存储器在工业机器人市场的作用

工业4.0的宏伟蓝图

想象一下，智能传感器与工业设备的完美融合，这不仅提高了生产力，还提升了运营效率并降低了成本。在这其中，无数的传感器通过无线方式相互连接，构建起一个庞大的网络，就像细胞之间的连接构成了我们的身体。它们通过网状配置或是传感器网关，将数据传输到云端，在那里进行收集、分析和处理。这就是工业物联网（IIoT）带来的变革，一个与传统物联网有所不同的领域，这里的设备必须实时响应，满足严格的工业可靠性标准。

工业机器人的崛起

工业机器人是一类特殊的工业设备，自1960年代起，它们就在工厂和商业设施中发挥着重要作用。如今，随着工业4.0的到来，这些机器人正经历着一次智能革命。它们不仅更加灵活，能够高效、准确地执行各种任务，而且还具备了自我分析和优化的能力。当这些机器人连接到云端时，它们的操作模式和数据趋势被全面捕捉和分析。

想象一下，机器人不仅能够完成指定的任务，还能自我诊断，预测可能出现的故障。当操作配置出现错误时，系统会立即触发警报，这样，问题就可以在造成重大损失之前得到解决。这就是工业4.0带来的智能化工厂的未来。

在自动化领域，OEM厂商对机器人技术的投资持续加大。即便是在COVID-19的影下，机器人行业依然保持着强劲的增长势头。从2016年起，该行业的年复合增长率达到了惊人的7.6%（CAGR）。这不仅仅是一个数字，更是工业自动化未来的坚定信号。工业机器人技术正在改变我们的生产方式，带领我们走向一个更加智能、高效、可靠的工业时代。未来几年，工业机器人的开发者将面临一系列重大挑战。随着这些系统的日益复杂化，确保它们的可靠性变得至关重要。本文将深入探讨如何以数据日志的形式收集工业机器人的运行数据，以及应对数据丢失问题的策略。

工业机器人的复杂性超乎想象。在最基本的形式中，它们由机械手和控制器构成。这些机械手，通常被称为机械臂，能够移动、旋转和执行各种动作。每个机械手的组成部分通过机械关节相互连接，每个关节都代表一个运动轴。典型的机械手拥有六个活动关节或运动轴，每个轴的运动范围都由高精度伺服或步进电机控制。这些轴的运动范围、速度和精度都是开发者需要关注的关键要素。

为了满足更高的协调性和精度需求，我们需要从工业机器人的每个传感器中记录大量的操作数据。随着工业机器人系统的复杂性增加，从跟踪机械手的每个传感器收集数据成为一项巨大的挑战。我们必须找到处理这些必须收集的数据的最佳方式，同时还需要制定策略，以最大限度地减少系统故障期间的数据丢失。

从可靠性的角度来看，工业机器人必须能够在各种电源事件中恢复，例如断电。理想情况下，即使在电源故障排除并重置系统后，机器人也应该能够从停止的位置立即恢复操作。这需要我们在数据收集和存储方面做出创新，以确保工业机器人在面对挑战时始终保持高效、稳定的运行。

随着工业机器人的发展，我们面临着巨大的机遇和挑战。我们必须克服技术难题，确保这些复杂的系统能够可靠地运行，以满足日益增长的需求。通过改进数据收集和存储方法，我们可以提高工业机器人的性能，使其在未来的制造业中发挥更大的作用。为了精确控制工业机器人的运行，电机与控制器扮演着至关重要的角色。电机需要保存一系列关键参数和数据状态，包括机械臂的精确旋转角度和位置。而控制器这边，肩负着维护详细控制日志的重任，详细记录每个轴的操作参数，如命令位置、编码器值和有效载荷。除此之外，控制器还必须实时监控伺服电机的运行状态，包括跟踪速度、扭矩、电机反馈传感数据（例如电流、位置、速度）以及运动角度。

