【導讀】無論是在外科手術還是在製造車間，機器人都越來越多地成為日常生活和工業領域的一部分。根據機器人行業的統計數據，現在88%的企業計劃在其組織中投資增加機器人技術

，全球約有300萬個工業機器人在使用中

，另外
，每年將有近40萬個新機器人進入市場。

圖源：jcomp/freepik.com

機器人

無論是在外科手術還是在製造車間，機器人都越來越多地成為日常生活和工業領域的一部分。根據機器人行業的統計數據，現在88%的企業計劃在其組織中投資增加機器人技術，全球約有300萬個工業機器人在使用中，另外，每年將有近40萬個新機器人進入市場。

按收入計算
，工業機器人行業的全球市值達到了438億美元。其中，汽車行業使用的工業機器人是所有行業中最多的，截至2017年，該行業共有近90萬個機器人在使用
，2021年
，汽車行業新安裝了約9,782台機器人，這個數量每年還在不斷增加。緊隨汽車行業之後工業機器人使用量較多的是電氣和電子行業以及塑料和化工行業。

圖1：機器人行業年度市場增長情況

（圖源：Statista）

機器人的主要類型

市場上大多數的機器人都屬於工業機器人
，這些機器為人類做各種工作，包括製造汽車、製造零件，甚至進行外科手術。根據市場調研公司的數據
，約87%的公司使用的是傳統工業機器人
，而74%的公司使用的是AGV（自動導引車）。

經過幾十年的發展，工業機器人形成了較多的品類
，歸納起來主要有固定機器人、自主移動機器人（AMR）
、自動導引車（AGV）以及飛行機器人（無人機）和水下機器人等。

固定機器人（機械臂）

這是一種發展最早
、應用最廣泛的工業機器人。一般來說，固定機器人是專為拾取和放置、分揀、組裝
、焊接和精加工等任務而設計的機械臂。根據特性和用途劃分，目前市場上有七種主要類型的固定機器人，包括：鉸接式機械臂、笛卡爾或矩形機器人
、SCARA機器人

、球形機器人、德爾塔機器人、圓柱形機器人、協作機器人等。

下麵我們將就這些機器人的具體特性以及優缺點加以區分。

圖源：jcomp/freepik.com

01 鉸接式機械臂

對於工業機器人來說
，複製人類手臂和手的所有細微移動方式將過於昂貴和複雜。目前業界的共識是
，工業機器人手臂的6個自由度將足以完成幾乎任何需要的任務，或者說，一個典型的鉸接式機械臂有六個軸或關節。

根據應用和製造商的不同，這個數量可能有所不同。當然

，機器人的關節越多，其運動就越平穩，也就越不像“機器人”。

優點：動作靈活，能夠舉起重物
；

缺點：可能需要用柵欄隔開，速度較慢
，比其他機械臂更貴，需要更複雜的控製係統。

02 笛卡爾或矩形機器人

這些機器人使用笛卡爾坐標係（X、Y和Z）沿著三個軸（向前和向後
、向上和向下以及左右）進行線性運動。所有三個關節都是平移的，這意味著關節的運動被限製在一條直線上。

笛卡爾機器人可用於拾取和放置、材料處理、包裝自動化、存儲和檢索
、切割和鑽孔以及更多應用。

優點：控製係統簡單。根據型號的不同
，可以舉起非常重的物體，且價格比鉸接式機械臂便宜。

缺點：不能做旋轉運動。

03 SCARA機器人

SCARA機器人與笛卡爾機器人相似，它們在3個關節或軸上移動。然而
，與笛卡爾機器人相比
，SCARA機器人的兩個關節是旋轉的。因此，它們能夠進行比笛卡爾機器人更複雜的運動。

優點：適用於許多裝配應用，快速準確，裝配操作具有成本效益。SCARA機器人的工作包絡是圓柱形的。

缺點：不如鉸接式機械臂靈活，不如笛卡爾臂精確，沒有德爾塔機器人手臂那麼快。

04 球形機器人

球形機器人是一種較老的技術，創建於20世紀50年nian代dai的de第di一yi個ge工gong業ye機ji器qi人ren就jiu是shi一yi個ge球qiu形xing機ji器qi人ren。有you時shi可ke以yi用yong鉸jiao接jie式shi機ji械xie臂bi取qu代dai。該gai種zhong機ji器qi人ren由you兩liang個ge旋xuan轉zhuan關guan節jie和he一yi個ge線xian性xing關guan節jie組zu成cheng
，可ke用yong於yu注zhu塑su、噴漆、電弧焊和點焊。

