貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（上海）有限公司

如何與機(jī)器人交談

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1　前言

工業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)代化生產(chǎn)線中的應(yīng)用越來(lái)越普遍。在初始安裝和正常運(yùn)行過(guò)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(jī)器人應(yīng)用中的骨干網(wǎng)絡(luò)。POWERLINK積極應(yīng)對(duì)機(jī)器人集成挑戰(zhàn) —— 即使在大型網(wǎng)絡(luò)中也能確保硬實(shí)時(shí)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(jī)器人能夠?qū)ξｋU(xiǎn)情況做出智能響應(yīng)。

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

機(jī)器人正在承擔(dān)起越來(lái)越多對(duì)于人類而言十分繁重或危險(xiǎn)的工作任務(wù)，如舉起重物或?qū)⒐ぜ腿脬姶?。涉及機(jī)器人的方案必須遵循三個(gè)主要要求：

（1）精確響應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制；

（2）強(qiáng)大的控制器；

（3）高速的內(nèi)部通信。

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

2　控制復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)

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

圖2　越來(lái)越多的機(jī)器設(shè)備中集成了機(jī)器人組件，它們?cè)谡w自動(dòng)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(duì)于提高機(jī)器精度必不可少，而且還可以增加整個(gè)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(jī)器人和其它軸之間就需要使用兩個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)?！巴ㄟ^(guò)這種方法為整線建立統(tǒng)一通信幾乎是不可能的?！盨ch?negger解釋道，“直到現(xiàn)在，用戶都無(wú)法擺脫系統(tǒng)性能受阻，調(diào)試和維護(hù)昂貴且耗時(shí)的局面。”

3　在大型網(wǎng)絡(luò)中實(shí)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(shí)間。作為一個(gè)實(shí)時(shí)通信標(biāo)準(zhǔn)，它將數(shù)據(jù)以報(bào)文形式發(fā)出，并無(wú)延遲地直接送達(dá)接收者。它的交叉通信能力還可以使智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無(wú)需通過(guò)網(wǎng)絡(luò)主站，直接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，例如使機(jī)器人在它們以及與其它機(jī)器軸之間直接共享數(shù)據(jù)。這是POWERLINK技術(shù)所提供的一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)。

憑借多路復(fù)用技術(shù)，數(shù)據(jù)可以根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確傳輸。這使得實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)在每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)周期中都能得到處理，而在第n個(gè)周期里發(fā)送非實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)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(gè)軸實(shí)現(xiàn)絕對(duì)同步，并在400μs內(nèi)完成所有數(shù)據(jù)刷新。與此同時(shí)，非實(shí)時(shí)的溫度控制對(duì)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(jì)自由——支持星型、總線型和環(huán)型拓?fù)浣Y(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(shí)現(xiàn)總線冗余和主站冗余，從而確保操作不會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)連接問(wèn)題的影響。這讓機(jī)械制造商在概念設(shè)計(jì)階段就擁有自主權(quán)，他們可以根據(jù)需求將機(jī)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(jī)器人正在成為自動(dòng)化系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，與此同時(shí)，openSAFETY帶來(lái)了智能全系統(tǒng)安全功能的種種優(yōu)點(diǎn)。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(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議。這也是為什么越來(lái)越多機(jī)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?？梢詮膚ww. sourceforge.net上免費(fèi)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(shí)時(shí)能力。

通信協(xié)議的另一個(gè)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(shí)你需要添加軸時(shí)，傳輸速率就會(huì)急劇下降?！盨ch?negger說(shuō)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(jī)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(gè)合適的智能安全方案。如果你的生產(chǎn)車間內(nèi)集成了來(lái)自多個(gè)廠家的機(jī)器設(shè)備，那么你還將需要一個(gè)能夠完成整線通信的安全協(xié)議?！斑@是確保生產(chǎn)線上的每一臺(tái)機(jī)器都能對(duì)安全相關(guān)的事件做出正確響應(yīng)的唯一方式。”Sch?negger說(shuō)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(shì)。例如，更快的響應(yīng)時(shí)間有利于減少安全間隙并縮小機(jī)器占地面積。由于采用自動(dòng)參數(shù)設(shè)置和配置能力，因此系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商也能從更快地調(diào)試和換型中獲益?！斑@提高了系統(tǒng)可用性和整體生產(chǎn)力水平?！盨ch?negger說(shuō)道。

openSAFETY可以確保極短的響應(yīng)時(shí)間，并使運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠提供比簡(jiǎn)單的全面停車更智能的響應(yīng)。這涉及到使用專用安全機(jī)器人功能，如工具中心點(diǎn)安全限速（SLS@TCP）。