Nobenega dvoma ni, da število robotov narašča. In kljub trditvam nekaterih poznavalcev, da bo avtomatizacija ljudem odvzela zaposlitev, vsi dokazi kažejo na robotiko, ki izboljšuje produktivnost, stroškovno učinkovitost, varnost in dejansko ustvarja nova delovna mesta. Predvideva se, da se bo do prihodnjega leta število industrijskih robotov po vsem svetu povečalo na približno 2,6 milijona.
Številke, ki jih je lani objavila Mednarodna zveza za robotiko (IFR), so pokazale, da je bilo v povprečju nameščenih 74 industrijskih robotov na 10.000 zaposlenih. Republika Koreja, Singapur in Nemčija so države z največ nameščenimi roboti na 10.000 zaposlenih, njihovo število pa je 631, 488 in 309.
V nemškem avtomobilskem sektorju se je na primer število zaposlenih povečalo vzporedno z rastjo robotske avtomatizacije. Pozitiven učinek avtomatizacije na število delovnih mest je potrdila študija, ki jo je objavila ZEW v sodelovanju z univerzo v Utrechtu. V bistvu nižji stroški proizvodnje povzročijo boljše tržne cene, povečanje povpraševanja pa nato sproži potrebo po novih delovnih mestih. Vendar pa roboti ne vplivajo samo na industrijo in proizvodnjo. Vse pogosteje se pojavljajo tudi izven tovarn, bodisi da povečujejo učinkovitost dobav pri spletnem nakupovanju, bodisi kot pomoč učencem, dijakom in študentom, da se navdušijo nad STEM (Science, Technology, Engeneering, Mathematics).
Inovativni analogna in ugnezdena tehnologija omogočata inženirjem, da razvijejo najbolj inteligentne in najbolj izpopolnjene robotske sisteme. Učni kompleti Texas Instruments (TI) so namenjeni učencem dijakom in študentom za globlje razumevanje delovanja zasnove robotskih sistemov, s čimer lahko zapolnijo vrzel v obstoječem inženirskem učnem načrtu. V tem prispevku bomo predstavili nekatera orodja proizvajalca Texas Instruments, ki so trenutno na voljo pri Digi-Key-u.
Industriski roboti
Prvi primer je referenčna zasnova, ki vključuje funkcijo varnega upravljanja zavor v servo pogonih po IEC EN 61800-5-2 z zagotavljanjem dvokanalnih izhodnih signalov za krmiljenje zunanje držalne zavore. Podrobnosti boste našli v dokumentu na spletni strani: http://www.ti.com/lit/ug/tidudr4/tidudr4.pdf?ts=1591352266671
Držalna zavora se zaskoči, ko se napajanje prekine in sprosti, ko se na tuljavo vključi napetost. To dosežemo z omogočanjem / izklopom pametnih elektronskih stikal za obremenitev, ki napajajo tuljavo. Ta referenčna zasnova vključuje tudi diagnostične funkcije za odkrivanje različnih napak, kar zagotavlja varno delovanje. Zasnova uporablja zaganjalnik C2000 za generiranje zavornih signalov in za izvajanje diagnostične funkcije.
Naslednji primer je enostavni stikalni moduli za visoko izhodno napetost proizvajalca Texas Instruments, serije LMZ1420x, ki jih odlikujejo integrirana oklopljena tuljava, preprosto načrtovanje tiskanega vezja in prilagodljivo zaporedje zagonov z zunanjim upravljanjem mehkega zagona in omogočeno natančnostjo. Ti napajalni moduli nudijo zaščito pred prevelikimi vhodnimi tokovi, vhodno UVLO zaščito in izhodno zaščito pred kratkim stikom. Njihov visok izkoristek zmanjšuje nastajanje toplote v sistemu in imajo nizko temperaturno upornost. Vsak napajalni modul serije LMZ1420x ima en sam izpostavljen priključek in standardno razporeditev ostalih priključkov za enostavno namestitev in izdelavo.
Več podatkov boste našli v dokumentu: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lmz14201.pdf?HQS=TI-null-null-digikeymode-df-pf-null-wwe&ts=1591353586935
ISO7842: TI-jev ISO7842 je izboljšani 4-kanalni 2/2 digitalni izolator, ki ima izolacijsko napetost 8000 V od vrha do vrha. ISO7842 ima izboljšano tudi certifikat o izolaciji v skladu z VDE, CSA, CQC in TUV. Ta izolator zagotavlja visoko elektromagnetno odpornost in nizke emisije ob nizki porabi energije, hkrati pa izolira CMOS ali LVCMOS digitalne vhode in izhode. Vsak izolacijski kanal ima logični vhodni in izhodni ojačevalnik, ločen z izolacijsko zaporo iz silicijevega dioksida (SiO2).
