移動(dòng)機器人無(wú)處不在，從倉庫到醫院，甚至在街道上。不難理解為何它們如此受歡迎。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(dòng)機器人可以收集大量實(shí)時(shí)數據，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)機器人需要安全可靠的通信。本文概述了移動(dòng)機器人制造商面臨的主要的通信和安全挑戰，并提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的方案來(lái)克服這些挑戰，以保證移動(dòng)機器人的正常運行。 什么是移動(dòng)機器人? 在開(kāi)始之前，讓我們先定義一下移動(dòng)機器人的含義。 移動(dòng)機器人可以將材料從一個(gè)地方運輸到另一個(gè)地方，主要有兩種類(lèi)型，自動(dòng)導引運輸車(chē)（AGVs）和自主移動(dòng)機器人（AMRs）。AGV使用導引設施（導引線(xiàn)、反射板或磁帶）遵循預定的路線(xiàn)。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)地圖導航，利用相機、內置傳感器或激光掃描儀的數據來(lái)探測周?chē)h(huán)境，并選擇最有效的路線(xiàn)。如果有物體阻礙了AMR的一個(gè)計劃路線(xiàn)，它將選擇另一條路線(xiàn)。由于A(yíng)MR不依賴(lài)于導引設施，所以安裝起來(lái)更快，而且可以適應物流變化。 移動(dòng)機器人制造商面臨的通信和安全挑戰是什么? 1. 建立無(wú)線(xiàn)連接 移動(dòng)機器人制造商面臨的第一個(gè)挑戰是選擇最合適的無(wú)線(xiàn)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(dòng)機器人制造商來(lái)說(shuō)，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用的確切細節。 有時(shí)，藍牙連接是理想的選擇，因為它提供穩定的非擁塞連接，而其他應用則需要高速、安全的蜂窩連接。對于移動(dòng)機器人制造商來(lái)說(shuō)，重要的是擁有一種易于改變從而能滿(mǎn)足特定需求的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。
圖1：無(wú)線(xiàn)標準——高級的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 第二個(gè)挑戰是確保安裝按計劃進(jìn)行。在安裝無(wú)線(xiàn)解決方案之前，根據設施圖紙進(jìn)行預測性的現場(chǎng)勘測，以確保移動(dòng)機器人在整個(gè)現場(chǎng)有足夠的信號覆蓋�，F場(chǎng)勘測應確定接駁站的最佳位置、正確的天線(xiàn)類(lèi)型、最佳天線(xiàn)角度，以及如何減少干擾。安裝完成后，可使用無(wú)線(xiàn)嗅探工具檢查設計，并根據需要調整接入點(diǎn)或天線(xiàn)。 2. 將移動(dòng)機器人連接到工業(yè)網(wǎng)絡(luò ) 盡管移動(dòng)機器人和控制器通常使用不同的工業(yè)協(xié)議，但移動(dòng)機器人需要與相關(guān)的現場(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)機器人制造商可能希望在不同的站點(diǎn)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(dòng)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據量。所需的數據量取決于安裝的規模和類(lèi)型。大型設施可能會(huì )使用更多的數據，因為路由算法需要覆蓋更大的區域、更多的車(chē)輛和更多的潛在路線(xiàn)。視覺(jué)導航等導航系統需要處理圖像，因此，相較于使用反射板等其他導航系統，需要更強的數據處理能力。所以移動(dòng)機器人制造商必須解決以下挑戰: 1. 他們需要一種支持所有主要現場(chǎng)總線(xiàn)和工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。 2. 在不改變硬件設計的情況下，需要便捷地改變網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，使移動(dòng)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(lái)處理所需的數據。 3. 創(chuàng )建安全的系統創(chuàng )建一個(gè)移動(dòng)機器人可以安全地運輸材料的系統，是一項關(guān)鍵而富有挑戰性的任務(wù)。移動(dòng)機器人制造商需要創(chuàng )建一個(gè)系統，兼顧所有不同類(lèi)型的移動(dòng)機器人、結構和環(huán)境中的人。他們需要確保移動(dòng)機器人能夠對外界的動(dòng)作做出反應，例如有人打開(kāi)安全門(mén)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)，因而需要相應地管理碰撞風(fēng)險。傳感器領(lǐng)域的技術(shù)在不斷發(fā)展，移動(dòng)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(dòng)機器人制造商面臨的安全挑戰總覽 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(dòng)機器人制造商，在某些應用中，2014/30/EU 指令也可能是相關(guān)的，因為它規定了設備的電磁兼容性。