工(gong)(gong)業 4.0 的愿景是(shi)將智能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)取工(gong)(gong)業設(she)(she)備(bei)相(xiang)結合(he)，以進步生產力、進步可靠性(xing)并(bing)下降(jiang)運營本錢。這此(ci)中很多傳(chuan)感(gan)器(qi)將經由(you)過程無(wu)線(xian)體(ti)式格局(ju)相(xiang)互連接(jie)（比方(fang)，經由(you)過程網狀設(she)(she)置）或經由(you)過程傳(chuan)感(gan)器(qi)網關。然后，該網絡將連收到能(neng)夠(gou)收集、闡發和處置懲罰數據的云。工(gong)(gong)業物(wu)聯(lian)網 (IIoT) 取物(wu)聯(lian)網的不同(tong)之處在于設(she)(she)備(bei)必(bi)需實時履行操縱并(bing)知(zhi)足工(gong)(gong)業可靠性(xing)尺度。
工(gong)(gong)業機器(qi)人(ren)是(shi)一(yi)類(lei)特別(bie)的(de)工(gong)(gong)業設備，能(neng)夠高效(xiao)、正(zheng)確(que)且可(ke)反復地實(shi)行手動義務。自 1960 年月以來(lai)，它們一(yi)向適用(yong)于工(gong)(gong)場及貿(mao)易舉措措施中。伴隨著(zhu)工(gong)(gong)業 4.0 的(de)到來(lai)，這一(yi)些(xie)機器(qi)人(ren)正(zheng)在(zai)整合智能(neng)和新功(gong)能(neng)，使智能(neng)工(gong)(gong)場成為可(ke)能(neng)。
除正(zheng)在執行(xing)任務時(shi)加(jia)倍靈動以(yi)外，工業機(ji)器(qi)(qi)人還可(ke)以(yi)收集和(he)闡明有(you)關(guan)本身的數據，以(yi)進(jin)步生產力、服(fu)務質量和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)，與(yu)此同(tong)時(shi)低落總(zong)體總(zong)具(ju)有(you)本錢。當連收到云端時(shi)，可(ke)以(yi)辨(bian)認全部(bu)機(ji)器(qi)(qi)人的操縱形式和(he)趨向。
比方，可以(yi)闡發毛(mao)病以(yi)創(chuang)立猜(cai)測性保(bao)護算(suan)法，當機(ji)器人的操縱設置(zhi)記載(zai)文(wen)件有錯誤時會觸發警報。使(shi)得題(ti)目可以(yi)正在招(zhao)致設備毛(mao)病和停(ting)機(ji)之(zhi)前(qian)得到(dao)解決，進而(er)最(zui)大限度(du)地淘(tao)汰(tai)損失。
伴隨著越(yue)來越(yue)多的工(gong)業(ye)(ye)自(zi)動化 OEM 對機(ji)器人(ren)手藝舉(ju)行投資，工(gong)業(ye)(ye)機(ji)器人(ren)的增(zeng)加仍(reng)在持續。自(zi) 2016 年以來，機(ji)器人(ren)行業(ye)(ye)以每一年 7.6% 的速度增(zeng)加（CAGR）。
1. OEM 持續投資于工(gong)業機(ji)器人(ren)技能，自 2016 年(nian)以來機(ji)器人(ren)行業以每一年(nian) 7.6% 的速度增(zeng)加（CAGR），即(ji)便(bian)將(jiang) COVID-19 思量在內。
將來幾年，工(gong)業(ye)機器人的(de)開發者將面(mian)對一(yi)系(xi)(xi)(xi)列的(de)題目。伴隨著這一(yi)些(xie)體(ti)系(xi)(xi)(xi)變得(de)愈(yu)來愈(yu)龐雜(za)，可靠性變得(de)愈(yu)來愈(yu)重(zhong)要。本文將討論以數(shu)(shu)據(ju)日記的(de)情勢由工(gong)業(ye)機器人收(shou)集運轉(zhuan)數(shu)(shu)據(ju)的(de)挑釁(xin)，包含(han)若何(he)處置必需收(shou)集的(de)數(shu)(shu)據(ju)和如安在(zai)體(ti)系(xi)(xi)(xi)故(gu)障時代最大限度地淘汰數(shu)(shu)據(ju)喪失。
