世界的な消費者動向と経済発展の傾向により、工場の柔軟性、生産性、効率性の向上に対する需要が高まっています。インダストリー4.0の急速な発展により、ロボットはより協調的かつインテリジェントになり、自動化機器は複雑なタスクをより適切に実行できるようになります。この記事では、産業用ロボットと自動化技術の開発方向と、ADIが導入したソリューションが自動化アプリケーションのインテリジェント化と効率化にどのように役立つかについて説明します。
産業用ロボットの急速な発展を推進する3つのトレンド
高度なロボット技術により、工場の生産性が向上し、人間とコンピューターのより安全な相互作用が実現します。モーションコントロール、機能安全、高度なセンシング、システムレベル設計の分野で産業用ロボットの革新的な開発を推進しています。ロボット導入が加速する傾向は、以下の3つに分けられます。
まず、グローバル化の流れの中で、消費者の行動や期待の変化、カスタマイズ需要の増加、納期の短縮に対応するために、メーカーは、よりローカライズされた製造施設、設計、生産ラインなど、工場の柔軟性を高めるための運営方法の変更を余儀なくされています。これにより、異なる製品タイプやバッチサイズに合わせて迅速に再構成できるようになります。さらに、製造業者は熟練労働者の不足、労働力の高齢化、従業員の離職率の高さといった問題にも直面しています。その結果、メーカーは需要に応えて競争力を維持するために、自動化と柔軟性に目を向ける必要があります。
第二に、従来の産業用ロボットの設置と操作は非常に複雑ですが、協働ロボット（コボット）は人間と一緒に作業でき、設置も簡単です。これまで、企業はロボットの設置と試運転に数日をかけて専門のエンジニアに費用を支払わなければなりませんでしたが、今では専門家の助けを借りずに協働ロボットを設置できます。さらに、ロボットがより手頃な価格になり、自動化への投資収益率が増加するにつれて、オープンアーキテクチャによってロボットの構築が容易になり、ロボットアプリケーションの人気が大幅に高まります。
さらに、COVID-19のパンデミックにより、生産ラインの柔軟性が必須かつ重要な考慮事項となっています。協働ロボットを導入すると、プラグアンドプレイ インターフェースとシンプルで迅速な再プログラミングを通じて迅速かつシームレスな変更が可能になり、ロボットを既存のタスクから新しいタスクに再配置できるようになります。さらに、作業員は安全な社会的距離を維持し、より厳格な清掃および消毒手順を採用する必要がありますが、ロボットの場合はこの問題を心配する必要がないため、これまでロボットを使用したことのない職場に新たな機会をもたらします。
ロボットは人間が退屈で汚くて危険な仕事をするのを手助けする
ロボットは主に、危険な状況での作業によって引き起こされる怪我や健康への悪影響を防ぐために、退屈で汚い危険な作業を人間が完了するのを支援します。さらに、作業が反復的で退屈な場合、人間はミスを犯しやすく、時には身体的な損傷を引き起こすこともありますが、ロボットはミスをすることなく同じ作業を繰り返すことができます。したがって、ロボットは人間を解放し、退屈で反復的な作業ではなく、より創造的な知識労働を遂行できるようにします。
さらに、橋梁点検、化学物質流出、清掃など、ますます危険度が増す作業にもロボットが投入されています。ロボットは危険な地域を移動し、情報を指令センターに送り、事故や大きな死傷者を回避することができます。さらに、現在のパンデミックから判断すると、ロボットはサプライチェーンをより安定させることもできる。ロボットを使用した自動化工場はパンデミックの影響をあまり受けません。企業はもはや安価な労働力を備えた大規模な工場を必要としないため、パンデミックがサプライチェーンに与える影響は軽減されます。
