移動(dòng)機(jī)器人無(wú)處不在，從倉(cāng)庫(kù)到醫(yī)院，甚至在街道上。不難理解為何它們?nèi)绱耸軞g迎。它們比真正的工人更便宜、更安全、更容易找到，而且效率更高。它們很容易擴(kuò)展或與其他機(jī)器組合。由于移動(dòng)機(jī)器人可以收集大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，企業(yè)可以借助它們來(lái)開(kāi)啟工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)之旅。 但為了更高效地工作，移動(dòng)機(jī)器人需要安全可靠的通信。本文概述了移動(dòng)機(jī)器人制造商面臨的主要的通信和安全挑戰(zhàn)，并提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的方案來(lái)克服這些挑戰(zhàn)，以保證移動(dòng)機(jī)器人的正常運(yùn)行。 什么是移動(dòng)機(jī)器人? 在開(kāi)始之前，讓我們先定義一下移動(dòng)機(jī)器人的含義。 移動(dòng)機(jī)器人可以將材料從一個(gè)地方運(yùn)輸?shù)搅硪粋�(gè)地方，主要有兩種類型，自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（AGVs）和自主移動(dòng)機(jī)器人（AMRs）。AGV使用導(dǎo)引設(shè)施（導(dǎo)引線、反射板或磁帶）遵循預(yù)定的路線。如果有物體擋住了AGV的去路，AGV會(huì)停下來(lái)等待，直到該物體被移除。 AMR更具有動(dòng)態(tài)能力。它們通過(guò)地圖導(dǎo)航，利用相機(jī)、內(nèi)置傳感器或激光掃描儀的數(shù)據(jù)來(lái)探測(cè)周圍環(huán)境，并選擇最有效的路線。如果有物體阻礙了AMR的一個(gè)計(jì)劃路線，它將選擇另一條路線。由于AMR不依賴于導(dǎo)引設(shè)施，所以安裝起來(lái)更快，而且可以適應(yīng)物流變化。 移動(dòng)機(jī)器人制造商面臨的通信和安全挑戰(zhàn)是什么? 1. 建立無(wú)線連接 移動(dòng)機(jī)器人制造商面臨的第一個(gè)挑戰(zhàn)是選擇最合適的無(wú)線技術(shù)。通常的建議是建立需求、評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，并選擇最佳的匹配技術(shù)。然而，對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人制造商來(lái)說(shuō)，這并不總是可行的，因?yàn)樗麄兺ǔ２恢罊C(jī)器將處于什么位置或者目標(biāo)應(yīng)用的確切細(xì)節(jié)。 有時(shí)，藍(lán)牙連接是理想的選擇，因?yàn)樗峁┓�(wěn)定的非擁塞連接，而其他應(yīng)用則需要高速、安全的蜂窩連接。對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人制造商來(lái)說(shuō)，重要的是擁有一種易于改變從而能滿足特定需求的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
圖1：無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)——高級(jí)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 第二個(gè)挑戰(zhàn)是確保安裝按計(jì)劃進(jìn)行。在安裝無(wú)線解決方案之前，根據(jù)設(shè)施圖紙進(jìn)行預(yù)測(cè)性的現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，以確保移動(dòng)機(jī)器人在整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)有足夠的信號(hào)覆蓋。現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)應(yīng)確定接駁站的最佳位置、正確的天線類型、最佳天線角度，以及如何減少干擾。安裝完成后，可使用無(wú)線嗅探工具檢查設(shè)計(jì)，并根據(jù)需要調(diào)整接入點(diǎn)或天線。 2. 將移動(dòng)機(jī)器人連接到工業(yè)網(wǎng)絡(luò) 盡管移動(dòng)機(jī)器人和控制器通常使用不同的工業(yè)協(xié)議，但移動(dòng)機(jī)器人需要與相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行通信。例如，AGV可能使用CANopen，而控制器可能使用PROFINET。此外，移動(dòng)機(jī)器人制造商可能希望在不同的站點(diǎn)使用相同的AGV型號(hào)，而控制器使用的是另一種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，如EtherCAT。 移動(dòng)機(jī)器人制造商還需要確保其產(chǎn)品有足夠的能力處理所需的數(shù)據(jù)量。所需的數(shù)據(jù)量取決于安裝的規(guī)模和類型。大型設(shè)施可能會(huì)使用更多的數(shù)據(jù)，因?yàn)槁酚伤惴ㄐ枰采w更大的區(qū)域、更多的車輛和更多的潛在路線。