为了确保数据的完整性和连续性，我们需要一种可靠的非易失性存储器来储存这些数据。一旦数据因断电而丢失，后果不堪设想。

关于非易失性存储器的选择，过去我们常常依赖电池供电的SRAM来保存关键数据。这种方法存在诸多不便和缺陷。

这种方法需要多个组件，如电池和电源管理控制器，这不仅占用了宝贵的PCB空间，也增加了故障发生的可能性。

为了避免电池受热对数据的稳定性造成影响，我们通常在回流工艺之后安装电池，这无疑增加了制造成本和时间。

工业机器人常常暴露在振动环境中，这可能导致固定电池的连接器出现机械故障，从而影响整体可靠性。我们需要寻找一种更为可靠和高效的数据储存方案。

综上，为了确保工业机器人的稳定运行和数据安全，我们必须寻找新的非易失性存储器解决方案，以克服传统方法的局限和不足。电池需要进行维护与更换，这是保障设备正常运行的重要环节。有些电池并不符合RoHS环保要求，给厂商带来了不小的处置难题。面对这些挑战，OEM厂商开始寻找电池的替代品，非易失性存储设备成为了他们的新选择。

由于耐用性较低，EEPROM并不适用于大多数应用场景，特别是在需要24/7全天候运行的工业机器人中。这些机器人需要实时记录大量数据，连续运行多年后，EEPROM可能会因为磨损而无法胜任。它在这些严苛的工作环境下并不是一个理想的选择。

相较于EEPROM，Flash内存的续航能力虽然同样有限，但其耐用性问题可以通过磨损均衡软件技术得到解决。当某个内存块出现过多错误时，磨损均衡算法会智能地将数据转移到一个可靠的内存块中，从而实现数据的持续安全存储。这种技术通过均匀分布磨损，有效延长了Flash内存的使用寿命。

需要注意的是，磨损均衡技术在跟踪和移动数据的过程中会增加主机CPU的负载，并可能引入写入操作的延迟。Flash内存以块的形式写入数据，这也是使用它进行数据记录时需要考虑的重要因素。在选择使用非易失性存储设备时，需要根据具体的应用场景和需求进行综合考虑和权衡。在精密机械世界中，日志数据的记录与存储至关重要。每一步操作、每一个参数，都必须被准确无误地记录下来，因为它们承载着机器人运行的真实声音。数据的收集并非一蹴而就，它需要经历一系列复杂的过程。

数据需要在缓冲区中集聚，直到整个数据块准备妥当才能开始写入。这个过程涉及磨损均衡算法，可能需要在庞大的数据表中进行软件查找，选择合适的块进行数据的写入。而特殊的闪存介质，在写入前还必须先进行块的擦除。这一切步骤，都可能造成实际数据采集与写入的延迟。

实时可靠性是这一切的核心。无论是为了性能分析还是电源事件恢复，关键数据都是在故障发生时刻收集的。对于工业机器人来说，一旦遭遇电源故障，系统必须迅速而准确地恢复到中断的位置。否则，昂贵的部件可能报废，整个生产流程可能中断。

想象一下，一个正在昂贵部件上运行的高精度机器人，在关键时刻遭遇电源问题。任何数据的丢失都可能带来巨大损失。我们必须持续捕获数据，并将其存储在具有极高可靠性的非易失性存储器中。

为此，机器人开发者正转向铁电随机存取存储器（F-RAM）。与传统的存储器相比，F-RAM具有显著的优势。它能够连续记录操作参数和数据日志，即使在极端条件下也能保持数据的稳定。它的快速读写能力和低能耗特性使其成为存储关键数据的理想选择。F-RAM还具有出色的抗磨损性能，确保数据能够长时间保存而不受损害。

为了确保机器人系统的稳定运行和高效生产，我们必须依赖可靠的数据记录和存储技术。F-RAM的出现为这一领域带来了革命性的变革，为机器人开发者提供了更加可靠、高效的数据存储方案。F-RAM的记忆持久与数据记录的无限未来

在数据的海洋中，有一种技术正如水滴汇聚成江河，为数据记录提供了源源不断的支持——那就是F-RAM。这种存储器具有惊人的耐用性，高达10的十四次方写入周期，仿佛为数据记录应用程序提供了一个永不枯竭的存储之源。想象一下，这样的持久性对于数据世界来说，是多么宝贵的存在。更令人惊喜的是，F-RAM并不需要磨损均衡，这使得写入内存的延迟大大降低，操作更为简洁高效。

