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前言

在制造、物流、倉儲等許多行業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)變得越來越普遍。它不僅可以帶來更高的效率，還可以提供更高的生產(chǎn)力和更安全的工作環(huán)境。不同的場景應(yīng)用，也決定著工業(yè)機(jī)器人的操作系統(tǒng)。在工廠里，工業(yè)機(jī)器人可用于運(yùn)輸貨物，并協(xié)助實(shí)施質(zhì)量控制程序；在物流和倉儲中，機(jī)器人可以幫助裝卸貨物；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，機(jī)器人有助于更精確地監(jiān)測作物和分析土壤，從而提高生產(chǎn)力——在智能化和低碳化的驅(qū)使下，工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的重要性日益凸顯。

工業(yè)機(jī)器人市場兩大引擎：新能源汽車和光伏

工業(yè)機(jī)器人主要是指應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)制造產(chǎn)線，能自動化控制的、可重復(fù)編程的多功能機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)。相比傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備，它具有易用性、智能化水平高、生產(chǎn)效益及安全性高、易于管理且經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)，可以在高危環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)。

對企業(yè)發(fā)展來說，工業(yè)機(jī)器人不僅可以幫助優(yōu)化生產(chǎn)過程、提高產(chǎn)品質(zhì)量，還能降低運(yùn)營成本。

近年來，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)在汽車、3C電子、金屬制品、塑料及化工產(chǎn)品等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，新能源汽車和光伏成為工業(yè)機(jī)器人市場的兩大主要增長引擎。

光伏裝機(jī)量在宏觀政策的推動下也始終保持高景氣度的同時，受缺電、電價高企影響，海外市場的光伏產(chǎn)品需求也不斷攀升，成為近年來我國光伏產(chǎn)品出口的重要支撐因素。另一方面，得益于新能源汽車需求爆發(fā)驅(qū)動，工業(yè)機(jī)器人保有量增長保持持續(xù)上升的態(tài)勢。國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2022年全國規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)的工業(yè)機(jī)器人累計完成產(chǎn)量44.31萬套，產(chǎn)量首次突破40萬套，穩(wěn)居全球第一大工業(yè)機(jī)器人市場。

自中國加入WTO以后，推動工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的政策頻頻加碼。不難推測，受《“機(jī)器人+”應(yīng)用行動實(shí)施方案》和全球經(jīng)濟(jì)去全球化的影響，中國工業(yè)機(jī)器人市場在未來幾年可能以相對穩(wěn)定的增速持續(xù)攀升。另根據(jù)IFR、中國電子學(xué)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)預(yù)算，2022年工業(yè)機(jī)器人市場規(guī)模為87億美元，預(yù)計2024年或超過110億美元。

圖：2024年中國機(jī)器人市場規(guī)?；蜻_(dá)115億美元

受到宏觀政策的強(qiáng)烈推動和市場的強(qiáng)大需求下，新能源汽車需求量、光伏裝機(jī)量及光伏產(chǎn)品都有望持續(xù)攀升。這兩大行業(yè)在接下來的時間內(nèi)還將有力地拉動工業(yè)機(jī)器人市場需求量的持續(xù)增長。

工業(yè)機(jī)器人核心技術(shù)方向：穩(wěn)健靈活、精準(zhǔn)控制

在機(jī)器人的整體構(gòu)架中，減速器、伺服系統(tǒng)和控制器都是非常重要的部件，其所使用到的芯片、功率器件和傳感器等半導(dǎo)體器件都有著不同的性能要求。當(dāng)然，不同種類或不同功用的機(jī)器人，其半導(dǎo)體器件所具備及遵循的特性也有所不同。

相比于其他領(lǐng)域，機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域主要強(qiáng)調(diào)“穩(wěn)”，保證穩(wěn)健生產(chǎn)是重點(diǎn)。產(chǎn)品發(fā)展邏輯需要兼顧性能穩(wěn)定性與應(yīng)用場景的適配性。因此，整個工業(yè)機(jī)器人市場需要呈現(xiàn)出非常高的產(chǎn)品一致性。