視覺(jué)導(dǎo)航等導(dǎo)航系統(tǒng)需要處理圖像，因此，相較于使用反射板等其他導(dǎo)航系統(tǒng)，需要更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。所以移動(dòng)機(jī)器人制造商必須解決以下挑戰(zhàn): 1. 他們需要一種支持所有主要現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 2. 在不改變硬件設(shè)計(jì)的情況下，需要便捷地改變網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使移動(dòng)機(jī)器人能夠在與控制器相同的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)上通信。 3. 他們需要確保網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有足夠的能力和功能來(lái)處理所需的數(shù)據(jù)。 3. 創(chuàng)建安全的系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人可以安全地運(yùn)輸材料的系統(tǒng)，是一項(xiàng)關(guān)鍵而富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。移動(dòng)機(jī)器人制造商需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)系統(tǒng)，兼顧所有不同類型的移動(dòng)機(jī)器人、結(jié)構(gòu)和環(huán)境中的人。他們需要確保移動(dòng)機(jī)器人能夠?qū)ν饨绲膭?dòng)作做出反應(yīng)，例如有人打開(kāi)安全門或按下緊急停止按鈕，并且其網(wǎng)絡(luò)解決方案能夠處理不同的安全協(xié)議和接口。他們需要考慮到AMRs可以自由移動(dòng)，因而需要相應(yīng)地管理碰撞風(fēng)險(xiǎn)。傳感器領(lǐng)域的技術(shù)在不斷發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人制造商需要緊跟最新的技術(shù)，以確保其產(chǎn)品盡可能地更高效。
圖2：移動(dòng)機(jī)器人制造商面臨的安全挑戰(zhàn)總覽 安全標(biāo)準(zhǔn) 安全標(biāo)準(zhǔn)提供了對(duì)于安裝安全相關(guān)部件，準(zhǔn)備環(huán)境和維護(hù)機(jī)器或設(shè)備的指引。 雖然不同的安全標(biāo)準(zhǔn)（ISO、DIN、IEC、ANSI等）大多是自愿遵守的，但在歐盟，機(jī)器制造商在法律上被要求遵守歐盟機(jī)械指令中的安全標(biāo)準(zhǔn)。2006/42/EC機(jī)械指令適用于移動(dòng)機(jī)器人制造商，在某些應(yīng)用中，2014/30/EU 指令也可能是相關(guān)的，因?yàn)樗?guī)定了設(shè)備的電磁兼容性。2006/42/EC機(jī)械指令描述了對(duì)引入歐洲市場(chǎng)的安全機(jī)械的設(shè)計(jì)和制造要求。如果制造商能在符合性聲明中證明他們已經(jīng)滿足指令的要求制造商，那么就能夠貼上CE 標(biāo)簽，并將機(jī)器交付給客戶。 雖然其他安全標(biāo)準(zhǔn)不是強(qiáng)制性的，但制造商仍應(yīng)遵守這些標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗鼈冇兄跐M足2006/42/EC機(jī)械指令的要求。例如，制造商可以遵循ISO 12100的指導(dǎo)，將已知的風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受的殘余風(fēng)險(xiǎn)。他們可以使用ISO 13849或IEC 62061來(lái)找到每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)所需的安全級(jí)別，并確保與安全相關(guān)的功能相應(yīng)地符合規(guī)定的要求。移動(dòng)機(jī)器人制造商會(huì)決定他們?nèi)绾芜_(dá)到某個(gè)的安全水平。例如，他們可以降低移動(dòng)機(jī)器人的速度，以降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)和傷害的嚴(yán)重程度到可接受的水平。或者，他們可以確保移動(dòng)機(jī)器人只在禁止人類進(jìn)入的隔離區(qū)域（在ISO 3691-4中定義為限制區(qū)域）內(nèi)工作。 確定正確的標(biāo)準(zhǔn)并按要求實(shí)施是移動(dòng)機(jī)器人制造商創(chuàng)建安全系統(tǒng)的最佳方式。但正如本文總結(jié)所示，這是一個(gè)復(fù)雜而耗時(shí)的過(guò)程。 4. 確保可靠的CAN通信自20世紀(jì)80年代以來(lái)，CAN技術(shù)是一種可靠且易于實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)，基于CAN的通信技術(shù)仍然越來(lái)越受歡迎，主要是因?yàn)樗诟鞣N蓬勃發(fā)展的行業(yè)中得到應(yīng)用，如電動(dòng)汽車和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）。