TPS7B6933QDBVRQ1: TPS7B69xx-Q1 je linearni regulator z nizkim padcem napetosti, zasnovan za do 40 V vhodno- izhodne operacije. S tipičnim tokom mirovanja le 15-µA pri manjših obremenitvah je vezje primerno za vedno pripravljene mikrokontrolerske sisteme, zlasti v avtomobilskih aplikacijah. Regulatorji imajo integrirano zaščito pred kratkim stikom in prekomernim tokom. TPS7B69xx-Q1 delujejo v temperaturnem območju od –40 ° C do + 125 ° C. Zaradi teh funkcij so naprave TPS7B6925-Q1, TPS7B6933-Q1 in TPS7B6950-Q1 zelo primerne za napajanje pri različnih aplikacijah v avtomobilski industriji.
TPS27S100APWPR: TI-jevo TPS27S100x je enokanalno pametno stikalo na visoki strani, popolnoma zaščiteno stikalo, ki vklaplja na strani visokega potenciala z integrirano NMOS in polnilno črpalko. Popolna diagnostika in izjemno natančne lastnosti tokovnega monitorja omogočajo inteligenten nadzor bremena. Nastavljiva funkcija omejitve toka pa močno izboljša zanesljivost celotnega sistema. Diagnostično poročanje te naprave ima dve različici, ki podpirata tako digitalno stanje napake, kot tudi analogni izhod tokovnega monitorja. Od ostalih podobnih izdelkov na tržišču izstopa zaradi vgrajenega natančnega merilnika toka in njegove nastavljive mejne vrednosti.
ULN2003APWR: ULN2003APWR je integrirano vezje s poljem tranzistorjev, ki imajo visoko tokovno zmogljivost. Sestavlja ga sedem parov NPN tranzistorjev v Darlington vezavi, s katerimi zagotavljajo visokonapetostne izhode z zaščitnimi diodami s skupno katodo za preklapljanje induktivnih bremen. Najvišji kolektorski tok vsakega posameznega Darlington para je 500mA. Darlingtonski pari so za večje tokovne zmogljivosti lahko vezani vzporedno. Aplikacije vključujejo relejske gonilnike, gonilnike elektromagnetov, gonilnike svetilk, gonilnike za ozadja zaslonov (LED in s fluorescentnimi cevmi), linijske gonilnike in vmesne ojačevalnike za logične signale.
TVS3300DRVR: TVS3300 robustno premosti do 35A toka napake po IEC 61000-4-5 in se uporablja za zaščito sistemov pred prehodnimi pojavi ali udarci strele. Naprava ponuja rešitev v zvezi z EMC zahtevami za industrijske signalne vode in zagotavlja preživetje do 1kV IEC 61000-4-5 napetosti v odprtem krogu, povezane prek impedance 42Ω. TVS3300 uporablja edinstven mehanizem povratnih informacij, ki zagotavlja natančno premostitev med napako in sistemu zagotavlja izpostavljenost napetosti pod 40V. Natančna regulacija napetosti omogoča oblikovalcem, da samozavestno izberejo sistemske komponente z nižjo toleranco napetosti in znižujejo zapletenost in ceno sistema, ne da bi bilo pri tem treba žrtvovati robustnost.
Logistika in servisni roboti
Ultrazvočni senzor razdalje z referenčnim primerom uporabe IO-Link: Referenčna aplikacija ima ultrazvočni senzor razdalje, ki se zaradi visoke integracije in optimizirane postavitve prilega v ohišje M12. Zasnova ponuja vmesnik IO-Link za komunikacijo z nadzornim sistemom, zaradi česar je pripravljen za uporabo v Industriji 4.0. Namen ultrazvočnih senzorjev je zaznati ali izmeriti razdalje predmetov, neodvisno od njihove barve, prosojnosti ali površinskih značilnosti in od okolice. Ultrazvočni senzorji lahko delujejo tudi v težkih okoljih, kot so tovarne in predelovalni obrati.
EtherCAT P® One Cable for Power in EtherCAT® referenčni primer aplikacije: Ta primer prikazuje fizično izvedbo napajalnega para v vezju naprave EtherCAT P® za napajanje. Referenčna zasnova je načrtovana tako, da ustreza vsem zahtevam iz uradnega vodnika za izvajanje EtherCAT P. To vključuje funkcije, kot so zaščita pred napačno polariteto, omejitev toka delovanja in omejitev hitrih tokovnih konic.