ロボットは工場で広く使用されています。たとえば、機能安全アプリケーションでは、ロボットは以前は作業者から分離され、安全ケージ内に配置されていましたが、現在では一部のロボットが人間と直接対話したり、人間に近づいたりできるようになりました。スマートグリッパーとエンドエフェクターを使用するロボットの中には、ロボットが実行できる作業領域を拡大しているものもあります。一部のプラグアンドプレイ コネクタ インターフェイスでは、使いやすさとツールの迅速な交換を実現できます。正確な力とトルクの感知と測定により、ロボットの生産性が向上します。
状態基準監視の適用により、リアルタイム監視を通じて機械やシステムの異常を早期に検出し、診断することができます。将来のスマート ファクトリーでは、人間の作業員と自動化機器の没入型連携が必要です。ディープセンシングソリューションの使用は、品質検査、個人の安全、資産管理のボリューム検査、独立した製造のガイダンスにとって非常に重要です。
さらに、産業用通信はロボットアプリケーションにおいても重要な役割を果たします。有線接続と無線接続の技術を使用できます。さらに、ロボットの動作効率を向上させるために、ドライバ/インバータ制御、電源およびバッテリー管理技術も必要です。
ロボット革命の総合的推進
ADIは、ロボット革命のさまざまな技術を推進して工場の生産性を向上させることに尽力しており、ADIのスケーラブルなプラットフォーム技術とソフトウェア ソリューションを使用して制御システムを最適化し、効率を向上させ、ロボットと安全に連携して、顧客がデジタル変革の旅を創造できるように支援しています。
工場の現場をデジタル化すると、資材搬送用の自律移動ロボット (AMR) などの運用が改善され、工場内の資材搬送プロセスがよりインテリジェントかつ柔軟になり、生産性が向上します。ADIのMEMSセンシング、インテリジェント処理、3D飛行時間 (ToF)、機械学習テクノロジーを使用することで、AMRは物理的なガイドやマーカーなしで安全かつ自律的に材料を移動できます。
Voyager 3などのADIの状態ベース モニタリング ソリューションは、計画外のダウンタイムを排除し、資産の寿命を延ばします。ADIは、ADI OtoSenseを含む、資産の健全性を判断するためのさまざまなパラメータの堅牢で信頼性の高い監視を可能にするエンドツーエンドのソリューションを提供しています。™これは、AIをベースにした完全なターンキー ハードウェアおよびソフトウェア ソリューションです。
さらに、人間と一緒に作業できる協働ロボットは生産性を向上させ、出力品質の一貫性を促進します。ADIは革新的な視覚センシング技術と洗練されたアルゴリズムを使用して、より効率的な運用と人間にとってより安全な工場現場を実現しています。
コネクテッドエンタープライズでは、工場フロアに配備されたすべてのデバイスが中央制御システムに接続され、エンタープライズ クラウドに接続されている必要があります。ADIの有線および無線ソリューションは、新しい高帯域幅データ ストリームとリアルタイム通信制御コマンドを確実にキャプチャし、生産セルの相互接続を実現します。ADIのタイムセンシティブネットワーク (TSN) テクノロジーは、ITとOTネットワークの融合による相互運用性を実現します。
モーション制御は、俊敏性と持続可能性をサポートするスマート製造の中核コンポーネントです。ADI Trinamicの低電圧DCおよびステッピング モーターのモーション制御の専門知識と、ADIの中・高出力ACドライブおよびサーボ システムにおける最先端のテクノロジーを組み合わせることで、新しいインテリジェントなモーション ソリューションを実現できます。
産業オートメーションのための完全な主要技術とソリューション
ADIの産業オートメーション向け主要テクノロジーとソリューションは、今日および将来のオートメーションの課題を解決することに注力しており、最高性能の高精度アナログ デバイスを提供し、ADIの高精度テクノロジーを使用して実際の信号を正確に測定し、オートメーション機器に見られるさまざまな低帯域幅および広帯域幅の信号を正確に制御、監視、解釈します。ADIの高精度アナログ コンバータ、リニア、信号調整ポートフォリオは、パフォーマンス、電力、コスト、サイズの面ですべての要件を満たす製品を提供します。