優點：控製係統比鉸接式機械臂更簡單，可以有很長的工作範圍。

缺點：不如鉸接式機械臂靈活，通常需要相當大的占地麵積。

05 德爾塔機器人

deertajiqirenyechengweipingxingjiqiren，yousangepingxingsibianxingdejixiebi
，youshihuizaishoubimoduanfangzhixuanzhuanguanjie，yizengjiaqiyundongdelinghuoxing。gaijiqirenzuichudeshejimudeshirangqiaokelizhizaoshangnenggoushiquqiaokelikuaibingjiangqifangruhezizhong。

優點：用於拾取和放置操作的機械臂速度很快，關節和手臂非常輕
，能實現高速和精確的操作。

缺點：不能攜帶重型有效載荷，限製了臂端工具（EoAT）的類型及其可以處理的任務，且不適合在垂直平麵中處理任務。

06 圓柱形機器人

圓柱形機器人在底座上至少有一個旋轉關節和兩個線性關節。它通常用於狹小的工作空間，非常適合需要圓形對稱的物體（如電線
、管道）
，如磨削、裝配和點焊等應用。

優點：精確度高。

缺點：技術陳舊，運動靈活性有限。

07 協作機器人（Cobot）

Cobot可在安全的工作環境中實現人機交互
，而不需要圍欄或傳統工業機器人應用中采取的其他安全措施。

優點：能neng夠gou安an全quan地di與yu人ren一yi起qi工gong作zuo，且qie操cao作zuo員yuan能neng夠gou在zai不bu必bi編bian寫xie編bian程cheng代dai碼ma的de情qing況kuang下xia教jiao機ji器qi人ren手shou臂bi進jin行xing動dong作zuo，具ju體ti過guo程cheng是shi操cao作zuo員yuan隻zhi需xu抓zhua住zhu機ji器qi人ren手shou臂bi

，按an照zhao機ji器qi人ren需xu要yao的de方fang式shi進jin行xing物wu理li移yi動dong
，然ran後hou，機ji器qi人ren手shou臂bi即ji可ke複fu製zhi演yan示shi的de動dong作zuo。

缺點：力量和速度有限，不適合重型應用或非常高速的任務。

自主移動機器人（AMR）

自主移動機器人代表了工業機器人市場中一個快速增長的細分市場，它們有多種形狀和尺寸。手推車或帶輪子的車輛形式的AMR通常用於在工廠或倉庫設施內運輸貨物


，它們配備了傳感器、車載計算能力和電動機，使其能夠在設施周圍移動並創建設施的內部地圖。一旦創建了內部地圖，就可以向AMR指示其需要前往的目的地。

AMR的一個關鍵特征是，它們可以“自主”地從一個地方移動到另一個地方，同時避開沿途的障礙
，甚至可以規劃一條全新的路線到達目的地。隨著計算機視覺
、人工智能和抓取技術的進步，使得機器人對機器人（robot-to-robot）的協作成為可能。在這種情況下

，輪式推車AMR將貨物帶到機械臂上
，關節式機械臂再將貨物放到指定位置。

自動導引車（AGV）

AGV通常采用帶輪子的車輛形式，是一種比AMR更古老的技術。它們的機載智能較少，因此不如AMR那樣具有自主性，不具備繪製設施地圖的能力。相反，它們依賴於為自己製定的道路，路徑由放置在地板上的導引線
、特殊膠帶或其他類型的導軌定義。如果AGV在行駛途中遇到障礙，它隻能停下來尋求幫助。隨著AGV被賦予了更多的車載計算能力
，AGV和AMR之間的區別正變得越來越模糊。

壓力傳感器在醫療電子中的應用非常廣泛
，可用在輸液泵
、血壓計和睡眠呼吸暫停機等設備中。TE的FX29是一種緊湊型壓力傳感器，在具有毫伏、monihuoshuzishuchuxinhaodejiangudechuanganqixiliezhongzhanxianchulechusedexingjiabi，bingzhenduiqianrushilichuanganyingyongjinxingleyouhua，baokuoyicixingyiliaoshebeihejianshenqicai。

飛行機器人（無人機）

無人機（UAV）正在越來越多地被用於各種工業目的。根據設計

，工業無人機可以是一種自主移動機器人（AMR），yixiexinghaonengzidongjiancebingbikaizhangaiwu，dulidaohangzhimudedi。xianzai
，yixiegongyewurenjibeifuyulehenduorenwu
，baokuofeiyuelutiancaikuangzuoyehuojichusheshixiangmu、監控建築項目的進展、進行倉庫庫存管理等。

