果说传统和协作工业机器人主要是聚焦在生产制造工序中，那么配套的物料传递、运输和仓储环节，则是AMR（自主移动机器人）和AGV（自动导引运输车）这些搬运机器人的优势赛道。虽然AMR和AGV在产品特性和应用场景上有所区别，但都是依靠精准的定位和导航技术实现的安全、高效的自动化物流解决方案。随着产品智能化程度的提高，它们也在不断刷新大家对于搬运和仓储机器人的认知。

图2：工业机器人的主要类型（图源：ADI）

据IFR（国际机器人联合会）统计，全球工业机器人的安装量由2010年的12.06万台增长至2020年的38.35万台，年均复合增长率达12.27%。可以预见，随着新一轮的产能升级、全球劳动力结构的变化，以及新技术的推动，这样的市场趋势还将保持相当长的时间。

工业机器人中的关键技术

工业机器人是工业升级转型的推进器，同时作为一种精密的工业产品，也是衡量一个国家、地区或者企业工业化综合技术水平的标尺。

归纳起来，想要开发出一款高品质的工业机器人，下面这八种基础技术必不可少：

驱动器/逆变器控制

高性能和高吞吐量的工业机器人，要求具有更快的伺服驱动器响应速度和更精确的轴同步，这就需要精密的模数转化、功率转化和隔离技术，在复杂的电气环境中实现高性能、高鲁棒性的电机控制和驱动。

位置检测

想要实现更为精准的运动控制，获取高精度的位置反馈数据至关重要。比如磁性角度传感器就可提供性能不俗、中等分辨率的编码器解决方案，且价格“实惠”，对于低成本、高灵活性的协作机器人应用是非常不错的选择。

基于状态的监控

基于状态的监测技术，可以通过实时监控来及早发现并诊断机器和系统异常。通过对振动、电流、温度和声音等关键数据的感知，以及基于机器学习的数据洞察，该技术提供一种预见性的分析和决策，将故障风险扼杀在萌芽状态，确保机器可以安全、可靠的运行。

网络连接

作为生产制造体系的一部分，工业机器人不是孤立的设备，而是需要通过可靠强大的无线或有线通信解决方案，与整个智能制造系统融合为一个整体。低功耗、高可靠性、可扩展的工业无线网络，5G蜂窝技术，以及工业以太网（包括TSN时间敏感网络），都是重要的支撑技术。

环境感知检测

未来的智能工厂需要人类操作员、机器人、AGV和自动化设备之间的沉浸式协作，这就要求机器人能够具备更强大的环境感知能力，比如在2D机器视觉之上增加景深测量的能力，对于周围运动物体的感测和识别能力，以及基于惯性测量单元的运动检测和导航等。

电源和电池管理

机器人日益小型化的设计要求，也对其电源管理系统的设计提出了新的挑战。这要求机器人的电源和电池管理解决方案一方面要有更高的效率，尽可能减少受限空间中的散热问题；另一方面也要有足够的灵活性，以支持各种电池和电源类型的需要。

夹爪和末端执行器

智能夹爪和末端执行器可以有效扩展机器人可执行任务的范围。即插即用的连接器接口、精确的力和扭矩检测及测量等都是支持该技术、提高生产效率的重要因素。

功能安全

随着协作机器人的发展，柔性化的应用需要越来越多的机器人加入到工厂车间中，接近人类或与人类直接互动，完成特定的工作。这就需要相应的机器人产品，在功能安全方面满足行业标准的要求。

图3：工业机器人中的关键技术（图源：ADI）

ADI丰富的工业机器人产品组合

面对工业机器人这个潜力巨大的市场，Analog Devices（ADI）公司可以提供完整的产品组合。它们不仅继承了ADI在高端工业解决方案上高性能、高可靠性等优秀的技术基因，也紧跟市场的脚步，支持传统、协作和自主移动机器人等全面的产品系列。

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