工业机器人的进化

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（Arculated 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、喷漆、装配等。

AGV，则是一种负责运输的自动机器人，它们通常是沿着仓库、生产或配送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。

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、计算数据和人机界面（H）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，和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）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身上。

图2：典型机械臂的系统架构及关键元器件

图3：典型AGV的系统架构及关键元器件

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”。

如上文所述，如今工业机器人的“技能”越来越高，这也就意味着一个机器人系统中所包括的传感器、控制器、执行器、无线模块等功能单元也会越来越多，想要将电能传输到这些用电单元，并且尽可能减少电能传输和转换过程中的损耗，就需要采用分布式的总线架构，以及小型化、高效率的PoL（负载点）DC-DC转换器，以便尽可能部署在用电器件和模块附近。

Murata的MYMGK MonoBK DC-DC转换器就是为这样的应用而打造的解决方案。该模块集成了、FET、补偿和所需的被动元件，而尺寸仅有10.5mm × 9mm × 5.6mm。

在性能方面，该DC-DC的输入电压范围为4.5V至8.0V或8.0V至15.0V，可提供0.7V至1.8V的可设置输出电压，输出可达12A（MYMGK1R812）或20A（MYMGK1R820）。在效率方面，该系列模块效率高达93.2%，空载电流仅为100mA。

此外，MYMGK MonoBK DC-DC电源模块还提供欠压锁定（LO）、输出短路保护和过流保护等功能，具有开/关控制以及电源良好信号输出，符合CISPR 32B类电磁兼容标准，具有较高的可靠性。综合来看，非常适合于AGV、机械臂、AC伺服系统的应用。

GRM系列

多层陶瓷

（片式多层陶瓷器）是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷片式结构体，再在其两端封上金属层（外电极），从而形成一个完整的电容器。由于这种特殊的工艺和结构，MLCC具有高可靠、高精度、高集成、高频率、大容量、小型化和低成本等特点。显而易见，这与工业机器人的设计要求很合拍。

Murata在MLCC领域一直是头部的玩家，其GRM系列多层陶瓷电容器就可以满足工业机器人应用的需要。该系列MLCC可在表面贴装的小型封装中（从0.25mm × 0.125mm至5.7mm × 5.0mm）实现大容量，容值范围为0.10pF至330μF，容差范围为+/-0.05pF⾄20%，设计额定电压为630VDC（也提供250VDC至1，000VDC的高压版本），可以适用于工业机器人设计中去耦、滤波、箝位缓冲电路、电源阻尼器缓冲器等多种应用场景。

GRM系列具有C0G/X7*温度系数，在-55°C至125°C工作温度范围具有良好的稳定性。而且，该MLCC外部电极，又有出色的，兼容自动化工艺，对于工业机器人系统提升品质也很有帮助。

大家知道，工业机器人智能化的水平是与其采用的传感器数量成正比的。传感器可以为机器人精准、敏捷地“行动”提供数据保障。在工业机器人需要感知的众多物理量中，温度是十分关键的一个参数，这时就要用到热敏了。

PTC热敏电阻是一种阻值会随着温度升高而快速增大的器件，利用这种特性，PTC可以在线路中实现温度检测、电路限流保护等功能。

Murata的PTC热敏电阻均采用具有优异可靠性及性能的陶瓷材料制成。其中，PRG系列PTC热敏电阻用于过流保护的产品，其额定电压高达32V，电流范围10mA至750mA。当电路中出现过流时，该PTC元件可快速呈现高阻状态，阻断大电流对下游的电路和电源造成冲击和损害；而当过流现象消除后，PRG热敏电阻会自动恢复初始低阻状态，可重复使用而无需更换，这显然既省钱又省事——在这个方面和PPTC（有机材料PTC）相比，PRG系列PTC多次使用后阻值特性不会变化，稳定性更胜一筹。

采用表面贴装封装的PRG热敏电阻外形紧凑，有利于节省空间，安装和通电后特性变化较小，具有较高的可靠性，支持较宽的工作温度范围（-40°C至+105°C），符合UL：E137188 VDE和TUV安全标准，可以很方便地集成到工业机器人设计中，对于由于接地故障引发的输入电路过流以及由于无负载误连接引发的I/O输出电路过流进行保护。

图4：在工业机器人中PRG系列热敏电阻的典型应用场景（图源：Murata）

本文小结

现代工厂对高效生产和无缝供应链管理的需求，推动着工业机器人应用的不断发展；而工业4.0的兴起，也在催生能够充分利用数据资源、具有更高智能水平的高精度、高可靠性、高灵活性的新型工业机器人。因此在未来10年甚至是更长的时间内，工业机器人市场将呈现出持续快速增长的态势。

而在这样一种大环境下，一款工业机器人产品想要获得超乎他人的竞争优势，必须要有健壮而高效的“工作细胞”——也就是元器件——以支撑其“肌体”的高效运转。从以上三款产品中我们不难看出，Murata高性能、高可靠、小型化的电子元器件正好可以满足这一要求，而且Murata极为丰富的产品组合还可以为客户提供完整的解决方案！想要打造可以在未来世界大展身手的工业机器人，就从这里起步吧。