工業(ye)機(ji)器人的復雜性(xing)
正在最基本(ben)的情勢中，工業機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)由機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)手(shou)和(he)控制器(qi)(qi)構成。機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)手(shou)，平(ping)常被稱為(wei)機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)臂，能夠挪動、扭轉(zhuan)和(he)施行行動。
2. 工業機器人(ren)框圖。
每(mei)一個(ge)(ge)(ge)機器(qi)(qi)(qi)(qi)人機器(qi)(qi)(qi)(qi)手的(de)各(ge)個(ge)(ge)(ge)一些根(gen)據(ju)機器(qi)(qi)(qi)(qi)樞紐銜接，每(mei)一個(ge)(ge)(ge)樞紐皆供應一個(ge)(ge)(ge)運(yun)動(dong)軸。一個(ge)(ge)(ge)典范的(de)機器(qi)(qi)(qi)(qi)手有六個(ge)(ge)(ge)運(yun)動(dong)樞紐或六個(ge)(ge)(ge)運(yun)動(dong)軸。
由高精(jing)(jing)度伺服或(huo)步進機(ji)電(dian)賣(mai)力的(de)(de)(de)每(mei)一個軸都被限定(ding)正在特定(ding)的(de)(de)(de)活動(dong)(dong)局限內。別的(de)(de)(de)，每(mei)一個軸以(yi)(yi)分(fen)歧的(de)(de)(de)速(su)度挪動(dong)(dong)，通常正在數(shu)據(ju)表中以(yi)(yi)每(mei)秒挪動(dong)(dong)的(de)(de)(de)度數(shu)列出(chu)。活動(dong)(dong)局限越(yue)(yue)大，樞(shu)紐的(de)(de)(de)最高速(su)度越(yue)(yue)快，節制活動(dong)(dong)所需的(de)(de)(de)精(jing)(jing)度就越(yue)(yue)高。對(dui)更高協(xie)調(diao)性和精(jing)(jing)度的(de)(de)(de)需求還加了需要從跟蹤機(ji)械手的(de)(de)(de)每(mei)一個傳感器記載的(de)(de)(de)操縱數(shu)據(ju)量。
由(you)可靠性來看，工業機(ji)器(qi)人必需可以由(you)種種電(dian)源(yuan)事務中規復，比方斷電(dian)。抱負情況下，一旦電(dian)源(yuan)妨礙清掃，即便體(ti)系(xi)已重置，機(ji)器(qi)人還可以由(you)中斷的(de)位置立刻(ke)規復操縱。
為此(ci)，每(mei)臺(tai)機電都必須(xu)可以生存關頭(tou)參數和(he)數據狀況，包孕機器(qi)臂的(de)扭轉(zhuan)角度(du)和(he)位置(zhi)。一樣，掌握(wo)器(qi)須(xu)要保護具體(ti)的(de)掌握(wo)日記，記實(shi)每(mei)一個軸的(de)操縱(zong)參數，包孕其(qi)下令位置(zhi)、編碼器(qi)值(zhi)和(he)有效載荷。
另(ling)外，控制器必需連結伺服機(ji)電記(ji)載跟蹤速(su)度(du)、扭矩(ju)、機(ji)電反應(ying)傳感（即電流、位置(zhi)、速(su)度(du)）和活(huo)動(dong)角度(du)。可靠地(di)記(ji)載所有(you)這些數據(ju)須(xu)要某種情勢(shi)的非(fei)易失性存儲器，以便數據(ju)不(bu)容易因斷電而喪失。
適(shi)用于數據記載的非易失性存儲器
正(zheng)在已(yi)往的幾十年中(zhong)，樞紐數(shu)據一向保存正(zheng)在電(dian)池供(gong)電(dian)的 SRAM 中(zhong)。可是，這類(lei)要領有(you)許(xu)多錯誤(wu)(wu)謬誤(wu)(wu)：
須要(yao)一些組件（電池，電源辦理控(kong)制器），占用更多的 PCB 空間和增添妨礙點的數目。
為幸免(mian)電池受(shou)熱，一般需要在回流工藝以后安裝電池，進而(er)加了制作本錢。
