NE时代

人形机器人正在重塑工厂生产流程

在现代化工厂和仓储物流中，机器人再也不只是搬运重物或在不同点位间转运托盘，越来越多的机器人开始接手以往交由人类手工完成的最精细、要求最高的生产作业。机器人企业睿研智控开发出了仿人灵巧手，可替代人类操作员在危险的环境中作业，同时还能满足工业制造对作业速度和精度的要求。每只灵巧手的核心是一个采用意法半导体芯片设计的小巧的“电子神经系统”，赋予机器人精细操控的能力，与人类一起安全、精准地协同作业。

挑战

• 研发仿人形灵巧手，可以安全接手工厂和仓库中的精细、高精度手工作业

• 将多轴电机控制、感知和保护三种功能全都集成到比手掌还要小的6×6厘米电路板内

• 在紧凑的机械结构中，提供强劲的仿人持握力，而不产生过多的热量，也无需大型散热装置

• 在恶劣的工业环境中可靠、长时间作业，可与人类协同工作

解决方案

• 两片STM32微控制器可并行控制6个电机，执行手部6个关节的运动

• 采用先进的STM32定时器与高精度ADC模数转换器实现电机控制的高度同步，持续反馈位置与力控信息

• 意法半导体电机驱动芯片，提供更高的额定电压的同时提供更大的驱动电流，保障电机更高的额定功率。更低的导通阻抗压低了长时间工作产生的热量，仅需被动散热，给PCB和机械结构设计提供更大的空间

• 意法半导体的电源管理芯片，包括DC-DC控制器，低压N-MOSFET，LDO，实现多级降压。更高的开关频率保障了大电流的降压效率，同时更低的噪声保障后级更高的电机电流采样精度

• 使用意法半导体瞬态电压抑制器（TVS）保护紧凑的电子系统

影响

• 危险或重复性工作实现自动化，提高工人的劳动安全，同时解放劳动力去做更有价值的工作

• 在劳动力短缺、需求高峰期或突发事件时，帮助工厂维持连续生产，运营活动不中断

打造灵巧、敏捷的灵巧手

要在工业自动化领域真正发挥实用价值，人形灵巧手必须能像人类手掌那样灵巧，在抓取螺钉、玻璃瓶等不同物品时，能够根据不同的形状、重量与材质，灵活地调整握持动作和力度。睿研智控攻克重重挑战，终于将这一设想变为现实，在一块可置于掌心的6×6厘米的六层印刷电路板上，成功地集成了完整的灵巧手控制系统。STM32微控制器是系统的核心控制器，同步协调多达六个关节，执行六个自由度的运动。同时，来自意法半导体的多款高精度模数转换器连续不断地采集传感器数据，精准感知手指位置与抓握力度。

田波先生

睿研智控CEO

我们这款六自由度灵巧手，超过90%的芯片来自于意法半导体。

功率增大时如何有效散热？

在灵巧手内部，空间和温度的重要性丝毫不低于力量。把太大的功率不加控制地塞进灵巧手内，如同把赛车引擎装进微型轿车内，热量与应力问题会迅速凸显。睿研智控用意法半导体的电机驱动芯片解决了这一难题。意法半导体的电机驱动设计的内部导通电阻非常低，这意味着电流通过芯片时，以热量形式损耗的电能会更少。同时，它们还能为电机提供强大的电流，让每个关节都获得精准运动所需的扭矩。综合这些特性，灵巧手可以产生完成各类作业所需的抓取力，同时避免过热问题发生。由于耗散功率低，发热少，元器件的可靠性更高，这是全天候工业生产环境的必备要求。这也意味着机械结构可以设计得更纤薄、更简单，无需配备体积很大的散热系统，从而留出更多空间放置更重要的器件，打造更聪明、更能干的灵巧手指。

提升人形机器人在多品种混线生产中的实用价值

更实际地说，在分秒必争、每一次失误都要付出成本代价的环境下，灵活的人形机器人究竟能为工厂车间带来什么？睿研智控的灵巧手基于意法半导体技术，手指定位准确度达到0.6毫米，以仅大约信用卡大小的驱动板，输出最大握力高达120牛的力矩，相当于人手用力握紧的力量。它既能拿捏普通工具，又能凭借灵巧的指尖，轻松拾取微小易碎物品。这种闭环反馈，结合连续工作1000多个小时的系统设计，让机器人手可以实时调整，并在工厂里长时间连续作业。

对于制造厂商而言，人形机器人相当于一个更灵活的自动化平台，能够随着产品组合的变化，轻松适应新的生产环境。基于意法半导体技术平台，睿研智控为制造厂商提供一系列灵巧手，包括可直接集成的灵巧手解决方案，满足客户希望将定制灵巧手集成到更大系统里面的需求。

睿研智控是意法半导体机器人解决方案独立设计公司（IDH），也是“联合市场推广合作计划”的重要合作伙伴。

“睿研智控高度珍视与意法半导体的战略合作伙伴关系，并对双方共同成立机器人联合实验室深感振奋，意味着双方从单纯的供需关系升级为协同创新的战略合作伙伴。通过与ST的Co-Marketing Collaboration合作推广模式，借助ST覆盖全球的销售与市场网络，让我们的产品获得知名度和被认可的同时，也获得了非常可观的灵巧手订单数量。”睿研智控CEO田波先生重点强调。