Referenčni primer načrtovanja zaščite pred prenapetostjo na analognem vhodnem modulu PLK: Ta zasnova prikazuje vrhunske zaščitne zmogljivosti novih 33 V zaščitnih naprav (kot je TVS3300) za tovarniško avtomatizacijo in nadzor. Zasnova ima zahtevano natančnost za merjenje obnašanja zaščitnih teh komponent pred in po dogodku EMI stresne napetosti glede prepuščanja in višine napetosti omejevanja.
TVS3300YZFR: Razvojni modul za presojo delovanja TVS3300YZF (EVM) pomaga oblikovalcem oceniti delovanje in zmogljivost zaščitnih komponent TVS3300. TVS3300 je natančno določen zaščitni element, ki ohranja ultra nizko in najvišjo prepustno napetost med prehodnimi prenapetostnimi pojavi, kot je na primer prenapetost ali udar strele.
Z natančno prenapetostno tehnologijo proizvajalca Texas Instruments se nazivna prepustna napetost TVS3300 komajda kaj spremeni, ne glede na to, kako visok je prenapetostni tok. TVS3300 se tudi hitro odzove na prenapetostne konice, s čimer zanesljivo omeji previsok napetostni potencial na liniji. Razvojni modul ima dva sklopa univerzalnih vijačnih sponk za namensko preizkušanje različnih konfiguracij konektorjev. Na voljo sta tudi dve vhodni odprtini z banansko vtičnico za enostavnejše testiranje, skupaj s SMA konektorji 4-50Ω za bolj priročno povezavo z osciloskopom med testiranjem.
LM5166DRCT: TI-jev LM5166 je kompakten, enostaven, 3V do 65V sinhronski pretvornik z ultra nizkim tokom IQ in z visoko učinkovitostjo v širokem območju vhodnih napetosti in obremenitve. Z vgrajenima MOSFET-oma na visoki in nizki strani je mogoče doseči do 500 mA izhodnega toka s fiksno izhodno napetostjo 3,3 V ali 5 V ali z nastavljivo vrednostjo. Pretvornik je zasnovan tako, da poenostavi uporabo, hkrati pa nudi možnosti za optimizacijo zmogljivosti ciljne aplikacije. Pri manjših obremenitvah je za optimalen izkoristek izbran način delovanja s pulzno frekvenčno modulacijo (PFM) ali način stalnim čas vklopa (COT), če želimo skoraj konstantno delovno frekvenco. Niti ena od predlaganih krmilnih shem ne zahteva kompenzacije zanke, vendar še vedno zagotavlja odličen prehodni odziv ob obremenitvi ter kratek čas PWM vklopljenega stanja za velika pretvorbena razmerja med vhodno in izhodno napetostjo.
PGA460TPWRQ1: Vezje PGA460-Q1 je visoko integriran sistem gonilnika ultrazvočnega pretvornika in prilagoditveno vezje signalov z naprednim DSP jedrom. To vezje ima komplementarni gonilni par na nizki strani, ki lahko poganja pretvornik bodisi v topologiji na osnovi transformatorja z uporabo transformatorja za zvišanje napetosti, bodisi v topologiji z neposrednim pogonom z uporabo zunanjih FET-ov na visoki strani. Lahko sprejema in ustrezno prilagodi odbiti odmevni signal za zanesljivo zaznavanje predmetov. Ta funkcija je dosežena s pomočjo analognega vhodnega dela (AFE), sestavljenega iz malošumnega ojačevalnika, ki mu sledi programirljivo časovno spreminjanje stopnje ojačitve, ki nato vodi signal v ADC. Digitalizirani signal se za zaznavanje objektov v bližini in daljnega polja obdeluje v jedru DSP z uporabo različnih časovnih pragov.
MSP430FR5959IRHAR: platforma FRAM MSP430 z ultra nizko porabo (ULP) združuje edinstveno vgrajen FRAM in celostno sistemsko tehnologijo z ultra nizko porabo, ki inovatorjem omogoča večjo učinkovitost pri manjši porabi energije. FRAM tehnologija združuje hitrost, fleksibilnost in vzdržljivost SRAM-a s stabilnostjo in zanesljivostjo bliskovnega pomnilnika ob veliko manjši porabi.