水下機器人

用於水下的機器人種類繁多，一些水下機器人被設計成自主的（自動水下航行器AUV）
，一些則被設計成有線或無線遠程控製。水下機器人可用於海洋石油平台、管道的檢查和科學研究，其他應用包括使用水下機器人檢查橋梁底部、水電大壩進水口和珊瑚礁等。

工業機器人產業有多大？

人類的工作會被工業機器人取代嗎？目前來看
，隻有那些重複性工作將逐漸被機器人所取代
，而高智商、需要創造力的工作則很難被機器人代替。在快餐店做薯條
、焊接、駕駛火車和回答基本的客戶服務問題這些重複性工作對機器人來說相對容易接管。

據估計，到2025年，機器人將取代目前由人類占據的8,500萬個工作崗位。由於機器人通常能勝任入門級職位所需的基本任務，這一變化也將為人類開辟更多高級管理崗位。

最近幾年
，機器人行業正以相對較快的速度增長
，全球約有300萬台工業機器人在使用中。另據Statista的數據，到2024年，全球工業機器人出貨量預計將達到51.8萬台，高於2020年的39.4萬台。

根據2020年11月Reportlinker的一份報告，工業機器人在製造業和工業設施中的使用迅速擴大，是最大的機器人細分市場。預計到2025年將從2020年的766億美元增長到1,768億美元，複合年增長率為18.2%。這一增長主要是由製造商推動的。

工業機器人中的電機驅動與控製

jiqirenshiyigeduoyuanhuadexingye，yundongshijiqirengongnengdeyibufen
，dianjikejiangjiqirendeyundongshinengzhuanhuaweijixieneng。yixiejiqirendebujianyurenleixiangsi
，liru：手臂、手腕、手等。使用的主要運動形式包括：手臂的垂直、徑向和旋轉運動；手腕的俯仰、滾轉和偏航
；從一個地方移動到另一個地方的運動能力。

機(ji)器(qi)人(ren)的(de)每(mei)個(ge)動(dong)作(zuo)以(yi)及(ji)可(ke)移(yi)動(dong)部(bu)分(fen)都(dou)需(xu)要(yao)某(mou)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)電(dian)機(ji)支(zhi)持(chi)。所(suo)使(shi)用(yong)的(de)電(dian)機(ji)類(lei)型(xing)從(cong)注(zhu)重(zhong)轉(zhuan)矩(ju)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)機(ji)到(dao)需(xu)要(yao)更(geng)多(duo)角(jiao)度(du)控(kong)製(zhi)的(de)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)。在(zai)兩(liang)者(zhe)之(zhi)間(jian)，可(ke)選(xuan)擇(ze)有(you)刷(shua)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)，這(zhe)種(zhong)電(dian)機(ji)具(ju)有(you)成(cheng)本(ben)效(xiao)益(yi)且(qie)簡(jian)單(dan)
，但(dan)效(xiao)率(lv)低(di)且(qie)易(yi)磨(mo)損(sun)。

目前優秀的替代方案是采用無刷直流（BLDC）電機，它的效率更高
，與使用機械開關的有刷電機相比
，BLDC電機沒有機械開關，而是使用帶刷的旋轉電樞進行電氣連接。運動部件的減少使BLDC電機的使用壽命更長
，僅受滾珠軸承磨損的限製。因為沒有電刷，BLDC電機還表現出優異的耐用性和低噪聲特性。德國航空航天中心的David機器人就擁有76個BLDC電機和165個位置傳感器
，它的工作速度和能力幾乎與人類相當。

電機控製是一個非常活躍的研究領域
，所有領先的半導體供應商都在不斷開發新的產品以提供更高效的電機控製。

1► ST STEVAL-SPIN3201

STMicroelectronics的STSPIN32F0無刷直流控製器是一款係統級封裝器件，提供了適用於不同驅動模式的三相BLDC電機驅動方案。器件有三個半橋式柵極驅動，電流容量為600mA，能夠驅動功率MOSFET或IGBT。由於集成的互鎖功能，不能同時打開同一半橋的高、低側開關。

此外
，器件內部的3.3V DC/DC降壓轉換器可為MCU和外部元件供電
，而其內部的LDO線性穩壓器則可為柵極驅動器供電。集成的MCU（STM32F031C6）能夠實現電機磁場矢量控製（FOC）、6步無傳感器等其它先進的驅動算法，包括速度控製環等。同時，STSPIN32F0器件具有的過溫和欠壓鎖定保護功能，可將器件置於待機模式，以減少功耗。

