如何與機器人交談

貝加萊工業自動化（上海）有限公司

如何與機器人交談

貝加萊工業自動化（上海）有限公司

1　前言

工業機器人在現代化生產線中的應用越來越普遍。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。選擇何種通信協議在其中起到了關鍵作用。POWERLINK和openSAFETY可以作為機器人應用中的骨干網絡。POWERLINK積極應對機器人集成挑戰 —— 即使在大型網絡中也能確保硬實時能力。將openSAFETY作為安全協議的應用滿足Cat. 4 / SIL 3 / PL e安全標準，使機器人能夠對危險情況做出智能響應。

圖1　POWERLINK和openSAFETY可以作為機器人應用中的骨干網絡

機器人正在承擔起越來越多對于人類而言十分繁重或危險的工作任務，如舉起重物或將工件送入銑床。涉及機器人的方案必須遵循三個主要要求：

（1）精確響應的運動控制；

（2）強大的控制器；

（3）高速的內部通信。

在過去，滿足這些要求通常需要使用專有系統或專用硬件。今天，開放的技術和標準組件正在穩步推進，這是確保機器設備投資安全的唯一方式。

2　控制復雜的機器人系統

與此同時，如果機器的自動化系統中包含機器人，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　越來越多的機器設備中集成了機器人組件，它們在整體自動化解決方案中發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。“通過這種方法為整線建立統一通信幾乎是不可能的。”Sch?negger解釋道，“直到現在，用戶都無法擺脫系統性能受阻，調試和維護昂貴且耗時的局面。”

3　在大型網絡中實現高速數據傳輸

POWERLINK可以為大型網絡提供快速響應時間。作為一個實時通信標準，它將數據以報文形式發出，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場設備無需通過網絡主站，直接實現數據交換，例如使機器人在它們以及與其它機器軸之間直接共享數據。這是POWERLINK技術所提供的一個明顯優勢。

憑借多路復用技術，數據可以根據需求實現準確傳輸。這使得實時節點在每一個網絡周期中都能得到處理，而在第n個周期里發送非實時節點數據。例如，Brückner公司的雙向拉伸薄膜生產線要求其728個軸實現絕對同步，并在400μs內完成所有數據刷新。與此同時，非實時的溫度控制對產品質量也起到了重要的作用。

POWERLINK還為用戶提供了完全的網絡設計自由——支持星型、總線型和環型拓撲結構或其任意組合。開放的協議使安全網絡能夠在不使用任何專用硬件的情況下實現總線冗余和主站冗余，從而確保操作不會受到網絡連接問題的影響。這讓機械制造商在概念設計階段就擁有自主權，他們可以根據需求將機器人系統集成在任何地方，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中不可或缺的組成部分，與此同時，openSAFETY帶來了智能全系統安全功能的種種優點。貝加萊已經提供這種類型的解決方案

4　自由選擇硬件生產商

今天的解決方案需要使用能夠提供高速數據傳輸和開放性的實時以太網協議。這也是為什么越來越多機器人用戶選擇POWERLINK的原因。該協議基于軟件，它的開源協議棧可以從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以太網標準，并具有硬實時能力。

通信協議的另一個關鍵要求是所有軸可靠同步。“雖然一些工業以太網系統擁有必要的帶寬，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　生產線全系統安全

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

openSAFETY是唯一能夠讓你在任意類型的總線或網絡上傳輸安全數據的安全協議。使用openSAFETY技術擁有眾多優勢。例如，更快的響應時間有利于減少安全間隙并縮小機器占地面積。由于采用自動參數設置和配置能力，因此系統運營商也能從更快地調試和換型中獲益。“這提高了系統可用性和整體生產力水平。”Sch?negger說道。

openSAFETY可以確保極短的響應時間，并使運動控制系統能夠提供比簡單的全面停車更智能的響應。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）。