復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)需要集成多種不同的技術(shù)才能自主、可靠、安全地運(yùn)行。安森美技術(shù)營銷工程師Hunter Freberg和安森美先進(jìn)方案部(ASG)營銷經(jīng)理Bob Card一致認(rèn)為，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用能否成功，取決于設(shè)計階段是否選擇了合適的技術(shù)。因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人需要更高精度的傳感器、更高能效的電源、更可靠的電機(jī)控制技術(shù)以及高效的安全系統(tǒng)，以提高性能和可靠性，并保證操作安全，避免對人類和其他設(shè)備造成傷害。

圖源安森美

據(jù)了解，安森美在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域涉及運(yùn)動、感知、電源、照明、通信等子系統(tǒng)。在與其對應(yīng)的圖像傳感器、工業(yè)用旋轉(zhuǎn)位置傳感器、LED線性電流驅(qū)動器、無線系統(tǒng)單芯片(SoC)及碳化硅MOSFET等半導(dǎo)體產(chǎn)品及其方案上集中展示了高集成度、低功耗、高功率和高精度應(yīng)用等特性。

其中，安森美AR0234CS圖像傳感器基于創(chuàng)新的全局快門像素設(shè)計，并經(jīng)過優(yōu)化，能以全分辨率精確捕捉快速移動的場景(120幀/秒)，為機(jī)器視覺或條形碼掃描生成清晰的圖像。NCS32100 工業(yè)用旋轉(zhuǎn)位置傳感器則采用專利方法來實(shí)現(xiàn)電感位置感知，兼具高精度與高速度優(yōu)勢，采用 38mm傳感器，可在6,000RPM轉(zhuǎn)速時提供+/-50角秒的精度。

EliteSiC碳化硅MOSFET對于高功率應(yīng)用(通常大于3kW)中的AC-DC和DC-DC電源轉(zhuǎn)換就非常適合。為了給機(jī)器人的電池充電，必須將工業(yè)交流電源轉(zhuǎn)換為可用的中壓直流輸出。AC-DC前端和DC-DC轉(zhuǎn)換器的初級側(cè)均可利用EliteSiC FET的優(yōu)勢。DC-DC轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)可以使用經(jīng)過開關(guān)優(yōu)化的安森美溝槽MOSFET。

除此之外，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品在創(chuàng)新方面更注重小尺寸、柔性化、精準(zhǔn)控制和安裝靈活等特點(diǎn)。以大寰機(jī)器人電動夾爪為例，該機(jī)器人具備抓取、夾持、對位、搬運(yùn)、旋轉(zhuǎn)、裝配和開合蓋等多項能力，可良好適配于3C行業(yè)的設(shè)備檢測、鋰電產(chǎn)品制造等工業(yè)應(yīng)用場景，目前已經(jīng)量產(chǎn)。

大寰機(jī)器人PGE系列夾爪，圖源英飛凌官微

憑借其高質(zhì)量設(shè)計和穩(wěn)健性的特點(diǎn)，英飛凌為大寰機(jī)器人提供了一站式解決方案，集結(jié)MOSFET技術(shù)、集成EtherCAT®的工業(yè)微控制器、高精度霍爾效應(yīng)傳感器、柵極驅(qū)動器IC和PSoC™ 6 MCU等多個產(chǎn)品。其中，大寰推出的新一代電動夾爪所承載的英飛凌OptiMOS™ 5工業(yè)功率MOSFET，其RDS(on)降低了43%，非常適合高開關(guān)頻率。

不難發(fā)現(xiàn)，在助力工業(yè)機(jī)器人精準(zhǔn)控制和穩(wěn)健靈活等技術(shù)發(fā)展上，小尺寸、安全可靠、高系統(tǒng)效率、高功率密度和超低功耗等是英飛凌半導(dǎo)體器件產(chǎn)品的核心特點(diǎn)。提供一站式全面解決方案也是英飛凌面向客戶需求的一大特色。