ADIの先進的なセンシング技術は、産業システムをサポートおよび強化し、正確な位置決め、より安全な人間と機械のコラボレーション、リアルタイムの資産状態監視を実現します。MEMS加速度計は加速度、傾き、衝撃、振動を正確に検出でき、ADIの3D ToF画像センシング プラットフォームは高品質のリモート深度センシングを実現します。低ノイズ、高解像度、低遅延を特徴とするADIの3D ToF深度センシング技術は、物体検出、寸法測定、障害物回避のためのAMRおよび協働ロボットの導入におけるマシン ビジョンを促進します。
ADIの広範な電源管理製品ポートフォリオは、小型フォームファクタと高効率のスマート電源ソリューションを提供し、エネルギー消費を削減して、低炭素フットプリントの生産を実現します。ADIの電力製品と設計ツールは、ナノアンペアからメガワットまで、クラス最高のパフォーマンスと信頼性を提供しながら、お客様の市場投入までの時間を短縮するのに役立ちます。
ADIのデジタルアイソレータ、絶縁トランシーバ、絶縁ADC、絶縁ゲートドライバはiCouplerを使用しています®、 アイソパワー® およびµModule® 堅牢で信頼性が高く安全なシステムを実現するBGAデジタル絶縁テクノロジー。
ADIの超低消費電力で安全なマイクロコントローラの使用は、カスタマイズされたリソース最適化処理ソリューションであり、最終機器のインテリジェンスと機能性を向上させることができます。フィールド機器、ロボット機器、状態監視プラットフォームなどのエッジノードデバイスに最適です。
ロボット工学や自動化に使用されるADIの製品は、非常に多様かつ包括的です。次のセクションでは、参考としていくつかのADI製品に焦点を当てます。
高性能絶縁型SiCゲートドライバ
ADI ADuM4146は、高性能SiCアプリケーション向けに強化された1500 V絶縁用に最適化された、ミラー クランプを統合した絶縁型SiC (シリコン カーバイド) ゲート ドライバです。このシングル チャネル ゲート ドライバは、SiC MOSFETの駆動に最適化されており、ユニポーラまたはバイポーラ動作を可能にします。iCoupler® テクノロジーを使用して、入力信号と出力ゲート ドライブ間の絶縁を実現します。
ADuM4146には、高電圧短絡SiC動作に対する保護を提供する非飽和検出回路が統合されています。より高いノイズ耐性が必要な場合は、内部ブランキング スイッチを使用して外部電流源を追加し、二次低電圧ロックアウト (UVLO) を一般的なSiCレベルに設定できます。
統合ミラークランプは、ミラー効果による伝導を防ぐことで、SiCのより高速なスイッチング速度を最大限に活用できます。ADuM4146は業界をリードするコモンモード過渡耐性 (CMTI) を備えており、高速スイッチング時にゲートタイミング エラーが発生しないことを保証できます。スイッチングが高速化され、dV/dtによるシュートスルーやタイミング エラーがなくなるため、電力コンバータの効率が向上します。
ADuM4146は、SiCパワーモジュール、電源、太陽光発電インバータ、モーター駆動などに幅広く使用できます。業界最速の短絡保護 (SCP) 応答時間、および改善されたDESATブランキングとノイズ応答を備えています。DESAT障害報告とソフトシャットダウンをサポートします。ADuM4146は、+15 V/–3 Vの第3世代SiCデバイスを含むバイポーラ駆動 (負電源) をサポートする高速SiCデバイス スイッチング ソリューションです。内部ミラー クランプをサポートし、コンポーネント数を削減する統合ソリューションに使用されます。高いCMTI (150 kV/µs最小) により、ゲート ドライバーはSiCデバイスの高いdV/dtに耐えることができます。
