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新型移動(dòng)機(jī)器人：該控制AGV還是機(jī)械臂？
新型移動(dòng)機(jī)器人：該控制AGV還是機(jī)械臂？
移動(dòng)機(jī)器人正在進(jìn)入以前由人類及車輛占據(jù)的新領(lǐng)域，從倉(cāng)庫(kù)和配送中心，到工廠車間，再到現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)室和辦公區(qū)域，我們會(huì)看到越來(lái)越多這種自由行走的機(jī)器人。它們不僅是移動(dòng)的“騾子”，這些機(jī)器人具有車載智能和實(shí)時(shí)自適應(yīng)能力，拓寬了他們的應(yīng)用領(lǐng)域。
轉(zhuǎn)眼之間，我們發(fā)布報(bào)告《移動(dòng)機(jī)器人和內(nèi)部物流始終存在供應(yīng)鏈中》已經(jīng)過(guò)去一年，市場(chǎng)上也有了更多的選擇、組合以及應(yīng)用。巨大的改變對(duì)安全標(biāo)準(zhǔn)的制定帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。許多移動(dòng)平臺(tái)已經(jīng)在世界各地使用或試用。
在焊接供應(yīng)商HIROTEC AMERICA的雙臂移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用中，Otto 1500自導(dǎo)移動(dòng)平臺(tái)與安川雙臂機(jī)器人相結(jié)合，可以完成將零部件浸入黑色氧化物中進(jìn)行腐蝕保護(hù)的單調(diào)任務(wù)。Robotiq讓你看到巧妙地處理自適應(yīng)夾具將零部件都放進(jìn)黑色氧化物中。
這個(gè)敏捷的機(jī)器人周圍沒(méi)有安全圍欄。這是因?yàn)镺TTO使用安全等級(jí)的激光雷達(dá)傳感器探測(cè)和導(dǎo)航路徑內(nèi)的障礙物。據(jù)了解，OTTO 1500有兩個(gè)安全等級(jí)的激光雷達(dá)傳感器，分別位于平臺(tái)的前面和后面，它配備了四個(gè)緊急停止（E-stop）按鈕，用于手動(dòng)緊急停止。這個(gè)移動(dòng)機(jī)械手幫助HIROTEC更接近于24/7全天候運(yùn)行的關(guān)燈制造目標(biāo)。
自主自動(dòng)導(dǎo)航車
消費(fèi)品巨頭寶潔公司也將移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)和不同應(yīng)用領(lǐng)域。
寶潔公司位于俄亥俄州辛辛那提的機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新總監(jiān)Mark Lewandowski說(shuō)：“因?yàn)閷殱嵐臼莻�(gè)多元化的公司，所以我們有許多不同類型的移動(dòng)平臺(tái)。從大型移動(dòng)平臺(tái)到高架移動(dòng)平臺(tái)，一直到小型移動(dòng)平臺(tái)，可以在有更多人的辦公室或?qū)嶒?yàn)室環(huán)境中使用。我們需要不同尺寸、形狀的平臺(tái)應(yīng)用在制造、倉(cāng)儲(chǔ)和分銷等各種場(chǎng)合�！�
Lewandowski指出，這些都是自動(dòng)導(dǎo)航車輛，這意味著他們會(huì)根據(jù)環(huán)境預(yù)先學(xué)習(xí)地圖自主地導(dǎo)航，以確定從A點(diǎn)到B點(diǎn)的路線。利用各種傳感器和軟件，他們可以通過(guò)實(shí)時(shí)智能導(dǎo)航避開意想不到的障礙物。
這類移動(dòng)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)地圖映射和路徑規(guī)劃，并且易于部署。而傳統(tǒng)的AGV通常需要現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施或設(shè)施修改，例如嵌入在地面上的磁條或?qū)Ш叫艠?biāo)，以引導(dǎo)車輛在指定的路徑上行走。
不再是爺爺時(shí)代的AGV
寶潔公司正在使用或測(cè)試三大類工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人：具有高負(fù)載能力的大型移動(dòng)平臺(tái)，較小的自動(dòng)導(dǎo)航車輛和移動(dòng)機(jī)械手（移動(dòng)機(jī)器人與機(jī)械臂組合）。