不同于需要定期刷新的随机存取存储器，F-RAM提供了一种全新的存储体验。无需缓冲数据块，因为数据可以立即存储在非易失性存储器中。想象一下，当数据被捕获的瞬间，就被永久地定格在F-RAM之中，不再受到内存分页带来的任何延迟。这是一种真正的即时存储技术。

让我们将目光转向数据记录的市场趋势。开发者们正面临一个选择：是在主控制器内集中记录数据，还是在每个电机的边缘进行记录？随着技术的发展，电机边缘侧的数据记录需求日益增大，对存储容量的要求也水涨船高。而对于那些需要高速处理的应用场景，如六轴机器人控制器等，英飞凌的Excelon F-RAM以其高密度存储器与四通道SPI接口，展现了强大的性能优势。对于那些对数据记录需求较小的应用，也有密度较低的单通道SPI产品可供选择。

随着工业机器人的发展，轴和传感器的数量急剧增长，数据记录的要求也在不断扩大。与此基于人工智能的性能和预测性维护算法正在改变数据的处理方式。未来，我们需要以更高的精细度访问更广泛的参数，这将导致必须收集和存储的数据总量大幅增加。在这个飞速发展的时代，F-RAM以其卓越的性能和灵活性，正为数据记录市场开辟一条全新的道路。随着工业机器人技术的不断进步，其轴数和传感器数量不断增加，对数据记录的需求也随之增长。这种需求的背后，是工业机器人在高可靠性和功能安全方面的边缘计算与存储趋势。这种趋势促使记录功能被移至网络边缘，以消除将数据发送回主控制器的延迟。

每个电机上的微型控制器动作都由主六轴控制器协调，它们跟踪自己的参数和传感器。这一趋势使得更先进的人工智能和机器学习（ML）能力能够下沉到边缘甚至单个电机成为可能。这不仅提高了工业机器人的效率，也为其应用开辟了全新的可能性。

除了数据记录存储器，工业机器人还采用了多种其他存储器技术。其中，引导代码存储是扩展存储器的重要部分。随着工业4.0的到来，保护系统免受网络威胁的需求急剧增加。闪存设备是黑客攻击的主要目标之一，因为它们存储着启动代码、安全密钥以及其他对系统正常运行至关重要的关键数据。

针对这一挑战，英飞凌开发出了符合功能安全标准的SEMPER Secure NOR闪存。这款闪存集成了多项安全功能，旨在保护代码不受黑客攻击，确保工业机器人的稳定运行。这样的技术革新不仅提升了工业机器人的安全性，也为工业领域的数字化转型提供了强有力的支持。随着机器人控制器的日益复杂化，许多现代机器人控制器开始配备自己的TFT显示器，以便于技术人员直接交互并进行远程控制。对于存储缓冲数据、音频、图像和视频内容，或是作为数学和数据密集型运算的暂存器而言，HyperRAM凭借其低引脚数串行HyperBus接口和高达800MB/s的传输速度，无疑是一个理想的工业显示器扩展存储器选择。

数据记录是工业机器人的核心功能之一，它能够让机器人从故障和电源事件中恢复，同时不影响生产流程。这些数据还为新兴的人工智能和机器学习功能（如预测性维护）提供了推动力，使机器人能够不断创新并提升性能。

F-RAM的非易失性存储具有无限的耐用性，结合其实时性、非易失性、高吞吐量和可靠的数据捕获能力，使其成为工业机器人中高性能数据记录的理想选择。当面临电源事故时，F-RAM能保证数据的最小丢失，从而实现高精度的恢复。这意味着机器人可以在遇到复位或故障前停止的位置继续操作，大大提高了工作效率和可靠性。

F-RAM提供低密度和高密度两种选择，以满足不同应用的需求。这一特性使得开发人员能够灵活应对不断变化的下一代机器人市场，特别是在人工智能和机器学习功能日益走向边缘的时代。无论是为了满足当前的需求还是为未来的发展做好准备，F-RAM都是工业机器人领域的一个不可或缺的存储解决方案。