作者：Daniel Pintar，TE Connectivity機(jī)器人和運(yùn)動部門戰(zhàn)略和業(yè)務(wù)發(fā)展高級經(jīng)理

隨著企業(yè)對提高效率和盈利能力的不斷追求，機(jī)器人技術(shù)、先進(jìn)的自動化和控制系統(tǒng)的使用正變得越來越普遍。

總體而言，工業(yè)機(jī)器人在世界各地的工廠中的使用正在高速發(fā)展。根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會（IFR）發(fā)布的《2021年世界機(jī)器人報(bào)告》，每萬名員工擁有126臺機(jī)器人是全球制造業(yè)機(jī)器人密度的新平均值--比五年前幾乎翻了一番。

在那些早期采用機(jī)器人技術(shù)的國家，這一比率要高得多。根據(jù)《世界機(jī)器人報(bào)告》，大韓民國每10,000名員工安裝了932個機(jī)器人，而新加坡?lián)碛?05個，日本擁有390個。德國排名第四，比率為371，其次是瑞典，為289，香港為275，美國為255。

隨著全球機(jī)器人密度的飆升，協(xié)作機(jī)器人（或稱cobot）是將機(jī)器人解決方案引入中小型公司的一個簡單切入點(diǎn)。與重型工業(yè)機(jī)器人相比，協(xié)作機(jī)器人通常更輕、更簡單、更機(jī)動，并在生產(chǎn)或裝配線上與人類一起使用。

與幾乎沒有人際互動的獨(dú)立自動化設(shè)備不同，機(jī)器人的設(shè)計(jì)是為了與工人互動并協(xié)助他們。機(jī)器人協(xié)助產(chǎn)品組裝，幫助進(jìn)行視覺零件檢查，并執(zhí)行材料處理、機(jī)器維護(hù)、組裝、焊接和拋光等任務(wù)。然而，從歷史上看，工人們存在著安全問題。因此，cobot與人的互動是有限的。

機(jī)器人提供靈活性

今天，機(jī)器人在工廠車間提供了更大的靈活性。為了安全起見，不再需要保護(hù)性的籠子，而且機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展到可以與人無縫協(xié)作。現(xiàn)在，它們可以共同完成幾年前人類和機(jī)器人都無法獨(dú)立完成的任務(wù)。這種靈活性有助于提高投資回報(bào)率（ROI），因?yàn)樯a(chǎn)力的提高和勞動力成本的降低。

機(jī)器人還可以處理人類無法完成或在極端條件下無法完成的復(fù)雜或不愉快的任務(wù)。例如，在化學(xué)品、藥品或醫(yī)療設(shè)備的應(yīng)用中，cobot有能力以最大的精度執(zhí)行。為了改善健康和安全，機(jī)器人甚至可以在危險(xiǎn)、過熱或過冷或潮濕的環(huán)境中操作，這些環(huán)境被認(rèn)為是人類工人不喜歡的。

安全性隨著扭矩傳感器的發(fā)展而發(fā)展

隨著我們進(jìn)一步發(fā)展和擴(kuò)大對機(jī)器人的安全要求，我們也在整合技術(shù)以幫助監(jiān)測和控制機(jī)器人。TE Connectivity（TE）在這方面的一個例子是扭矩傳感器，它可以監(jiān)測機(jī)器人上各種旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)的機(jī)械扭矩。我們的扭矩傳感器基于一個集成的稱重傳感器，可以將機(jī)械扭矩轉(zhuǎn)化為與施加的扭矩成比例的數(shù)字輸出信號。

當(dāng)扭矩傳感器用于機(jī)器人時，它們可以檢測到扭矩水平高到可能會傷害人類或損壞一起工作的機(jī)器人的情況。

安全扭矩傳感器通常被集成到機(jī)器人的關(guān)節(jié)單元中。聯(lián)合單元是一個完整的系統(tǒng)，通常包括一個或多個角度傳感器，以及一個電機(jī)和齒輪箱。關(guān)節(jié)單元驅(qū)動機(jī)器人每個手臂的運(yùn)動，而扭矩傳感器用于感知電機(jī)和齒輪箱內(nèi)的扭矩。扭矩水平被控制電路用來關(guān)閉關(guān)節(jié)，以防止對手臂本身造成傷害，或者，如果是協(xié)作使用，則是對相應(yīng)的工人造成傷害。

我們現(xiàn)在看到，工業(yè)界正在從機(jī)器人中使用功率限制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向使用更有利的扭矩傳感器，這使得反應(yīng)時間更快，精度更高。扭矩傳感器可使機(jī)器人系統(tǒng)更安全、更可靠，并提高工人的安全性。

TE安全扭矩傳感器的設(shè)計(jì)是為了提供準(zhǔn)確的扭矩?cái)?shù)據(jù)，同時大大減少交叉負(fù)載誤差（軸向負(fù)載、徑向負(fù)載和傾斜力矩），并可作為齒輪箱中的密封墻。為了符合高達(dá)ISO13849第4類PL e的功能安全要求，該設(shè)計(jì)以雙通道系統(tǒng)為基礎(chǔ)，并包括其他功能，以檢測任何與安全有關(guān)的故障。

以下是TE的安全扭矩傳感器在機(jī)器人應(yīng)用中提高性能的五種方式：

高功能安全：由于有兩個電氣隔離通道，沒有共同原因的故障，因此設(shè)計(jì)上符合ISO13849第4類PL e的功能安全要求。

對交叉負(fù)載的敏感性低：對于裝配在諧波驅(qū)動齒輪箱上的傳感器設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，以減少軸向、徑向負(fù)載和傾覆力矩的敏感性，提供更高的精度。

可定制的機(jī)械接口：低矮的傳感器，整體高度低于20mm，在尺寸和傳感范圍方面容易適應(yīng)，以滿足客戶的應(yīng)用要求。

數(shù)字I2C電氣接口：標(biāo)準(zhǔn)的電氣接口是I2C串行數(shù)字接口，通信速率為400kHz，便于集成。

微熔技術(shù)：微熔技術(shù)大大減少了傳統(tǒng)稱重傳感器設(shè)計(jì)中使用的對年齡敏感的有機(jī)環(huán)氧樹脂，從而提供長期的跨度和零點(diǎn)穩(wěn)定性。

TE的安全扭矩傳感器正在引領(lǐng)提高機(jī)器人的安全性和可靠性，因?yàn)檫@些機(jī)器將繼續(xù)推動工業(yè)4.0的發(fā)展。