MSP430 ULP FRAM portfelj je sestavljen iz številnih različnih posameznih čipov, ki ponujajo FRAM, ULP 16-bitno MSP430 procesno jedro in inteligentne periferne naprave, namenjene različnim aplikacijam. V arhitekturi ULP je na voljo sedem načinov nizke porabe energije, optimiziranih za doseganje podaljšane življenjske dobe baterije v aplikacijah, ki predstavljajo izziv v zvezi z energijo za lastno delovanje.
TIOL111: Družina oddajnikov TIOL111 Texas Instruments za industrijsko dvosmerno komunikacijo od točke do točke uporablja vmesnik IO-Link. Ko je naprava povezana z napravo, ki je upravitelj IO-Link preko tri-žičnega vmesnika, lahko upravitelj začne komunikacijo in izmenjuje podatke z oddaljenim vozliščem, medtem ko TIOL111 deluje kot popolna fizična plast komunikacije. Te naprave lahko prenesejo do 1,2 kV (500 Ω) IEC 61000-4-5 prenapetosti in imajo integrirano zaščito pred napačno polariteto.
Referenčna primer uporabe močnostne stopnje za krtačni enosmerni servo pogon: Ta 15W referenčna zasnova močnostne stopnje velikosti 12 mm x 20 mm poganja in nadzoruje položaj krtačnega DC (BDC) motorja, ki deluje z od tri do šest celičnimi Li-ion baterijami do nazivne napetosti 10,8-V in 90% izkoristkom. Ta zelo učinkovita rešitev je optimizirana na zelo majhnost, ki se zlahka prilagodi motorju in podpira natančno krmiljenje položaja motorja. Zasnova je sposobna gnati motor tudi pri visoki hitrosti brez uporabe povratnih informacij o trenutnem položaju. Referenčni primer uporabe prikazuje hitro in natančno zaznavanje toka za kakovostno upravljanje navora, vgrajeni MCU pa omogoča UART povezljivost, ki omogoča nadzor s katerimkoli zunanjim krmilnikom.
Referenčni primer vmesnika IEPE vibracijskega senzorja za priključitev na analogni vhod PLK: Zaznavanje vibracij je v industriji ključnega pomena pri spremljanju stanja naprav in potrebno za predvidevanje vzdrževalnih del na njih. Integrirani elektronski piezoelektrični senzor (IEPE) je najpogostejši senzor vibracij, ki se uporablja v industrijskem okolju. Ta referenčni primer je popoln analogni vhodni del za priključitev IEPE senzorjev na analogne vhode PLK, s katerim je prikazano, kako doseči fleksibilno pretvorbo visoke ločljivosti z visoko hitrostjo, z majhno porabo energije in majhno velikostjo celotnega vezja.
MSP430FR2433IRGER: MSP43FR2433 je mikrokontroler, ki temelji na osnovi MSP430FRx FRAM. Mikrokontrolerji Texas Instruments MSP z ultra majhno porabo ponujajo najnižjo porabo električne energije in popolno kombinacijo integriranih perifernih naprav za širok spekter aplikacij z nizko porabo in prenosnih naprav. Ti mikrokontrolerji so idealna rešitev za uporabo v aplikacijah, kjer večino življenjske dobe vgrajeni mikrokontroler preživi v stanju pripravljenosti. Najnovejši dodatek k tej družini je serija mikrokontrolerjev, ki temeljijo na MSP430FRx FRAM in ki ponujajo razširjene možnosti beleženja podatkov in imajo poleg tega še varnostne funkcije. MSP43FR2433 je vgrajen v majhno VQFN (4 mm × 4 mm) ohišje v portfelju FRAM mikrokontrolerjev in ga najdemo v kombinaciji z različnimi integriranimi perifernimi napravami, izstopa pa z izjemno nizko porabo energije.
TPS70933DRVR: Serija TPS709xx linearnih regulatorjev so naprave z nizkim tokom v stanju mirovanja, zasnovana za aplikacije, kjer je pomembna nizka poraba. Natančni pasovni ojačevalnik in ojačevalnik napake zagotavlja natančnost 2 % v celotnem temperaturnem območju delovanja. Tok v stanju pripravljenosti znaša le 1 µA, zaradi česar so ti regulatorji idealna rešitev za sisteme, ki se napajajo iz baterije, so vedno v stanju pripravljenosti in ki zahtevajo zelo malo energije za delovanje v stanju pripravljenosti. Ti regulatorji imajo za dodatno varnost vgrajeno še termično zaščito, omejitev toka in zaščito pred napačno priključitvijo.
