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防故障協作機器人能源物聯網

AI 機器人, 工業 4.0, 工業物聯網, 智慧工廠

1961 年,通用汽車在一座工廠中,安裝了第一台工業機器人 Unimate。簡單來說,這是一種機械手臂,能讓工人不用再從生產線取出壓鑄零件,並將零件焊接到車輛底盤上等危險工作。

硬體方面,如 Unimate 等傳統固定式機器人具備力量相當大,相當於現代的定點機器人手臂,能夠處理大型重物,並執行重複性高的精密工作。

遺憾的是,大多數工業機器人所展示的「功能」均受制於有限的智能,以及對周圍環境低落的認識程度。由於這些機器人並沒有配備偵測人類和其他障礙物的感應器,也沒有配備能讓機器人在遇到障礙物時採取應對措施的控制系統,因此這些機器人必須隔離在狹窄的空間中,並且僅能執行特定功能。對於現代的數位用例來說,這是一大缺點,因為重視效率、敏捷性、靈活性和移動性的不只是連線工廠,還有物流、智慧零售和其他自動化應用程式。

大約在 60 年後,協作機器人 (cobot) 將整合感應、智能和移動性,實現在開放環境中自主運行,甚至近距離與人類同事互動的目標。

目前,製造商仍在想辦法建立安全系統,讓機器人和作業員能在同樣的空間內同時工作。

但是,在全面部署這些革命性的協作機器人前,必須先建立符合法規要求的全新功能安全性 (FuSa) 標準和技術。

智慧工廠樓面的安全性

功能安全性 (FuSa) 能在各種情況下保證機器正常運作,或保證故障後能觸發故障保險。這些情況包括有問題的輸入訊號(包括人為錯誤)、硬體故障、軟體錯誤,以及環境和作業條件引發的壓力。為了解決這些問題,協作機器人等機器人裝置必須滿足複雜的 FuSa 標準。

雖然協作機器人為當今尖端科技,但產業標準組織已針對如 ISO 10218-1/2、ISO 15066 等新技術 FuSa 配置研究這些規範建立在現有標準的基礎上,為協作機器人系統設計定義安全要求。這些組織定義的部分 myriad 安全標準和要求(圖 1)。

工業機器人法規標準表格。
圖 1. 現有標準加上新產業標準(例如 ISO 15066)定義了智慧工廠協作機器人的安全要求。(資料來源:ResearchGate

從零開始為系統各部分實施所有必要標準,是一昂貴、費時且資源密集的工作。緩解這些問題的方法之一,就是利用透過具備 FuSa 功能元件的硬體和軟體,實現機器人的控制安全相關系統。

NEXCOM International 的 NexCOBOT SCB 100 安全控制板 (SCB) 中就使用了此類技術堆疊,而該控制板正是搭載了 Atom® x6000E 系列處理器。它為下一代自主機器人控制器提供了強大的安全功能。

自主機器人安全,現成可用

Intel Atom® x6427FE 和 x6200FE 處理器(以前稱為 Elkhart Lake)內含多個處理核心。這些處理器透過整合式 Intel® Safety Island、一整套技術文件以及能執行 FuSa 軟體以支援客戶設計的元件,簡化符合 FuSa 系統的設計。

SCB100 機器人控制板提供的單一平台,能夠解決協作機器人系統中的功能安全性問題。它符合 IEC 61508 SIL2/SC3 標準,從硬體層級到更高層級,都滿足了新安全標準(例如 ISO 10218-1/2 和 ISO 15066)的支援要求。搭配適合的安全即時作業系統 (RTOS) 時,SCB 100 允許開發人員或系統整合商加入自己的安全相關應用軟體和硬體元件,提供高區別性和快速上市的協作機器人設計。

此平台包括整合至機器人系統設計所需的所有介面和 I/O。上述元件的所有內容使其成為機器人控制器系統的主要元素。這消除了對個別獨立安全控制器的需求,並降低了成本和複雜性。

協作機器人:未來已經到來

正如第四次工業革命先驅 Nicky Verd 所說:「未來比你想像的要近。」確實如此。實際上,隨著第五次工業革命的到來和目前協作機器人的開發,現在就是未來。

如果要部署協作機器人並和人類在鄰近範圍內互動,則必須為這些機器人配備複雜的控制和安全處理平台。SCB 100 這個平台能夠協助加速從 GM 的 Unimate 到 21 世紀協作機器人設計的過渡。

 

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並非所有 SKU 都支援即時運算、時效性運算,或時間同步網路。

作者簡介

Brandon is responsible for Embedded Computing Design’s IoT Design, Automotive Embedded Systems, Security by Design, and Industrial Embedded Systems brands, where he drives content strategy, positioning, and community engagement. He is also Embedded Computing Design’s IoT Insider columnist, and enjoys covering topics that range from development kits and tools to cyber security and technology business models. Brandon received a BA in English Literature from Arizona State University, where he graduated cum laude.

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