工業(ye)機(ji)器(qi)人常常暴露在(zai)振動中(zhong)，這(zhe)大(da)概招致將電池固定到位(wei)的連接器(qi)泛起機(ji)械(xie)故障，進而下降(jiang)團體可靠(kao)性(xing)。
電(dian)池需求(qiu)開展(zhan)保護和改換。
電池不符合 RoHS 請求，為廠商帶(dai)來了(le)措置題目。
因為這(zhe)一些(xie)緣(yuan)(yuan)故和其(qi)他緣(yuan)(yuan)故，OEM 已(yi)轉向非易(yi)(yi)失性存儲設備來替換(huan)電池供(gong)電的 SRAM。該表(biao)表(biao)現了(le)可供(gong) OEM 利用的一系列非易(yi)(yi)失性存儲器技能。
因為 EEPROM 的耐用性較低(di)，是(shi)以大多(duo)使用都可(ke)以將其解除在外。工業機器人 24/7 全天候運(yun)轉，而(er)且必需紀(ji)錄大批實時(shi)數據。因為這一些機器人可(ke)能會(hui)連氣兒運(yun)轉好多(duo)年，EEPROM 最終會(hui)磨(mo)損，是(shi)以這不(bu)是(shi)一個可(ke)行的挑(tiao)選。
Flash 的(de)續航才能還有限。然則，閃存的(de)耐用(yong)性(xing)問題一(yi)(yi)般能夠使用(yong)在主(zhu)機處理器上的(de)磨損平(ping)衡軟件技(ji)術來辦理。當一(yi)(yi)個(ge)塊(kuai)入手下(xia)手呈現凌(ling)駕設定閾值(zhi)的(de)錯誤時(shi)，磨損平(ping)衡算(suan)法會將(jiang)數據移動到一(yi)(yi)個(ge)靠得住實行的(de)塊(kuai)中。
磨損(sun)平衡經(jing)由(you)過(guo)程(cheng)將(jiang)磨損(sun)平均地分布(bu)正在閃存中，有效(xiao)地延長了內(nei)(nei)存的(de)使(shi)用壽命。可是，正在全部內(nei)(nei)存中跟蹤和挪動數據的(de)歷程(cheng)會提升(sheng)主(zhu)機(ji) CPU 負載并引入(ru)寫(xie)入(ru)操(cao)縱延遲。
利用閃(shan)存舉行數據(ju)記實時，最主要(yao)的思量因素(su)多(duo)是(shi)它以(yi)塊的情(qing)勢寫(xie)入數據(ju)。日記數據(ju)必需收集正在(zai)緩沖區中(zhong)，直到(dao)全部塊準(zhun)備好寫(xie)入。磨損(sun)平(ping)衡算(suan)法(fa)也許觸(chu)及正在(zai)大表中(zhong)舉行基(ji)于軟件的查(cha)找，然(ran)后挑(tiao)選應(ying)寫(xie)入數據(ju)的塊。最終，閃(shan)存必需先擦除塊才(cai)可以(yi)寫(xie)入。
只有完成這(zhe)一些義務后，能力終究寫入日(ri)記(ji)數據。所(suo)有這(zhe)一些因(yin)素(su)城市招致預(yu)期(qi)數據收集取(qu)寫入直接的長延遲。
實時可靠性
如前所述，數據紀錄的(de)兩個首要(yao)原因是隨時間推(tui)移的(de)性能剖析和(he)電(dian)源事務規復。關于(yu)這(zhe)兩個功(gong)效，可以(yi)說最主要(yao)的(de)信息全是正在產生毛病時收(shou)集的(de)數據。
正在電源毛病(bing)的情形下，數據將適用于(yu)規(gui)復和規(gui)復工(gong)業機(ji)器(qi)人中(zhong)斷運轉的切實位置。關于(yu)性能(neng)剖析，此“末了時刻”數據關于(yu)掌(zhang)握(wo)毛病(bing)前產生(sheng)(sheng)的情形和大概(gai)致使毛病(bing)產生(sheng)(sheng)的緣故(gu)至關重(zhong)要。
當(dang)體系(xi)產生(sheng)妨礙或產生(sheng)電源(yuan)題目時，幾(ji)乎(hu)沒有時候做(zuo)出反映。利用閃(shan)存和 EEPROM，緩沖(chong)區中的(de)(de)任(ren)何內容都將(jiang)喪失。然(ran)而，這是最主要(yao)的(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)。寫入(ru)內存所需的(de)(de)時候越長(chang)，喪失環節數(shu)(shu)據(ju)的(de)(de)風險(xian)就越大。斟酌一個正在(zai)高貴(gui)部(bu)件(jian)上運轉(zhuan)的(de)(de)高精(jing)度機器(qi)人。若是機器(qi)人碰(peng)到電源(yuan)妨礙，體系(xi)需求可以以高精(jing)度復位到停止的(de)(de)位置。不(bu)然(ran)，此次加工的(de)(de)零件(jian)可能要(yao)報廢。