DRV8870DDAR: TI-jev DRV8870 3,6 A gonilnik DC krtačnih motorjev za tiskalnike, naprave, industrijsko opremo in druge majhne stroje. Dva logična vhoda nadzirata gonilnik H-mosta, ki je sestavljen iz štirih N-kanalnih MOSFET-ov. Ti MOSFET-i lahko upravljajo motorje dvosmerno z najvišjim tokom 3,6 A. Vhodi so lahko pulzno širinsko modulirani (PWM) za krmiljenje hitrosti motorja z izbiro načinov padanja toka. Če sta oba vhoda na nizkem logičnem nivoju, preide v stanje mirovanja z nizko porabo energije. DRV8870 ima integrirano regulacijo toka, ki temelji na analognem vhodu VREF in napetosti na priključku ISEN. Ta je sorazmeren toku motorja skozi zunanji upor. Zmožnost omejevanja toka na določeno vrednost lahko znatno zmanjša sistemske energetske zahteve po moči in prostorskih zmogljivosti kondenzatorjev, ki sta potrebna za vzdrževanje stabilne napetosti, zlasti pri zagonu in ustavljanju motorja.
ESD122DMXR: Zaščitna dioda ESD122 ESD Texsas Instruments je dvosmerna zaščitna dioda TVS ESD za zaščito vezja USB Tipa C in HDMI 2.0. Dioda ESD122 je dimenzionirana tako, da bo nevtralizira kontaktne ESD konice na najvišji ravni, ki jih določa mednarodni standard IEC 61000-4-2 (kontakt 17kV, zračna reža 17kV). Ta naprava ima nizko V/I kapacitivnost na kanalu in izhodnih priključkih, da ustreza simetričnemu diferencialnemu usmerjanju hitrih signalov. Ta funkcija omogoča, da je ta zaščitna dioda idealna za zaščito vmesnikov visoke hitrosti do 10 Gbps, kot sta USB 3.1 Gen2 in HDMI 2.0. Nizka dinamična odpornost in nizka zaščitna napetost zagotavljata zaščito nivojev sistemskih signalov pred prehodnimi pojavi. ESD122 je idealna ESD rešitev tudi za linije USB Tipa C Tx / Rx. Ker ima konektor USB Tipa C dva sloja, so za uporabo štirikanalnih ESD naprav na tiskanini potrebne medplastne povezave (vie), ki pa poslabšajo integriteto signala. Z uporabo štirih ESD122 diod (2-kanalno) zmanjšate število teh povezav in poenostavite načrtovanje tiskanega vezja.
TLV9061IDPWR: TLV9061 (enojni), TLV9062 (dvojni) in TLV9064 (četvorni) so enojni, dvojni in četvorni nizkonapetostni (1,8 V do 5,5 V) operacijski ojačevalniki z zmožnostmi napetostnih nivojev na vhodih in izhodih kjerkoli v območju napajanja. Te naprave so stroškovno zelo učinkovite rešitve za aplikacije, kjer so potrebni nizkonapetostni pogon, majhna velikost vezja in imamo opraviti z visokimi kapacitivnimi obremenitvami na izhodu. Čeprav je kapacitivna pogonska zmogljivost TLV906x 100pF, uporovna izhodna impedanca odprtih sponk stabilizacijo z večjimi kapacitivnimi obremenitvami poenostavi. Ti ojačevalniki so zasnovani posebej za nizkonapetostno delovanje (1,8 V do 5,5 V) s podobnimi specifikacijami, kot jih imata OPAx316 in TLVx316.
IWR1642: Vezje IWR1642 je integriran senzor mmWave v enem čipu, ki temelji na radarski tehnologiji FMCW in ki lahko deluje v frekvenčnem pasu od 76 do 81 GHz z neprekinjenim naraščanjem in upadanjem frekvence (chirp) do 4 GHz. Naprava je zgrajena z lastnim 45nm RFCMOS procesom proizvajalca Texsas Instruments, ki zagotavlja delovanje z majhno močjo in ta rešitev omogoča velike stopnje integracije v izjemno majhnem razpoložljivem prostori, ki je v svetovnem merilu brez primere. IWR1642 je idealna rešitev za samoregulirane, zelo natančne radarske sisteme v industrijskih aplikacijah, kot so avtomatizacija zgradb, tovarniška avtomatizacija, brezpilotni vozički, ravnanje z materiali, spremljanje prometa in nadzor.
Za več podrobnosti lahko v Google vtipkajte odebeljene oznake v članku, vsekakor pa se vse opisano nahaja na http://www.ti.com/ , spletni strani proizvajalca Texas Instruments .
Vir: https://www.electronicspecifier.com/industries/robotics/creating-the-next-generation-of-robotics
Avtor: Digi-Key, Alex Lynn