2006/42/EC機械指令描述了對引入歐洲市場(chǎng)的安全機械的設計和制造要求。如果制造商能在符合性聲明中證明他們已經(jīng)滿(mǎn)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(hù)。 雖然其他安全標準不是強制性的，但制造商仍應遵守這些標準，因為它們有助于滿(mǎn)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，將已知的風(fēng)險降低到可接受的殘余風(fēng)險。他們可以使用ISO 13849或IEC 62061來(lái)找到每個(gè)風(fēng)險所需的安全級別，并確保與安全相關(guān)的功能相應地符合規定的要求。移動(dòng)機器人制造商會(huì )決定他們如何達到某個(gè)的安全水平。例如，他們可以降低移動(dòng)機器人的速度，以降低碰撞風(fēng)險和傷害的嚴重程度到可接受的水平�；蛘�，他們可以確保移動(dòng)機器人只在禁止人類(lèi)進(jìn)入的隔離區域（在ISO 3691-4中定義為限制區域）內工作。 確定正確的標準并按要求實(shí)施是移動(dòng)機器人制造商創(chuàng )建安全系統的最佳方式。但正如本文總結所示，這是一個(gè)復雜而耗時(shí)的過(guò)程。 4. 確�？煽康腃AN通信自20世紀80年代以來(lái)，CAN技術(shù)是一種可靠且易于實(shí)現的標準，基于CAN的通信技術(shù)仍然越來(lái)越受歡迎，主要是因為它在各種蓬勃發(fā)展的行業(yè)中得到應用，如電動(dòng)汽車(chē)和電池儲能系統（BESS）。CAN簡(jiǎn)單、節能、經(jīng)濟。位于該網(wǎng)絡(luò )上的所有設備可以訪(fǎng)問(wèn)所有的信息，并且這是一個(gè)開(kāi)放的標準，這意味著(zhù)用戶(hù)可以調整和擴展消息以滿(mǎn)足他們的需求。 對于移動(dòng)機器人制造商來(lái)說(shuō)，建立CAN連接變得更加重要，因為這使他們能夠監測在移動(dòng)機器人驅動(dòng)系統中越來(lái)越多地使用到的鋰電池，無(wú)論是改造系統還是在全新的安裝中都是如此。移動(dòng)機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的通信標準，使他們能夠檢查其設備，如監測電池的狀態(tài)和性能。 2. 保護系統不受電磁干擾（EMI）的影響，因為EMI可以破壞系統的電子設備。電磁干擾風(fēng)險在改造中是顯著(zhù)的，因為添加了新的組件，如通信電纜旁邊的電池，會(huì )導致高頻電磁干擾。 5. 遠程訪(fǎng)問(wèn)移動(dòng)機器人遠程訪(fǎng)問(wèn)機器人控制系統的能力使移動(dòng)機器人供應商或工程師能排除故障并解決大多數問(wèn)題，而無(wú)需前往現場(chǎng)。
圖3：遠程訪(fǎng)問(wèn)的好處 挑戰在于創(chuàng )建一個(gè)遠程訪(fǎng)問(wèn)解決方案，以平衡IT部門(mén)的需求與工程師或供應商的需求。 IT部門(mén)希望確保網(wǎng)絡(luò )安全、可靠并保持完整性。因此，遠程訪(fǎng)問(wèn)解決方案應包括以下安全措施:
工程師或供應商需要一個(gè)易于使用和可靠的系統。用戶(hù)需要能方便地連接到移動(dòng)機器人并訪(fǎng)問(wèn)所需的信息。如果安裝可能發(fā)生變化，那么應該很便捷地根據需要來(lái)擴展機器人數量。如果移動(dòng)機器人與供應商或工程師身處不同的國家，網(wǎng)絡(luò )基礎設施必須有足夠的覆蓋和冗余，以確保其全球可用性。 結論正如我們所見(jiàn)，移動(dòng)機器人制造商必須解決許多通信和安全方面的挑戰。他們必須建立無(wú)線(xiàn)連接，通過(guò)不同的網(wǎng)絡(luò )發(fā)送數據，確保安全，連接到CAN系統，并安全地遠程訪(fǎng)問(wèn)機器人。更復雜的是，每個(gè)安裝都必須重新評估和調整，以滿(mǎn)足現場(chǎng)要求。 實(shí)現移動(dòng)機器人通信的最佳實(shí)踐移動(dòng)機器人制造商很少是通信或安全專(zhuān)家。他們會(huì )發(fā)現在內部嘗試和開(kāi)發(fā)所需的通信技術(shù)既耗時(shí)又昂貴。采用專(zhuān)門(mén)構建的第三方通信解決方案不僅解決了當前的通信挑戰，還能提供其他益處。 現代通信解決方案采用模塊化設計，使移動(dòng)機器人制造商能夠移除針對某一標準或協(xié)議設計的網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品，并將其替換為針對另一標準或協(xié)議設計的產(chǎn)品，而不會(huì )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(wú)線(xiàn)標準，而Wi-Fi可能在另一種安裝中能提供更好的覆蓋。類(lèi)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)機器人廠(chǎng)商都能在不改變硬件設計的情況下，通過(guò)通信產(chǎn)品來(lái)改變網(wǎng)絡(luò )技術(shù)以滿(mǎn)足當地需求。 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(zhuān)家，為AGV通信提供多種解決方案。更多信息，請訪(fǎng)問(wèn)：www.hms-networks.com/agv |