為(wei)了維持(chi)具(ju)(ju)有(you)高(gao)可靠性(xing)的(de)操縱(zong)(zong)參(can)數(shu)(shu)和數(shu)(shu)據日記，必需連(lian)氣兒捕捉數(shu)(shu)據并將其存(cun)儲正在非(fei)易失(shi)性(xing)存(cun)儲器中(zhong)。出于這個緣故(gu)原(yuan)由，機器人(ren)開(kai)發(fa)者正正在轉向鐵電(dian)隨機存(cun)取存(cun)儲器 (F-RAM)。由表(biao)中(zhong)能(neng)夠看得出，F-RAM 具(ju)(ju)有(you)很多上風(feng)，使其成為(wei)存(cun)儲樞紐操縱(zong)(zong)參(can)數(shu)(shu)和數(shu)(shu)據記實(shi)的(de)首選。
F-RAM 具(ju)有(you)(you) 10的14 次方(fang)寫(xie)入周期(qi)的耐(nai)用(yong)性，對(dui)數據記實應用(yong)程序具(ju)有(you)(you)無限耐(nai)用(yong)性。另外，F-RAM不需要磨(mo)損平衡，進(jin)而簡(jian)化并降(jiang)低了寫(xie)入內存的延遲。
F-RAM 是一種不(bu)需(xu)要刷(shua)新(xin)周期(qi)的(de)(de)隨(sui)機存(cun)(cun)取(qu)存(cun)(cun)儲(chu)器。無需(xu)緩沖數據塊(kuai)，由于(yu)數據能夠(gou)當即(ji)存(cun)(cun)儲(chu)正(zheng)在非易失性存(cun)(cun)儲(chu)器中(zhong)。另(ling)外(wai)，F-RAM 的(de)(de)隨(sui)機存(cun)(cun)取(qu)特征消除內(nei)存(cun)(cun)分頁帶來的(de)(de)延遲。當數據被捕捉時，它會被當即(ji)存(cun)(cun)儲(chu)。
數據記載市場趨勢
開發人員必需決定是正在主控制器內(nei)會合(he)記(ji)實數據(ju)，照(zhao)樣正在每一個機(ji)電的邊(bian)沿記(ji)實數據(ju)。現在，正在機(ji)電邊(bian)沿側的數據(ju)記(ji)實須要高(gao)達 1 Mb 的容(rong)(rong)量，而控制器則須要高(gao)達 16 Mb 的容(rong)(rong)量。
關(guan)于(yu)六軸機(ji)器(qi)人(ren)控制器(qi)等高速使用(yong)(yong)，英飛凌最新(xin)一代的非易失性存儲器(qi) Excelon F-RAM 給予(yu)更(geng)高密(mi)度(du)(du)的存儲器(qi)和四通道 SPI 接口，以(yi)幫忙(mang)進步吞(tun)吐量(liang)。關(guan)于(yu)數據紀(ji)錄請求(qiu)較小的使用(yong)(yong)，則有(you)密(mi)度(du)(du)較低單通道SPI的產(chan)物。
然而(er)，跟著工業機器人中(zhong)軸和傳感器數目的(de)不休(xiu)增加，數據紀錄的(de)規定只會擴(kuo)大（圖 3）。與此(ci)同時(shi)，基于人工智能的(de)性能和展望性保(bao)護算(suan)法將需要以(yi)更(geng)高的(de)邃密度拜訪更(geng)遍及的(de)參數，進而(er)提升必(bi)需收集和存(cun)儲(chu)的(de)數據總量。
3. 跟(gen)著工業機(ji)器(qi)人軸數(shu)和傳(chuan)感(gan)器(qi)數(shu)目的(de)不時(shi)增添(tian)，數(shu)據記實請求將(jiang)跟(gen)著工夫的(de)推移而增加。
危害(hai)非易(yi)失性存(cun)儲器密度(du)的(de)(de)(de)另一(yi)個趨(qu)向是(shi)將記實功效(xiao)移到更接近網絡邊沿的(de)(de)(de)位置(zhi)。正在每一(yi)個機電(dian)中的(de)(de)(de)高可靠性和功效(xiao)寧靜(jing)的(de)(de)(de)邊沿測算取存(cun)儲，能夠清除將數據發送回主控制器的(de)(de)(de)延(yan)遲(chi)。