EVAL-ADuM4146WHB1ZはADuM4146を評価するために使用できます。これはハーフブリッジ グリッド ドライバ ボードであり、高度なWolfspeed第3世代C3M™ SiC MOSFETと電源モジュールを駆動して、ADuM4146のパフォーマンスを簡単に評価できます。EVAL-ADuM4146WHB1Zは、Wolfspeedのクランプ誘導負荷 (CIL) テスト ボードまたはハーフ ブリッジ評価ボードと差動トランシーバー ボードと組み合わせて使用できます。
EVAL-ADuM4146WHB1Zは、Wolfspeed SiC MOSFETおよび電源モジュール用に最適化されており、Wolfspeed CILテスト ボードおよびハーフ ブリッジ評価ボードと互換性があり、高周波および超高速スイッチング動作をサポートし、ノイズ耐性を向上させる差動入力を備え、入力側および出力側UVLOを提供し、短絡保護、シュートスルー保護インターロック、内部ミラー クランプをサポートし、障害および準備完了インジケーターを備え、絶縁NTCサーミスタを測定でき、12 V電源入力を使用します。
高度な高集積AMRセンサー
ADI ADA4570は、信号調整アンプとアナログ/デジタル コンバータ (ADC) ドライバを統合した異方性磁気抵抗 (AMR) センサーです。ADA4570は、周囲の磁場の角度位置を示す4つのアナログ出力を生成し、それらを組み合わせて1つのセンシング チャネルを形成できます。
ADA4570は、1つのパッケージ内に2つのダイ、AMRセンサー、および固定ゲインの計測器アンプから構成されています。ADA4570は、回転磁界角度に関連するクリーンかつ増幅された差動コサインおよびサイン出力信号を提供できます。出力電圧範囲は電源電圧に比例します。オンチップ温度センサーは、温度変化によるセンサーの変化を補正するために使用されます。
ADA4570は、ブラシレスDC (BLDC) モーター制御と位置決め、アクチュエータ制御、非接触角度測定、磁気角度位置検知など、絶対位置測定 (直線角度と直線) を必要とするアプリケーションを含むさまざまなアプリケーションで使用できます。
BLDCサーボ ドライバーのオープン ソース ハードウェア リファレンス デザイン
ADI TMCM-1617-GRIP-REFは、TMCM-1617 BLDCサーボ ドライバーのオープン ソース ハードウェア リファレンス デザインです。ロボットグリッパーアプリケーションの場合、このボードは、EtherCAT®、 IO-Link® 、またはTrinamicのRS485ベースのTMCLプロトコルを介してBLDCモーターを制御するための標準グリッパー電子フォームファクターとして設計されています。さらに、このボードには、MaximのMAX22000およびMAX14906産業用IOソリューションを使用した、設定可能なアナログ出力および入力チャネルと、設定可能なデジタル出力および入力チャネルもあります。
TMCM-1617-GRIP-R.EFは、単軸BLDCサーボ ドライバーの評価に使用できます。最大2.5A RMSのモーター電流をサポートし、+24Vの公称電源電圧 (+20V ～ +28V) を採用し、デジタル ホール センサー インターフェイス、ABNエンコーダー インターフェイスをサポートし、4つのデジタル +24V I/O (ハイサイド スイッチ、プッシュプル ドライバー、またはタイプ1および3、またはタイプ2デジタル入力)、および1つのアナログ出力 (±12.5V出力電圧範囲、または ±25mAまたは ±2.5mA出力電流範囲) を備えています。差動アナログ入力も1つあります（± 15V、 ± 2.5V、 ± 500mV、 ± 250mVと ±ロボットグリッパーに適用できる125mVの入力電圧範囲。
結論
ロボット工学の急速な発展により、人間は退屈で汚く危険な仕事から解放され、より創造的で価値のある仕事に従事できるようになります。ADIは、ロボット工学および自動化アプリケーション向けに、先進的かつ包括的な製品とソリューションを導入し、インダストリー4.0のビジョンの実現に実質的かつ効果的な支援を提供しています。これは、その背後にある広範なアプリケーション市場における無限のビジネス チャンスも意味します。