依靠控制机器人如何取决于精确计时

根据《2024 年世界机器人》报告，工厂采用机器人技术的人数已达到每 10,000 名员工 162 台的创纪录。

当今的超互联机器人要求很高。它们需要的比工厂自动化中使用的传统工业控制系统要多得多。到 2025 年，机器人安装毫米级零件并实时检测缺陷的能力取决于精确的计时。

支持机器人技术的时间敏感型网络需要更高水平的准确性和同步性。这是通过最新的微机电系统 （MEMS） 振荡器提供的高度稳定的参考频率实现的。

传统上，可编程逻辑控制器和工业控制系统已经实现了顺序过程。现在，需要更精确的同步来加快生产速度并减少错误。

精确时间协议是一种商定的默认行为，旨在使系统易于安装和作。为了在工厂车间实现机器和系统之间所需的协调水平，该协议支持的时间敏感网络可以将跨网络的时钟同步到亚微秒以内。

其结果是传感器解决方案为机器人应用带来了大量新的可能性

到自主移动机器人和协作机器人 （cobots），旨在与人类一起进行物料搬运、装配和精加工。

恶劣环境

为了保证制造设施中任何给定时间的计时精度，需要耐用性。与传统石英晶体振荡器相比，硅 MEMS 器件的优势之一是它们能够承受冲击和振动等环境压力。石英设备对工厂中存在的机械重力更敏感，因此它们更容易受到损坏和摇摇欲坠。

温度也是一个重要的考虑因素。基于 MEMS 的器件能够避免极端温度波动中的频率漂移。事实证明，这不仅在大量工业自动化应用中很重要，而且在航空航天和国防应用中也很重要。

人工智能的质量控制

人工智能 （AI） 减少了许多工业流程中质量控制所需的时间和培训。智能机器视觉使用人工智能驱动的图像处理来了解自动缺陷检测所需的内容。自动缺陷分选系统使用 3D 和多光谱相机来识别产品中的表面和结构缺陷。

人工智能和自动化

麦肯锡的下一份生产力前沿报告预测，人工智能工厂有潜力实现任务自动化，从而吸收 60-70% 的人类工作量。麦肯锡根据最近技术自动化潜力的加速，从之前的预测中提高了这一估计，即技术可以使一半的员工工作自动化。

精密计时设备是这种自动化的关键，可实现高速摄像机与处理系统的同步，从而实现精确的图像捕获和准确的分析。基于 MEMS 的设备能够最大限度地减少延迟，从而提高检测精度以提高生产效率。

工业物联网

与人工智能一起，物联网可以说是被称为“第四次工业革命”的最重要的自动化形式。智能传感器可以跟踪从温度到能耗和压力的多个参数，检测任何异常情况并帮助降低设备故障的风险。

为了有效，工业物联网传感器需要与现场处理数据的边缘计算系统以及支持远程监控和执行预测分析的云系统同步。正是精确的定时提供了这种同步，支持实时数据处理和可靠的异常检测。

同样，最新的基于 MEMS 的时序技术有助于精确地对错误进行时间戳。这可以更深入地了解导致产品缺陷的错误发生的时间和地点。

成功协调制造环境中的各种机器人应用对于实现准确性和速度至关重要。

机械臂、自动导引车和协作机器人的活动必须同步，才能以优化的顺序执行任务。同样，精确计时作为关键协调器的支柱，可以最大限度地减少延迟并优化工厂车间各种机器人工具的每项任务。

功能安全

基于MEMS的定时定时器件可以提供功能安全。这种精确计时的元素在机器人和人类之间存在交互的工厂中是一个优势。

从本质上讲，面向人类的机器人（例如协作机器人）必须有一个可靠的时钟系统，可以自我检测故障，并在发生不应该发生的事情时以可预测的方式做出反应。精确的定时可实现此类系统所必需的功能安全。

为汽车行业开发的先进安全集成，用于自动驾驶或高级驾驶辅助系统中的安全关键电子设备，体现了精确计时对机器人功能安全的重要性。

工厂自动化的未来

随着工厂自动化在人工智能、工业物联网和 5G 连接等技术的推动下变得越来越复杂，紧密同步和统一的时间参考变得越来越重要。系统组件（包括定时设备）还需要满足在极端温度、振动和冲击的恶劣环境中高效运行的需求。基于
MEMS 的计时解决方案处于机器人技术的最前沿，拓宽了 AI 检测和实时监控等应用的潜力。

工业定时选项

Chorus 汽车时钟发生器（如下图所示）包括 FailSafe;将微加工 MEMS 谐振器、振荡器和先进安全机制组合到单个封装中的集成。它还可以适应机器人应用。该发生器旨在简化多个时钟树的系统时序架构，将功能安全开发时间缩短多达六周。

SiT8918B 高温振荡器在恶劣环境中具有抗冲击和抗振动能力。它具有较宽的频率范围（1.0-110MHz）和温度范围（-40°C至125°C），在以热梯度和瞬态力为特征的条件下具有±20ppm的稳定性，适用于机器人应用。

SiT5356 是用于 SoC 和 FPGA 设计的参考时钟。它符合GR-1244 Stratum 3振荡器规范，可实现精确稳定的时序。它集成了 DualMEMS 和 TurboCompensation 温度传感技术，坚固耐用，可承受环境压力。它在工厂被编程为频率、稳定性、电压和拉力范围的任意组合，适用于工业机器人中的一系列应用。