CAN簡(jiǎn)單、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)。位于該網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備可以訪問(wèn)所有的信息，并且這是一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，這意味著用戶可以調(diào)整和擴(kuò)展消息以滿足他們的需求。 對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人制造商來(lái)說(shuō)，建立CAN連接變得更加重要，因?yàn)檫@使他們能夠監(jiān)測(cè)在移動(dòng)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中越來(lái)越多地使用到的鋰電池，無(wú)論是改造系統(tǒng)還是在全新的安裝中都是如此。移動(dòng)機(jī)器人制造商需要做到以下幾點(diǎn): 1. 建立一個(gè)可靠的連接到CAN或CANopen的通信標(biāo)準(zhǔn)，使他們能夠檢查其設(shè)備，如監(jiān)測(cè)電池的狀態(tài)和性能。 2. 保護(hù)系統(tǒng)不受電磁干擾（EMI）的影響，因?yàn)镋MI可以破壞系統(tǒng)的電子設(shè)備。電磁干擾風(fēng)險(xiǎn)在改造中是顯著的，因?yàn)樘砑恿诵碌慕M件，如通信電纜旁邊的電池，會(huì)導(dǎo)致高頻電磁干擾。 5. 遠(yuǎn)程訪問(wèn)移動(dòng)機(jī)器人遠(yuǎn)程訪問(wèn)機(jī)器人控制系統(tǒng)的能力使移動(dòng)機(jī)器人供應(yīng)商或工程師能排除故障并解決大多數(shù)問(wèn)題，而無(wú)需前往現(xiàn)場(chǎng)。
圖3：遠(yuǎn)程訪問(wèn)的好處 挑戰(zhàn)在于創(chuàng)建一個(gè)遠(yuǎn)程訪問(wèn)解決方案，以平衡IT部門的需求與工程師或供應(yīng)商的需求。 IT部門希望確保網(wǎng)絡(luò)安全、可靠并保持完整性。因此，遠(yuǎn)程訪問(wèn)解決方案應(yīng)包括以下安全措施:
工程師或供應(yīng)商需要一個(gè)易于使用和可靠的系統(tǒng)。用戶需要能方便地連接到移動(dòng)機(jī)器人并訪問(wèn)所需的信息。如果安裝可能發(fā)生變化，那么應(yīng)該很便捷地根據(jù)需要來(lái)擴(kuò)展機(jī)器人數(shù)量。如果移動(dòng)機(jī)器人與供應(yīng)商或工程師身處不同的國(guó)家，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施必須有足夠的覆蓋和冗余，以確保其全球可用性。 結(jié)論正如我們所見(jiàn)，移動(dòng)機(jī)器人制造商必須解決許多通信和安全方面的挑戰(zhàn)。他們必須建立無(wú)線連接，通過(guò)不同的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，確保安全，連接到CAN系統(tǒng)，并安全地遠(yuǎn)程訪問(wèn)機(jī)器人。更復(fù)雜的是，每個(gè)安裝都必須重新評(píng)估和調(diào)整，以滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。 實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人通信的最佳實(shí)踐移動(dòng)機(jī)器人制造商很少是通信或安全專家。他們會(huì)發(fā)現(xiàn)在內(nèi)部嘗試和開(kāi)發(fā)所需的通信技術(shù)既耗時(shí)又昂貴。采用專門構(gòu)建的第三方通信解決方案不僅解決了當(dāng)前的通信挑戰(zhàn)，還能提供其他益處。 現(xiàn)代通信解決方案采用模塊化設(shè)計(jì)，使移動(dòng)機(jī)器人制造商能夠移除針對(duì)某一標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，并將其替換為針對(duì)另一標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，而不會(huì)影響機(jī)器的任何其他部分。例如，藍(lán)牙在某一種安裝中可能是最適合的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，而Wi-Fi可能在另一種安裝中能提供更好的覆蓋。類似地，一個(gè)站點(diǎn)可能使用PROFINET 和PROFIsafe協(xié)議，而另一個(gè)站點(diǎn)可能使用不同的工業(yè)和安全協(xié)議。在這兩種場(chǎng)景下，移動(dòng)機(jī)器人廠商都能在不改變硬件設(shè)計(jì)的情況下，通過(guò)通信產(chǎn)品來(lái)改變網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以滿足當(dāng)?shù)匦枨蟆?br /> 作者：Mark Crossley、Daniel Heinzler、Fredrik Brynolf、Thomas Carlsson HMS Networks HMS Networks 是來(lái)自瑞典的工業(yè)通信專家，為AGV通信提供多種解決方案。更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：www.hms-networks.com/agv |
