內建功能安全加速機器人開發

在現今的工廠與倉庫，機器人與人類之間的藩籬早已消除。人類與機器人經常並肩工作，由機器人負責運輸重物等費力的工作，或是噴漆或將貨物裝到棧板這類繁瑣的工作。

這些協作機器人提高效率，並降低工人肌肉拉傷或受傷的風險。然而，確保機器人與人員安全互動並非易事。機器人開發者可能花費數年時間建立、測試及重新測試安全功能，而且必須符合嚴格的認證要求。這個過程延遲了他們發布具有最新最強大功能機型的時間，因此需要更長的時間才能實現收益。

然而，現在機器製造商有辦法讓機器人提早上市。利用預先認證的處理器、控制電路板與電子設備打造機器人，可節省數月或數年的額外工作。

加速機器人開發

關鍵系統，例如與人類合作的機器人，必須配備穩定可靠的功能安全（FuSa）控制機制。FuSa 是在關鍵系統自動偵測電子系統故障並降低其風險的國際標準方法，就這個案例而言，是指可能傷害人身安全的故障。舉例而言，如果機器人的 FuSa 系統顯示，它正偏離軌道或行進速度過快，就會發出訊號，停止所有移動零件。

開發者為了讓協作機器人通過核准，必須針對機器人執行之可能對人造成影響的每個動作，建立 FuSa 控制機制。機器人行進的速度、從人手拿取物體的力道、旋轉時施加的力矩，以及許多其他變數，都必須符合嚴格的 ISO 標準，有時還必須符合特定國家/地區標準。與功能安全相關的硬體與軟體都必須取得認證。

針對硬體，機器人嵌入式電腦龐大的電子元件，每一個都必須向合格機構取得認證。如果開發者從頭開始打造機器人，這個過程可能需要數年時間。創博機器人產品經理 Weihan Wang 表示：「為此，我們打造了採用預先認證 CPU 的安全控制器。」創博是新漢股份有限公司旗下公司，也是智慧機器人控制與運動控制解決方案開發商。

NexCOBOT SCB 100 安全控制電路板包含預先認證的 Intel Atom^® x6000 系列處理器，為創博及其開發者客戶節省了時間。Wang 表示：「我們不需要證明 CPU 的安全性，因為 Intel 已經做到了這一點。」此外，整個 SCB 100 電路板本身已通過 FuSa 認證。

Intel 除了提供晶片與軟體，還提供安全手冊、安全分析與使用者指南等技術文件，也讓認證流程更快速簡單。

在所有硬體預先認證的情況下，使用 SCB 100 電路板的機器人建置商可立即開發應用程式，不必先等候硬體通過核准。他們可以使用內建的 Intel 軟體程式庫，輕鬆匯入現有應用程式，並且依照特定客戶需求開發自訂安全通訊協定，進一步加速軟體開發。

確保關鍵系統的 FuSa

SCB 100 控制電路板利用整合至 Intel 處理器的 Intel^® Safety Island (Intel^® SI)，確保機器人行為安全無虞。Safety Island 支援功能安全、協調 Intel 晶片上診斷、報告錯誤，以及監測客戶安全應用程式。機器人運作時，Safety Island 會持續即時檢查針對方向、速度、力道和其他因素的計算結果，確保機器人正常運作。Wang 表示：「有超過一百種不同的議題可能會引發問題，包括功率偏差或記憶體故障。」

如果發生安全錯誤，系統會讓機器人立即停機，並將關於問題的意見反應發送給營運商的系統整合商。

處理器具備執行多個 AI 和電腦視覺工作負載的效能功率，將非安全運動控制與安全應用程式結合。這樣一來，開發者既能建立更多功能，還可節省空間與金錢。因此，機器人不但更輕巧，也更方便客戶在狹窄的空間安裝及部署。

未來發展：機器人夥伴

機器人學會執行的任務越多，與人類的互動方式就越來越不像命令與控制，而是更像團隊合作。舉例而言，開發者可直接將未完成的零件交給機器人，然後引導機器人前往 CNC 機床進行輪廓沉積，而不是使用機器人訓練用的手持安全吊墜。

Wang 表示：「人類與機器人日後會越來越頻繁協作。」他預計，未來五至十年，具備人造手臂和人造腿的「人形機器人」可望在工廠、商店和倉庫與人類一起工作。

機器人與人類合作時承擔的職責越多，就越需要內建的安全機制。Wang 表示，監管機構本來規定開發者提供二或三種 FuSa 控制機制，如今則是要求提供 30 種以上。功能更強的機器人進入工廠和倉庫廠房之際，推出具備先進功能機型的壓力也隨之增加。採用預先認證的安全控制電路板，有助於開發者讓精密複雜的機型更快上市。

Wang 表示，採用高效能晶片也有幫助，而且「高階運算效能讓機器人無須使用多個 CPU 就能執行大量安全功能」。

本文由 insight.tech 編輯總監妮．貝內施（Georganne Benesch）編輯。