STEVAL-SPIN3201是一款基於STSPIN32F0和STD140N6F7 MOSFET的三相BLDC電機驅動板，為低壓電機驅動應用提供了一種經濟簡易的解決方案。

圖2：STEVAL-SPIN3201三相BLDC電機驅動板

（圖源：STMicroelectronics）

BLDC提供了高效率，在許多應用中使用了出色的扭矩和速度值。扭矩代表電機的旋轉力大小，BLDC的主要設計宗旨是優化轉矩。速度和扭矩由瞬態的開/關持續時間比控製。通常
，采用用於驅動繞組的PWM信號的形式。單相
、兩liang相xiang和he三san相xiang電dian機ji的de使shi用yong使shi這zhe種zhong情qing況kuang更geng加jia複fu雜za。尤you其qi是shi當dang控kong製zhi器qi在zai低di電dian流liu信xin號hao下xia工gong作zuo時shi，電dian機ji需xu要yao高gao電dian流liu量liang。因yin此ci，電dian機ji驅qu動dong器qi要yao能neng夠gou獲huo取qu低di電dian流liu控kong製zhi信xin號hao，然ran後hou將jiang其qi轉zhuan換huan為wei可ke以yi驅qu動dong電dian機ji的de高gao電dian流liu信xin號hao。

2► TI DRV8313

Texas Instruments的DRV8313是一款最大電壓為65V的3A峰值三相電機驅動器，提供三個可獨立控製的半H橋驅動器。雖然也可被用於驅動螺線管或其它負載，但它主要用於驅動一個三相BLDC電機。每個輸出的驅動通道包含采用半H橋配置的功率N-MOSFET。這個設計將每個驅動器的接地端子接至引腳，以在每個輸出上執行電流感測。此外，該器件還具備過流保護、短路保護
、欠壓閉鎖和過溫保護的內部關斷功能。

圖3：DRV8313評估版為在梯形換向中運行三相BLDC電機提供了一種經濟高效的無傳感器解決方案（圖源：Mouser）

電機驅動器的目標是確保正確的電機控製，以便在應用中相應地控製電機的速度和方向。微控製器（MCU）非常適合用於開發直流（和交流）電機高效控製回路所需的計算功能。

3► Renesas RL78/G14

現在，許多半導體供應商開始大量提供以BLDC電機控製為目標的MCU，例如，Renesas Electronics的RL78/G14係列微控製器(MCU)就是一款多功能通用微控製器
，適合用於電機控製
、工業和計量應用，在低功耗電流和高計算性能之間實現了平衡。RL78/G14 MCU的內置多功能定時器通過三相互補PWM輸出支持三相電機控製。此外，RL78/G14係列還集成了片上振蕩器、數據閃存
、模數轉換器和數模轉換器以及比較器等電路。

圖4：RL78/G14係列微控製器

（圖源：Renesas Electronics）

人工智能與工業機器人

人工智能可能會給工業機器人帶來更強的自主性


，使它們能夠在零人工輸入的情況下自我糾正、學習和改進
，從而提升機器人在行業中的價值。遺憾的是
，截至2021年，我們在行業中還無法看到真正的人工智能機器人。不過，Market research Future（MRFR）的一份綜合研究報告《人工智能機器人市場按產品、類型、技術和應用——2030年預測》則給出了樂觀的估計，報告預計人工智能機器人市場將在2022年至2030年期間以約22.30%的複合年增長率快速增長，到2030年底估值將達到約445億美元。

人工智能和其他技術進步將增強人與機器人的互動，在涉及機器智能、lianjiehekongzhidejishufangmianxunsuqudetupojiangkuodajiqirendenenglihefanwei

，tongshijianhuarenjijiaohu。zaizuiyouqiantudechuangxinzhong，rengongzhinengjiangshijiqirennenggouchuliwurenjiandudeyiwaiqingkuang。tongshi，quntizhinengjiangzengjiayidongjiqirenzaiweizhishanggongxianghegenggairenwudelinghuoxing。chengxiangxitongjiangzengqiangjiqirendezizhujianzha、分析和移動能力。機器人技術具有巨大的上行潛力
，人工智能機器人的能力會更加令人驚歎。

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻
、圖片、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

為先進處理器和MCU選擇USB轉接驅動器：這三個關鍵技術考量，你知道嗎
？

OLED數字車燈照亮汽車產業的未來

想讓血氧測量儀小而美
？試試這種光學前端

瑞薩FoC控製技術，輕鬆解決電動工具應用痛點

科達嘉車規級電感器
，高效提升新能源汽車DC/DC轉換器轉換效率