Lewandowski表示，“現(xiàn)在最活躍（移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用）現(xiàn)在在自主移動(dòng)平臺(tái)的領(lǐng)域。這些是大型平臺(tái)工作在托盤或大負(fù)載周圍。移動(dòng)平臺(tái)在我們的倉(cāng)庫(kù)和配送中心，那里沒(méi)有大量的人力和車輛。” 他說(shuō)，他們使用的小型自主車輛主要用來(lái)移動(dòng)投放物料、半成品或者成品，它們可以在擁擠的環(huán)境中更靈活地移動(dòng)。
Lewandowski解釋道，“我們現(xiàn)在試運(yùn)行的一個(gè)應(yīng)用是將質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)室樣品送到他們進(jìn)行測(cè)試的實(shí)驗(yàn)室。要將這些小型車輛引入到有許多人和變化的環(huán)境中，就需要它們能適應(yīng)高度動(dòng)態(tài)的環(huán)境�！�
寶潔公司已經(jīng)在使用或開發(fā)移動(dòng)機(jī)器人的試點(diǎn)應(yīng)用，例如Clearpath的OTTO，Aethon的TUG和歐姆龍的自主智能車輛，以及來(lái)自諸如Fetch Robotics，Mobile Industrial Robots（MiR），Canvas Technology和Milvus Robotics等的自主移動(dòng)平臺(tái)。
Lewandowski表示，“安全是至關(guān)重要的。它們中的大部分移動(dòng)系統(tǒng)都是基于相同的技術(shù)（LIDAR），所以從安全的角度來(lái)看，門檻是確保有一個(gè)足夠安全的系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)物體和人員并作出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)�！�
他補(bǔ)充道，“其中一些初創(chuàng)公司開始使用具有更多空間意識(shí)的視覺類型技術(shù)。重要的是不僅要知道平臺(tái)所處的位置，還要知道它在環(huán)境中的導(dǎo)航位置。有門還是懸掛物，是桌子還是傳送機(jī)？ 它需要能夠看到那些情形并做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，以避免撞上這些障礙物�！�
跟傳統(tǒng)的AGV固定平臺(tái)甚至是固定路線的AGV不同的是，自主移動(dòng)機(jī)器人是自由移動(dòng)的，安全是一個(gè)重要問(wèn)題。
工程安全標(biāo)準(zhǔn)
機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)（RIA）美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）一起制定了工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人的安全標(biāo)準(zhǔn)。RIA組織R15.08委員會(huì)編寫了“工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人安全”的標(biāo)準(zhǔn)文件。
工作已經(jīng)開始，標(biāo)準(zhǔn)的前兩部分涉及機(jī)器人制造商和集成商的安全準(zhǔn)則，預(yù)計(jì)將在2017年底前起草。然后，文件必須經(jīng)過(guò)一系列審查程序和任何修訂。標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃在2019年初出版。
也許你會(huì)問(wèn)為什么還那么遙遠(yuǎn)？實(shí)際上，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程正在加快步伐。
“2007以來(lái)，我一直參與安全標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程。對(duì)我來(lái)說(shuō)，這個(gè)計(jì)劃已經(jīng)快如閃電，” 機(jī)器人專家、R15.08委員會(huì)主席Michael Gerstenberger說(shuō)，“有幾家公司在這個(gè)領(lǐng)域推出了產(chǎn)品。RIA希望得到的解決方案，并確保我們通過(guò)制定安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)為會(huì)員提供服務(wù)�！�
Gerstenberger與該委員會(huì)面臨一個(gè)有趣的挑戰(zhàn)。R15.08的任務(wù)是將移動(dòng)平臺(tái)社區(qū)和工業(yè)機(jī)器人社區(qū)這兩個(gè)世界結(jié)合在一起，而他們都有自己的安全標(biāo)準(zhǔn)。
在移動(dòng)平臺(tái)方面，現(xiàn)有最接近的標(biāo)準(zhǔn)有ANSI / ITSDF B56.5-2012無(wú)人駕駛自動(dòng)引導(dǎo)工業(yè)車輛安全標(biāo)準(zhǔn)和載人工業(yè)車輛自動(dòng)化功能。
在工業(yè)機(jī)器人方面，標(biāo)準(zhǔn)由ANSI / RIA R15.06-2012工業(yè)機(jī)器人和機(jī)器人系統(tǒng)-安全要求。
“然而，許多新的移動(dòng)機(jī)器人比傳統(tǒng)的AGV具有更大的自主權(quán)，使他們能夠在更加動(dòng)態(tài)的環(huán)境中安全地運(yùn)行，實(shí)時(shí)路徑重新規(guī)劃至關(guān)重要，”RIA標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)總監(jiān)Carole Franklin說(shuō)，“這不是目前AGV標(biāo)準(zhǔn)（B56.5）中的一個(gè)領(lǐng)域�！�
她繼續(xù)解釋說(shuō)，雖然工業(yè)機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)（R15.06）允許移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)在工業(yè)環(huán)境中存在的可能性，但其大部分指導(dǎo)思想都是針對(duì)固定安裝的機(jī)器人。
委員會(huì)成員必須共同制定新的ANSI / RIA R15.08標(biāo)準(zhǔn)，以彌補(bǔ)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)B56.5和R15.06之間的差距，并為移動(dòng)機(jī)器人的獨(dú)特安全考慮提供指導(dǎo)。 最后，他們可能決定將新制定的準(zhǔn)則取代現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，但仍有待觀察。
Gerstenberger說(shuō)，“我一直在努力做的最重要的事情之一是確保委員會(huì)的所有聲音都被聽到。我想確保每個(gè)人都可以表達(dá)自己的意見。 我們?cè)谖瘑T會(huì)中有很好的代表性�！�
75+委員會(huì)成為代表了大多數(shù)傳統(tǒng)機(jī)器人制造商，包括移動(dòng)機(jī)器人供應(yīng)商和初創(chuàng)企業(yè)，協(xié)作機(jī)器人供應(yīng)商，傳統(tǒng)AGV制造商，機(jī)器人集成商，安全系統(tǒng)供應(yīng)商和集成商，來(lái)自汽車、電子、消費(fèi)品和物流行業(yè)的重要終端用戶。
還有代表性的是重要的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和安全組織，如北美的德國(guó)萊茵T?V，美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家職業(yè)安全健康研究所（NIOSH）和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）。
現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的不足
NIST開發(fā)測(cè)試方法和指標(biāo)來(lái)評(píng)估新技術(shù)的性能。有時(shí)候，NIST會(huì)引導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，就像在這種情況下與R15.08一樣。幾年來(lái)，NIST在其實(shí)驗(yàn)室中對(duì)傳統(tǒng)的AGV，移動(dòng)機(jī)器人和協(xié)同機(jī)器人以及這些機(jī)器的混合集成進(jìn)行了研究。
NIST的計(jì)算機(jī)科學(xué)家、R15.08委員會(huì)成員Jeremy Marvel說(shuō)：“我們有興趣從不同的制造商那里獲取機(jī)器人模型，并將其整合到一個(gè)工作單元中。其中也包括移動(dòng)工業(yè)機(jī)器人，特別是機(jī)器人手臂與來(lái)自不同制造商的移動(dòng)平臺(tái)特別整合�！�
