移動機器人無處不在，從倉庫到醫(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。它們很容易擴展或與其他機器組合。由于移動機器人可以收集大量實時數(shù)據(jù)，企業(yè)可以借助它們來開啟工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)之旅。 但為了更高效地工作，移動機器人需要安全可靠的通信。本文概述了移動機器人制造商面臨的主要的通信和安全挑戰(zhàn)，并提供了一個簡單的方案來克服這些挑戰(zhàn)，以保證移動機器人的正常運行。 什么是移動機器人? 在開始之前，讓我們先定義一下移動機器人的含義。 移動機器人可以將材料從一個地方運輸?shù)搅硪粋�地方，主要有兩種類型，自動導(dǎo)引運輸車（AGVs）和自主移動機器人（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會停下來等待，直到該物體被移除。 AMR更具有動態(tài)能力。它們通過地圖導(dǎo)航，利用相機、內(nèi)置傳感器或激光掃描儀的數(shù)據(jù)來探測周圍環(huán)境，并選擇最有效的路線。如果有物體阻礙了AMR的一個計劃路線，它將選擇另一條路線。由于AMR不依賴于導(dǎo)引設(shè)施，所以安裝起來更快，而且可以適應(yīng)物流變化。 移動機器人制造商面臨的通信和安全挑戰(zhàn)是什么? 1. 建立無線連接 移動機器人制造商面臨的第一個挑戰(zhàn)是選擇最合適的無線技術(shù)。通常的建議是建立需求、評估標準，并選擇最佳的匹配技術(shù)。然而，對于移動機器人制造商來說，這并不總是可行的，因為他們通常不知道機器將處于什么位置或者目標應(yīng)用的確切細節(jié)。 有時，藍牙連接是理想的選擇，因為它提供穩(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。對于移動機器人制造商來說，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：無線標準——高級的優(yōu)點和缺點 第二個挑戰(zhàn)是確保安裝按計劃進行。在安裝無線解決方案之前，根據(jù)設(shè)施圖紙進行預(yù)測性的現(xiàn)場勘測，以確保移動機器人在整個現(xiàn)場有足夠的信號覆蓋。現(xiàn)場勘測應(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，可使用無線嗅探工具檢查設(shè)計，并根據(jù)需要調(diào)整接入點或天線。 2. 將移動機器人連接到工業(yè)網(wǎng)絡(luò) 盡管移動機器人和控制器通常使用不同的工業(yè)協(xié)議，但移動機器人需要與相關(guān)的現(xiàn)場控制器進行通信。例如，AGV可能使用CANopen，而控制器可能使用PROFINET。此外，移動機器人制造商可能希望在不同的站點使用相同的AGV型號，而控制器使用的是另一種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，如EtherCAT。 移動機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)施可能會使用更多的數(shù)據(jù)，因為路由算法需要覆蓋更大的區(qū)域、更多的車輛和更多的潛在路線。視覺導(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)，需要更強的數(shù)據(jù)處理能力。所以移動機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)計的情況下，需要便捷地改變網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使移動機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處理所需的數(shù)據(jù)。 3. 創(chuàng)建安全的系統(tǒng)創(chuàng)建一個移動機器人可以安全地運輸材料的系統(tǒng)，是一項關(guān)鍵而富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。移動機器人制造商需要創(chuàng)建一個系統(tǒng)，兼顧所有不同類型的移動機器人、結(jié)構(gòu)和環(huán)境中的人。他們需要確保移動機器人能夠?qū)ν饨绲膭幼髯龀龇磻?yīng)，例如有人打開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，因而需要相應(yīng)地管理碰撞風險。傳感器領(lǐng)域的技術(shù)在不斷發(fā)展，移動機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：移動機器人制造商面臨的安全挑戰(zhàn)總覽 安全標準 安全標準提供了對于安裝安全相關(guān)部件，準備環(huán)境和維護機器或設(shè)備的指引。 雖然不同的安全標準（ISO、DIN、IEC、ANSI等）大多是自愿遵守的，但在歐盟，機器制造商在法律上被要求遵守歐盟機械指令中的安全標準。