工業(yè)機(jī)器人市場“卷”出新賽道?
2023-12-26 17:27:13 來源:半導(dǎo)體器件應(yīng)用網(wǎng) 作者:厲丹 點(diǎn)擊:14830
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。
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