機(jī)器人應(yīng)用的速度和分離監(jiān)控

當(dāng)人們想到協(xié)作機(jī)器人時(shí)，他們通常會(huì)想到UR5，Kuka LRB系列，F(xiàn)anuc CR-35iA，ABB YuMi等。協(xié)作機(jī)器人作為工業(yè)機(jī)器人的一種形式與服務(wù)機(jī)器人的不同之處在于，它們是為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的，用于建造東西，而不是幫助人們的日常生活，但在這兩種情況下，它們都是為與人類互動(dòng)而設(shè)計(jì)的。

通常，當(dāng)人們想到協(xié)作機(jī)器人時(shí)，他們會(huì)想到實(shí)現(xiàn)功率和力限制（PFL）的機(jī)器人，我希望在本系列的下一篇博客中對(duì)此進(jìn)行描述。然而，今天我將重點(diǎn)介紹工業(yè)機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 5-10：4的子條款10218.1.2011中定義的速度和分離監(jiān)控（SSM）。

使用SSM，可以監(jiān)控機(jī)器人周圍的區(qū)域，如果有人接近機(jī)器人，它最初會(huì)減速并最終停止。目標(biāo)是確保機(jī)器人在與人類或部分人類接觸之前停止。與PFL相比，SSM的優(yōu)勢(shì)在于機(jī)器人應(yīng)該能夠運(yùn)行得更快，從而提高生產(chǎn)率。PFL速度必須很慢，以便在發(fā)生碰撞時(shí)保持較低的力。使用SSM，機(jī)器人不需要立即阻止某人進(jìn)入某個(gè)區(qū)域，而是可以監(jiān)視該人，他們的行進(jìn)方向，并改變其姿勢(shì)以遠(yuǎn)離他們，或者在他們靠近時(shí)逐漸減速。最終，機(jī)器人/協(xié)作機(jī)器人可能必須像使用PFL一樣慢地運(yùn)行，以便這兩種模式實(shí)際上是互補(bǔ)的。放慢速度通常比停止更有效（我總是會(huì)說，但我相信有人會(huì)想出一個(gè)角落案例來證明我是錯(cuò)的）。然后，當(dāng)人離開時(shí)，機(jī)器人可以再次開始更快地移動(dòng)。永遠(yuǎn)記住，工廠車間的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)盡可能高的生產(chǎn)率，從而需要保持安全。

，在距離綠線一定距離處，機(jī)器人可以全速運(yùn)行，然后在人到達(dá)紅線之前完全停止。在兩者之間，機(jī)器人開始減速?？赡軙?huì)在橙色線上發(fā)出警告，但輸出信號(hào)切換設(shè)備 （OSSD） 在紅線處處于活動(dòng)狀態(tài)，機(jī)器人應(yīng)停止或進(jìn)入 PFL 模式。

線之間距離背后的數(shù)學(xué)如下所示。它考慮了機(jī)器人停止需要多長時(shí)間、機(jī)器人移動(dòng)的速度、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量、機(jī)器人手臂的長度等。通常，假設(shè)在工廠車間不允許跑步，并且假設(shè)最大步行速度為 1.6 米/秒。

圖 3 – 基于 ISO TS 15066 的保護(hù)性間隔距離計(jì)算

ISO TS 15066的下圖顯示了上述的實(shí)際影響。雖然ISO TS 15066目前是ISO 10218的配套技術(shù)規(guī)范，但I(xiàn)SO 3的修訂版10218將于2022年底發(fā)布，ISO TS 15066的內(nèi)容將在ISO 10218標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

圖4 – ISO TS 15066：2016圖3

ISO 13855 中也給出了進(jìn)一步的指導(dǎo)。

ISO 10218-2要求用于實(shí)施SSM的傳感器（ESPE和AOPD）應(yīng)符合IEC 61496系列的相關(guān)部分。在本系列的后續(xù)博客中，我將討論IEC 61496系列，但現(xiàn)在您只需要知道IEC 61496-2涵蓋光幕，IEC 61496-3涵蓋激光掃描儀和3D TOF。

顯然，使用激光掃描儀、光幕和 3D ToF 傳感器并不適合所有應(yīng)用。例如，如果可以從機(jī)器人單元中彈出某些東西，那么某種物理防護(hù)或圍欄可能會(huì)更好。

如果您使用的是電敏防護(hù)設(shè)備（ESPE），那么與激光掃描儀相比，3D ToF可能具有優(yōu)勢(shì)。例如，激光掃描儀僅在單個(gè)平面上運(yùn)行。通常，使用激光掃描儀時(shí)，被監(jiān)控的平面接近地面，因此激光掃描儀無法檢測(cè)到伸出的手，但可以檢測(cè)到地板上的尸體。但是，3D ToF相機(jī)可以進(jìn)行三維監(jiān)控，這意味著您不必為伸出的手留出額外的0.85米。然而，通常情況下，激光掃描儀的范圍和FOV（視場(chǎng)）更大（閃光燈與點(diǎn)照明）。為相機(jī)設(shè)置270度FOV很困難，但對(duì)于激光掃描儀來說很常見。但是，由于激光掃描儀內(nèi)的移動(dòng)部件，增加的視場(chǎng)會(huì)帶來可靠性問題?；跀z像頭的系統(tǒng)沒有移動(dòng)部件。對(duì)于mobots，3D監(jiān)控可用于檢測(cè)激光掃描儀可能遺漏的懸垂物體，并且來自3D監(jiān)控的數(shù)據(jù)也可用于物體分類，以便機(jī)器人在其他機(jī)器人面前可以表現(xiàn)得不同而不是人。通過相機(jī)生成的豐富數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)象分類。為了安全起見，相機(jī)和激光掃描儀系統(tǒng)也可用于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航等非安全功能。

無論涉及何種技術(shù)（掃描儀或相機(jī)），典型要求都是符合 ISO 13849 的 PL d、符合 IEC 2/IEC 62061 的 SIL 61508 和符合 IEC 3 的 61496 類。大多數(shù)解決方案都針對(duì)所有這些指定。

審核編輯：郭婷