2006/42/EC機械指令適用于移動機器人制造商，在某些應(yīng)用中，2014/30/EU 指令也可能是相關(guān)的，因為它規(guī)定了設(shè)備的電磁兼容性。2006/42/EC機械指令描述了對引入歐洲市場的安全機械的設(shè)計和制造要求。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 標簽，并將機器交付給客戶。 雖然其他安全標準不是強制性的，但制造商仍應(yīng)遵守這些標準，因為它們有助于滿足2006/42/EC機械指令的要求。例如，制造商可以遵循ISO 12100的指導(dǎo)，將已知的風險降低到可接受的殘余風險。他們可以使用ISO 13849或IEC 62061來找到每個風險所需的安全級別，并確保與安全相關(guān)的功能相應(yīng)地符合規(guī)定的要求。移動機器人制造商會決定他們?nèi)绾芜_到某個的安全水平。例如，他們可以降低移動機器人的速度，以降低碰撞風險和傷害的嚴重程度到可接受的水平。或者，他們可以確保移動機器人只在禁止人類進入的隔離區(qū)域（在ISO 3691-4中定義為限制區(qū)域）內(nèi)工作。 確定正確的標準并按要求實施是移動機器人制造商創(chuàng)建安全系統(tǒng)的最佳方式。但正如本文總結(jié)所示，這是一個復(fù)雜而耗時的過程。 4. 確保可靠的CAN通信自20世紀80年代以來，CAN技術(shù)是一種可靠且易于實現(xiàn)的標準，基于CAN的通信技術(shù)仍然越來越受歡迎，主要是因為它在各種蓬勃發(fā)展的行業(yè)中得到應(yīng)用，如電動汽車和電池儲能系統(tǒng)（BESS）。CAN簡單、節(jié)能、經(jīng)濟。位于該網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備可以訪問所有的信息，并且這是一個開放的標準，這意味著用戶可以調(diào)整和擴展消息以滿足他們的需求。 對于移動機器人制造商來說，建立CAN連接變得更加重要，因為這使他們能夠監(jiān)測在移動機器人驅(qū)動系統(tǒng)中越來越多地使用到的鋰電池，無論是改造系統(tǒng)還是在全新的安裝中都是如此。移動機器人制造商需要做到以下幾點: 1. 建立一個可靠的連接到CAN或CANopen的通信標準，使他們能夠檢查其設(shè)備，如監(jiān)測電池的狀態(tài)和性能。 2. 保護系統(tǒng)不受電磁干擾（EMI）的影響，因為EMI可以破壞系統(tǒng)的電子設(shè)備。電磁干擾風險在改造中是顯著的，因為添加了新的組件，如通信電纜旁邊的電池，會導(dǎo)致高頻電磁干擾。 5. 遠程訪問移動機器人遠程訪問機器人控制系統(tǒng)的能力使移動機器人供應(yīng)商或工程師能排除故障并解決大多數(shù)問題，而無需前往現(xiàn)場。
圖3：遠程訪問的好處 挑戰(zhàn)在于創(chuàng)建一個遠程訪問解決方案，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，遠程訪問解決方案應(yīng)包括以下安全措施:
工程師或供應(yīng)商需要一個易于使用和可靠的系統(tǒng)。用戶需要能方便地連接到移動機器人并訪問所需的信息。如果安裝可能發(fā)生變化，那么應(yīng)該很便捷地根據(jù)需要來擴展機器人數(shù)量。如果移動機器人與供應(yīng)商或工程師身處不同的國家，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，移動機器人制造商必須解決許多通信和安全方面的挑戰(zhàn)。他們必須建立無線連接，通過不同的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，確保安全，連接到CAN系統(tǒng)，并安全地遠程訪問機器人。更復(fù)雜的是，每個安裝都必須重新評估和調(diào)整，以滿足現(xiàn)場要求。 實現(xiàn)移動機器人通信的最佳實踐移動機器人制造商很少是通信或安全專家。他們會發(fā)現(xiàn)在內(nèi)部嘗試和開發(fā)所需的通信技術(shù)既耗時又昂貴。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，使移動機器人制造商能夠移除針對某一標準或協(xié)議設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，并將其替換為針對另一標準或協(xié)議設(shè)計的產(chǎn)品，而不會影響機器的任何其他部分。例如，藍牙在某一種安裝中可能是最適合的無線標準，而Wi-Fi可能在另一種安裝中能提供更好的覆蓋。類似地，一個站點可能使用PROFINET 和PROFIsafe協(xié)議，而另一個站點可能使用不同的工業(yè)和安全協(xié)議。在這兩種場景下，移動機器人廠商都能在不改變硬件設(shè)計的情況下，通過通信產(chǎn)品來改變網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以滿足當?shù)匦枨蟆?br /> 作者：Mark Crossley、Daniel Heinzler、Fredrik Brynolf、Thomas Carlsson HMS Networks HMS Networks 是來自瑞典的工業(yè)通信專家，為AGV通信提供多種解決方案。更多信息，請訪問：www.hms-networks.com/agv |
