前不久，工信部公布《“十四五”智能制造發展規劃》（征求意見稿），指出：到2025年規模以上制造業企業基本普及數字化，重點行業骨干企業初步實現智能轉型；到2035年，規模以上制造業企業全面普及數字化，骨干企業基本實現智能轉型。毫無疑問，從“十四五”規劃開局之年起，智能化轉型就已經成為了制造業未來發展的首要命題。

作為智能制造的重要基石，工業機器人可以大幅度解放生產力，在這場數字化浪潮中起著決定性作用。而就和制造業本身朝著智能化轉型一樣，工業機器人的要求也在不斷提高，需要

朝著更具生產力，更智能，更安全并且能夠更好地定位的方向發展和演變。

技術升級挑戰下，機器人安全功能先行

目前適用于工業應用的機器人類型可大致分為三類：高速、高動力、精確運動的方式運行的傳統工業機器人，它們為各種各樣的終端行業提供服務，從緊湊、輕便的機器人，到能夠搬運重有效載荷的大型機器人，例如車輛；逐漸取代了傳統的、由駕駛員操作的工廠車間車輛和傳送帶的自主移動機器人 (AMR) 和自動導引車 (AGV)，它們可以實現更加靈活的生產系統，節省了空間，并提高了安全性；還有在協作應用程序中運行的機器人，即“協作式機器人(cobots)”，可以使智能助手為其熟練的人類專家完成重復任務。

在目前所在智能化轉型階段，自動化的工廠依然不能完全脫離操作員的參與，尤其是協作機器人，設計之初就是主要配置用于與人類操作員一起工作，安全、高效地完成非認知性任務的機器人，人與機器人之間可能會發生身體接觸。因此在進行機器設計時，就需要考慮到人身安全。根據標準ISO/TS 15066規定，合法的協作機器人要求限制功率和力（PFL），機器人與操作員之間的接觸分為兩種類型：準靜態接觸和瞬態接觸。而在這兩種情況下，根據身體部位的不同，規定的最大容許力也不同：

上表中提到的數據與安全息息相關，且作用力相對較高，因此可以在機器人關節中放置力扭矩傳感器，由此獲取更精準可靠的數據，提供更多的反饋。同時，傳感器本身精度的提高也有助于改善工藝質量、縮短周期時間以及延長加工工具的使用壽命。

在現有的設計中，使用六軸慣性測量單元（IMU）是首選方案之一，將其放置在末端執行器之前，可以讓機器人監測到它對周圍環境施加了多大的力。六軸是指三軸線性加速度（直角坐標軸下的X、Y、Z）和三軸角速率運動（翻滾軸、俯仰軸和偏航軸），IMU的輸出經過附加處理，可以提供相對姿態、行進方向和速度，最終帶來高精度的分辨識別。

ADI公司的提供的ADIS16470是一款完整的六軸慣性測量單元。ADIS16470 中的每個慣性傳感器均結合了iMEMS® 技術和可優化動態性能的信號調節功能。工廠校準可表現每個傳感器的靈敏度、偏置、對準和線性加速（陀螺儀偏置）特性。因此，每個傳感器都有其自己的動態補償公式，用以提供準確的傳感器測量。

ADIS16470 能夠提供了一種簡單、經濟高效的方法，用于將精確的多軸慣性測量技術集成到工業系統中，尤其是在與離散設計所涉及的復雜性和投資進行比較時。所有必要的運動檢測和校準均已在工廠生產過程中完成，大大縮短了系統集成時間。在導航系統中，緊密的正交對準簡化了慣性坐標系對準。SPI 和寄存器結構設有一個簡單接口，用于數據收集和配置控制。

ADIS16470（寬動態范圍微型 MEMS IMU）

遠離墨菲定律，Σ-Δ ADC打造可靠安全系統

實際上， IMU只是整個機器人安全系統組成的一部分，要實現保護人員和財產免受損害的目的，還需要系統層面和集成電路層面的專門技能來提供具有適當功能組合的IC，以最大程度地降低故障可能性及其導致的負面影響。為保證功能安全，須提高系統/模塊監視和診斷覆蓋率，以降低未檢出錯誤的數學概率。ADI提供精密Σ-Δ ADC AD7770，集成了監視和診斷能力，包括通過內置冗余轉換器來使診斷覆蓋率達到最大，實現了許多內部錯誤檢測器，這樣可以簡化功能安全系統的設計，使整體復雜度低于其他解決方案。

AD7770很適合六軸力的調試應用，由于傳感器獲取的信號變化通常很小，為了最大化信號鏈性能，利用ADC的動態范圍，需要放大該信號。AD7770提供低輸入電流，允許直接連接傳感器。每個輸入通道都有一個增益為1、2、4和8的可編程增益級，可將低幅度傳感器輸出映射到滿量程ADC輸入范圍，從而使信號鏈的動態范圍最大，而無需增加外部放大器。同時，AD7770的8通道同步采樣功能也可以很好地匹配來自傳感器的六軸同步輸出。

AD7770 ADC的診斷和監控模塊

總結

疫情催化下的后時代，全球自動化和信息化趨勢正加速發展。在今年2月初，工信部的官方微信公眾號發布消息稱，2020年1-12月，全國工業機器人完成產量237068臺，同比增長19.1%，是近3年來中國工業機器人完成產量的最高增長幅度，在全球性數字化浪潮和國內政策的雙重驅動下，工業機器人消費市場將快速擴大。應對迅猛發展的工業機器人產業，提升機器人技術標準和打造安全體系極為重要，數十年來，ADI 公司一直在提高運動和機器人能力，助力實現更智能、更靈活的機器人，從而逐步改變生產力和效率，并改善人類的工作方式。