英飛凌電源與傳感事業(yè)部業(yè)務(wù)拓展大中華區(qū)負(fù)責(zé)人姚志成曾表示：“在產(chǎn)品開發(fā)期間，英飛凌本土服務(wù)團(tuán)隊快速響應(yīng)客戶需求，提供的一站式全面解決方案包含軟硬件參考設(shè)計，簡單易用，為客戶節(jié)省了大量時間，大幅度加速了產(chǎn)品上市時間，助力大寰更快、更易、更好的打造理想解決方案。”

把握工業(yè)機(jī)器人發(fā)展維度：應(yīng)用廣度和技術(shù)深度

未來，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展逐漸朝著提升應(yīng)用廣度和深度等方向不斷邁進(jìn)。在國內(nèi)密集出臺的政策和不斷成熟的市場等多重因素驅(qū)動下，除了新能源汽車和3C電子兩大需求量最為旺盛的行業(yè)，工業(yè)機(jī)器人在航空航天、家電制造業(yè)等制造業(yè)應(yīng)用潛力有望被逐步開發(fā)。此外，鋰電、光伏制造或?qū)⒊蔀楣I(yè)機(jī)器人的新增市場。

另一方面，工業(yè)機(jī)器人也將朝著智能化、精細(xì)化、柔性化、平臺化等技術(shù)方向縱深發(fā)展。細(xì)分技術(shù)層面來看，運(yùn)動控制技術(shù)和控制系統(tǒng)技術(shù)將進(jìn)一步促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人相關(guān)產(chǎn)品性能提升，AI等技術(shù)則促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人智能化的提升。

圖源包圖網(wǎng)

不可否認(rèn)，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)將日益高效和可靠，它們能夠像人一樣適應(yīng)任何環(huán)境。此外，是否能靈活部署非常關(guān)鍵。這需要一個接口來指導(dǎo)或訓(xùn)練機(jī)器人做事情，而不需要編程。安森美應(yīng)用工程師Theo Kersjes認(rèn)為，NLP(自然語言處理)、智能高效的硬件傳感器以及電源和控制方面的進(jìn)步將被整合到機(jī)器人中，以執(zhí)行一般任務(wù)。機(jī)器人可以操作數(shù)控機(jī)床，也可以包裝產(chǎn)品?；蛟谵r(nóng)業(yè)環(huán)境中，機(jī)器人可以除草后，采摘成熟的蔬菜，然后將其包裝好以便裝運(yùn)。

據(jù)了解，安森美將持續(xù)開發(fā)集成到運(yùn)動、傳感器、電源、照明和通信子系統(tǒng)等機(jī)器人構(gòu)建模塊中的技術(shù)。2024年，安森美將重點(diǎn)關(guān)注傳感器融合和產(chǎn)品安全性兩大主題，進(jìn)一步擴(kuò)展傳感器及電源子系統(tǒng)。

結(jié)語

國家宏觀政策的推動和市場需求的驅(qū)動，或?qū)⑼瑫r發(fā)揮效益，促使工業(yè)機(jī)器人市場在未來幾年內(nèi)保持較為穩(wěn)定的增速。不同于其他機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人在作業(yè)過程中更強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定柔性和精準(zhǔn)控制。我們更為關(guān)注的是，半導(dǎo)體器件在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用中保持性能的安全可靠、高功率、低功耗的同時，實(shí)現(xiàn)小尺寸、柔性靈活、智能精細(xì)等特性或許是重要的創(chuàng)新方向。

與此同時，伴隨著新能源汽車和光伏產(chǎn)業(yè)的高景氣度，工業(yè)機(jī)器人市場增長有望被有力拉動。這也將進(jìn)一步帶動工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈廠商在細(xì)分賽道上的市場發(fā)展。