如何與機器人交談

貝加萊工業(yè)自動化（上海）有限公司

如何與機器人交談

貝加萊工業(yè)自動化（上海）有限公司

1　前言

工業(yè)機器人在現(xiàn)代化生產(chǎn)線中的應(yīng)用越來越普遍。在初始安裝和正常運行過程中，它們需要與操作人員一起安全工作。選擇何種通信協(xié)議在其中起到了關(guān)鍵作用。POWERLINK和openSAFETY可以作為機器人應(yīng)用中的骨干網(wǎng)絡(luò)。POWERLINK積極應(yīng)對機器人集成挑戰(zhàn) —— 即使在大型網(wǎng)絡(luò)中也能確保硬實時能力。將openSAFETY作為安全協(xié)議的應(yīng)用滿足Cat. 4 / SIL 3 / PL e安全標(biāo)準(zhǔn)，使機器人能夠?qū)ξｋU情況做出智能響應(yīng)。

圖1　POWERLINK和openSAFETY可以作為機器人應(yīng)用中的骨干網(wǎng)絡(luò)

機器人正在承擔(dān)起越來越多對于人類而言十分繁重或危險的工作任務(wù)，如舉起重物或?qū)⒐ぜ腿脬姶病Ｉ婕皺C器人的方案必須遵循三個主要要求：

（1）精確響應(yīng)的運動控制；

（2）強大的控制器；

（3）高速的內(nèi)部通信。

在過去，滿足這些要求通常需要使用專有系統(tǒng)或?qū)Ｓ糜布＝裉欤_放的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)組件正在穩(wěn)步推進，這是確保機器設(shè)備投資安全的唯一方式。

2　控制復(fù)雜的機器人系統(tǒng)

與此同時，如果機器的自動化系統(tǒng)中包含機器人，那么它通常還擁有其它必須與機器人運動同步的軸。例如機械手臂需要使用不同的刀具來完成工件加工。為此，機械手臂需要沿刀具庫的軸做直線運動，拿取新刀具，然后返回到原來的位置。

圖2　越來越多的機器設(shè)備中集成了機器人組件，它們在整體自動化解決方案中發(fā)揮著不可或缺的作用

緊湊的軸同步不僅對于提高機器精度必不可少，而且還可以增加整個系統(tǒng)的速度。在這里，常見的做法是使用專有解決方案，但需要在機器人和其它軸之間就需要使用兩個獨立的控制系統(tǒng)。“通過這種方法為整線建立統(tǒng)一通信幾乎是不可能的。”Sch?negger解釋道，“直到現(xiàn)在，用戶都無法擺脫系統(tǒng)性能受阻，調(diào)試和維護昂貴且耗時的局面。”

3　在大型網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸

POWERLINK可以為大型網(wǎng)絡(luò)提供快速響應(yīng)時間。作為一個實時通信標(biāo)準(zhǔn)，它將數(shù)據(jù)以報文形式發(fā)出，并無延遲地直接送達接收者。它的交叉通信能力還可以使智能現(xiàn)場設(shè)備無需通過網(wǎng)絡(luò)主站，直接實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，例如使機器人在它們以及與其它機器軸之間直接共享數(shù)據(jù)。這是POWERLINK技術(shù)所提供的一個明顯優(yōu)勢。

憑借多路復(fù)用技術(shù)，數(shù)據(jù)可以根據(jù)需求實現(xiàn)準(zhǔn)確傳輸。這使得實時節(jié)點在每一個網(wǎng)絡(luò)周期中都能得到處理，而在第n個周期里發(fā)送非實時節(jié)點數(shù)據(jù)。例如，Brückner公司的雙向拉伸薄膜生產(chǎn)線要求其728個軸實現(xiàn)絕對同步，并在400μs內(nèi)完成所有數(shù)據(jù)刷新。與此同時，非實時的溫度控制對產(chǎn)品質(zhì)量也起到了重要的作用。

POWERLINK還為用戶提供了完全的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計自由——支持星型、總線型和環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)或其任意組合。開放的協(xié)議使安全網(wǎng)絡(luò)能夠在不使用任何專用硬件的情況下實現(xiàn)總線冗余和主站冗余，從而確保操作不會受到網(wǎng)絡(luò)連接問題的影響。這讓機械制造商在概念設(shè)計階段就擁有自主權(quán)，他們可以根據(jù)需求將機器人系統(tǒng)集成在任何地方，并確保它們高度可用。

圖3　憑借POWERLINK，機器人正在成為自動化系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，與此同時，openSAFETY帶來了智能全系統(tǒng)安全功能的種種優(yōu)點。貝加萊已經(jīng)提供這種類型的解決方案

4　自由選擇硬件生產(chǎn)商

今天的解決方案需要使用能夠提供高速數(shù)據(jù)傳輸和開放性的實時以太網(wǎng)協(xié)議。這也是為什么越來越多機器人用戶選擇POWERLINK的原因。該協(xié)議基于軟件，它的開源協(xié)議棧可以從www. sourceforge.net上免費獲取，這有助于公司避免依賴專用硬件制造商。POWERLINK還符合IEEE 802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，并具有硬實時能力。

通信協(xié)議的另一個關(guān)鍵要求是所有軸可靠同步。“雖然一些工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)擁有必要的帶寬，但是一旦有時你需要添加軸時，傳輸速率就會急劇下降。”Sch?negger說道。

5　生產(chǎn)線全系統(tǒng)安全

如果你想要靈活地移除安全門以使機器人出現(xiàn)在生產(chǎn)線上最能發(fā)揮它效用的地方，那么你將需要用到一個合適的智能安全方案。如果你的生產(chǎn)車間內(nèi)集成了來自多個廠家的機器設(shè)備，那么你還將需要一個能夠完成整線通信的安全協(xié)議。“這是確保生產(chǎn)線上的每一臺機器都能對安全相關(guān)的事件做出正確響應(yīng)的唯一方式。”Sch?negger說道。

openSAFETY是唯一能夠讓你在任意類型的總線或網(wǎng)絡(luò)上傳輸安全數(shù)據(jù)的安全協(xié)議。使用openSAFETY技術(shù)擁有眾多優(yōu)勢。例如，更快的響應(yīng)時間有利于減少安全間隙并縮小機器占地面積。由于采用自動參數(shù)設(shè)置和配置能力，因此系統(tǒng)運營商也能從更快地調(diào)試和換型中獲益。“這提高了系統(tǒng)可用性和整體生產(chǎn)力水平。”Sch?negger說道。

openSAFETY可以確保極短的響應(yīng)時間，并使運動控制系統(tǒng)能夠提供比簡單的全面停車更智能的響應(yīng)。這涉及到使用專用安全機器人功能，如工具中心點安全限速（SLS@TCP）。