工业机器人身体里，有哪些不容小觑的“工作细胞”？

在人们对于未来智能世界的畅想中，机器人肯定是不会缺席的一环。因此，随着我们这个世界智能化程度的增加，机器人的发展也步入了快车道。美国波士顿咨询公司的研究报告显示，全球机器人市场规模在2020年约为250亿美元，而到十年之后的2030年，将达到1,600亿至2,600亿美元。

按照用途，机器人通常被分为工业机器人、服务机器人和特种机器人三类，其中工业机器人起步最早，在相关制造业的渗透率也最高，一直占据着机器人市场的半壁江山。在工业4.0概念的加持下，工业机器人近几年的发展势头颇为引人注目。

根据Robo Global公司的研究和预测，到2021年底，全球工业机器人的安装量与2015年相比将实现翻番，超过320万台；预计全球工业机器人市场将从2020年的450亿美元上升到2025年的730亿美元。

工业机器人的进化

能够实现更大的产能、获得更高的成本效益、达到更佳的质量要求，这是人们愿意在工业机器人身上持续投资的关键理由，也是人们对于工业机器人的“要求”。按照这样的“要求”而打造的工业机器人主要有两种类型：一种是多关节型机器人（Articulated Robot），另一种是自动引导车辆（AGV）。

多关节机器人，顾名思义就是具有多个旋转关节或“轴”的机器人，它们多是以多轴机械臂的形式出现，可以在广泛的工作范围内、多个自由度上动作，完成特定的制造任务，如焊接、喷漆、装配等。

AGV，则是一种负责物料运输的自动机器人，它们通常是沿着仓库、生产或配送中心周围的轨道或导航路线行驶，能够大幅提升物流、仓储等环节的效率。

图1：两种主要的工业机器人及其应用场景（图源：Murata）

随着需求的发展，工业机器人也呈现出新的发展趋势，进化出了一些新物种。比如：

协作机器人：这也属于关节机器人，但是与传统生产线上那些体积庞大、“关”在笼子里（处于特定安全隔离区，以免误伤人类员工）的工业机器人不同，协作机器人的身形比较小，它们在高效率、高质量地完成操作的同时，还可以与人类员工或者机器人在同一个区域内安全地协同工作，这就使其灵活性和应用范围大大增加，近年来成为了工业机器人市场重要的“风口”。

混合机器人：这类机器人工作时的位置不再是固定的，它整合了关节型机器人和AGV的优点，兼具高效生产和准确“走位”的能力，这使其可以根据需要灵活部署，这对于工厂自动化升级、提高生产的灵活性显然大有裨益。

工业机器人的赋能技术

当然，不论是工业机器人原有产品的升级，还是新概念产品的开发，都需要新技术的推动和赋能。

从本质上讲，无论机器人是用于焊接、喷漆、装配还是运输，它们都属于一种自动化设备，而一个典型的自动化系统主要包括输入、处理和输出三个部分。我们就从这个基础架构出发，来梳理一下影响未来机器人发展的新技术。

输入

机器人的输入主要是来自于传感器、计算数据和人机界面（HMI）的信息和指令。为了确保输入的实时性和准确性，下面三种技术不可或缺：广泛部署的传感器（无论是集成在机器人系统内部还是其外部工作环境中）、确保各种数据可靠高效传输的工业互联网（包括有线和无线网络），以及人机交互技术（比如可视化的图形界面，甚至是语音、手势控制等下一代HMI技术）。

处理

一旦机器人接收到来自外部的输入数据，就需要对这些数据进行处理，并形成决策。随着边缘计算的兴起，人们对于机器人这个工业生产中的边缘设备的本地化数据处理能力，也有了更高的要求；换言之，机器人需要变得越来越智能、越来越“聪明”，而不只是一台简单的执行器。在这个过程中，AI和机器学习技术的应用也会越来越普遍。

输出

处理后的数据会“驱动”机器人的执行机构（如电机）去快速、精准地完成特定动作，例如拾取物品、避开障碍物等。更先进的电机驱动技术显然是其中的核心技术，而在多轴机器人，以及多个机器人组成的生产线上，通过实时通信确保每个执行动作之间的协同也变得更为重要。

上述这些工业机器人系统架构层面的技术升级挑战，也势必会传导到作为底层技术基石的元器件身上。

图2：典型机械臂的系统架构及关键元器件（图源：Murata）


图3：典型AGV的系统架构及关键元器件（图源：Murata）

工业机器人身上的“工作细胞”

如果我们将工业机器人比作是一个人的身体，那么构建起整个机器人系统的电子元器件和模块，就可以看做是这个身体中的“工作细胞”，它们各司其职，不懈工作，最终确保整个机器人高效、可靠、安全地运转。

不过，由于工业机器人工作环境的特殊性，以及产品迭代发展的新需要，这就要求能够在工业机器人上使用的元器件，要具有一些特殊的素质，也就是说在其上岗之前，要对其进行精心“调教”。

在打造工业机器人所需的“工作细胞”方面，Murata颇有心得。由Murata开发的丰富的元器件组合，可以为机械臂（如图2）和AVG（如图3）等工业机器人系统提供完整的解决方案。下面我们就从中挑选几款代表性的产品，一起来发现他们身上的“亮点”。

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