很多制(zhi)(zhi)造商正(zheng)在每一個機(ji)電(dian)上皆利(li)用微型控制(zhi)(zhi)器(qi)，其行動由主六(liu)軸(zhou)控制(zhi)(zhi)器(qi)調和(he)(he)。是以，每一個機(ji)電(dian)皆會(hui)跟蹤自身的參數和(he)(he)傳感(gan)器(qi)。反過來，這將(jiang)使更進步前輩(bei)的人工智能和(he)(he)機(ji)械進修(xiu) (ML) 本領轉(zhuan)移到邊沿和(he)(he)單個機(ji)電(dian)成為可能。
工業(ye)機械人(ren)中(zhong)的(de)其他(ta)存儲器
除數據紀錄存儲(chu)器外，工(gong)(gong)業機器人還(huan)在體系(xi)中(zhong)采(cai)用了很多其他存儲(chu)器手藝，包含將引誘代碼(ma)存儲(chu)為(wei)擴大存儲(chu)器。跟著(zhu)工(gong)(gong)業 4.0 的(de)呈(cheng)現(xian)，掩護體系(xi)免(mian)受網絡要挾的(de)需求激(ji)增。
黑(hei)客的首(shou)要方針(zhen)之一(yi)是閃存設備，它(ta)存儲啟動代碼(ma)、平安(an)密鑰和其他對體(ti)系一(yi)般(ban)功用至關重(zhong)要的樞紐數(shu)據。在(zai)這里層面(mian)，英(ying)飛凌開(kai)發了契合功用平安(an)尺度的 SEMPER Secure NOR 閃存，并集成(cheng)了平安(an)功用以護衛(wei)代碼(ma)免遭(zao)黑(hei)客攻擊。
機器(qi)(qi)(qi)人節(jie)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)的日(ri)趨復雜性致(zhi)使很多機器(qi)(qi)(qi)人節(jie)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)還具有本(ben)人的TFT顯(xian)示器(qi)(qi)(qi)，以(yi)撐持取技術(shu)人員(yuan)的直接(jie)交互和(he)長(chang)途(tu)節(jie)制(zhi)。關于緩沖數(shu)據(ju)、音頻(pin)、圖象和(he)視頻(pin)，或用作數(shu)學和(he)數(shu)據(ju)密集型運算的暫存(cun)器(qi)(qi)(qi)，HyperRAM則很是合適作為工業顯(xian)示器(qi)(qi)(qi)的擴(kuo)大存(cun)儲器(qi)(qi)(qi)。它在低引(yin)腳數(shu)串行 HyperBus 接(jie)口(kou)上具有高(gao)達 800MB/s 的傳輸(shu)率。
結論
數(shu)據(ju)記實是(shi)工業機(ji)器人的基本(ben)功(gong)效(xiao)，能(neng)夠(gou)由妨礙和電源事務中規復，而不(bu)容易對出(chu)產發(fa)生負面影響。經過(guo)供應將推進(jin)這(zhe)一些應用程序立異的數(shu)據(ju)，數(shu)據(ju)記實在(zai)啟用新興(xing) AI 和 ML 功(gong)效(xiao)（比方展(zhan)望性保護）層面還施展(zhan)著重(zhong)要作用。
F-RAM 的(de)(de)無限耐(nai)用性與其(qi)實(shi)時(shi)性、非易失(shi)性、高(gao)吞吐量(liang)和靠(kao)得住的(de)(de)數據(ju)(ju)捕(bu)捉(zhuo)相(xiang)結合，使(shi)其(qi)成為(wei)針對工(gong)業機械(xie)人中高(gao)性能(neng)(neng)數據(ju)(ju)紀錄的(de)(de)非易失(shi)性存(cun)儲器(qi)的(de)(de)強(qiang)盛挑選。因(yin)為(wei)F-RAM能(neng)(neng)夠(gou)包管(guan)正在(zai)電源事故時(shi)期數據(ju)(ju)喪失(shi)起(qi)碼，是以能(neng)(neng)夠(gou)履行高(gao)精(jing)度規復，機械(xie)人能(neng)(neng)夠(gou)正在(zai)復位(wei)或毛病之前(qian)停滯的(de)(de)位(wei)置持續操縱。