Marvel和NIST的同事Roger Bostelman也在R15.08委員會(huì)研究了現(xiàn)有的AGV和工業(yè)機(jī)器人的安全標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)他們正在對(duì)混合系統(tǒng)進(jìn)行研究。在某些情況下，他們發(fā)現(xiàn)了足夠的重疊，但在其他情況下，他們發(fā)現(xiàn)了差距甚至沖突。
Gerstenberger說(shuō)，委員會(huì)繼續(xù)使用NIST的調(diào)查結(jié)果作為確定在制定R15.08標(biāo)準(zhǔn)時(shí)遇到的差距和沖突的基礎(chǔ)。他指出了其中一個(gè)沖突。
“在R15.06標(biāo)準(zhǔn)（2012年發(fā)布）中，機(jī)器人可以固定在適當(dāng)位置或移動(dòng)，但不久之后，又指出該標(biāo)準(zhǔn)僅涵蓋移動(dòng)機(jī)器人的操縱部分。所以它并沒(méi)有指出什么時(shí)候機(jī)器人可以到處移動(dòng)，什么時(shí)候可以不再關(guān)在某個(gè)區(qū)域�！�
同時(shí)，他還填補(bǔ)了一項(xiàng)空白。
“控制器如何溝通安全信息？ 移動(dòng)平臺(tái)上的緊急停止按鈕是否也會(huì)讓機(jī)械臂緊急停止？另一方面， 如果機(jī)器人控制器發(fā)出緊急停止信號(hào)，移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)該停止移動(dòng)嗎？”
在起草文件時(shí)，R15.08委員會(huì)將必須這些問(wèn)題以及其他許多相關(guān)問(wèn)題處理好。
Marvel說(shuō)，“這是R15.08的基礎(chǔ)，我們希望能夠解決這些差距和沖突，并為提供安全評(píng)估的解決方案提供指導(dǎo)和要求�！�
他提到了關(guān)于示教器的一個(gè)例子，“如果你正在考慮將移動(dòng)平臺(tái)和工業(yè)機(jī)械臂集成到一起，而它們都有自己的示教器，你如何糾正和補(bǔ)救控制問(wèn)題，讓你自己一個(gè)控制點(diǎn)？我們指定一種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)嗎？我們是否指定移動(dòng)平臺(tái)必須放棄對(duì)工業(yè)機(jī)器人的控制，反之亦然？或者我們通常指定一個(gè)控制點(diǎn)，然后讓集成商或制造商想出如何做？”
Marvel表示，目前委員們傾向于后一種方法，這意味著在平臺(tái)上增加一個(gè)機(jī)械臂時(shí)，由制造商確定單一控制點(diǎn)。當(dāng)需要把兩者集成在一起時(shí)，則有集成商決定。
Marvel說(shuō)，“將兩家不同制造商的系統(tǒng)集成到一起時(shí)，是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。在大多數(shù)情況下，它們都是封閉的系統(tǒng)（擁有專利技術(shù)），不會(huì)開放給別人的軟件進(jìn)行控制�！�
Marvel說(shuō)這很不容易，但使用ROS操作系統(tǒng)這樣的常用開放語(yǔ)音會(huì)容易些。
“我們花了幾個(gè)月時(shí)間來(lái)完成與封閉AGV系統(tǒng)的第一次集成，但我們?nèi)匀徊淮_定我們做的是否正確。距離我們今年夏天剛剛集成的開放平臺(tái)還不滿三周�！�
NIST采用傳統(tǒng)的叉車AGV，并在移動(dòng)平臺(tái)的頂部安裝了Universal Robots UR10協(xié)同機(jī)器人臂，使其成為混合動(dòng)力車。
Marvel解釋道，“混合動(dòng)力車不使用導(dǎo)線，磁鐵或線路引導(dǎo)（像傳統(tǒng)的AGV），相反，它使用基于激光的三角測(cè)量系統(tǒng)來(lái)確定其在開放環(huán)境中的位置，從而允許控制軟件告訴它在哪里去動(dòng)態(tài)生成路徑。一旦被告知要去哪里，它不會(huì)偏離那條路。我們正在與AGV平臺(tái)的制造商以及控制軟件合作，使其更加靈活，更具適應(yīng)性，因此可以以安全的方式應(yīng)對(duì)任何潛在的碰撞或安全隱患�！�
他們還有一個(gè)與ROS兼容的Omron移動(dòng)平臺(tái)。他們正在對(duì)比封閉系統(tǒng)與開放系統(tǒng)。
“整合安全信號(hào)真的很難，跟控制是一樣的。機(jī)器人控制器要負(fù)責(zé)所有的事情。因此，當(dāng)你試圖集成兩個(gè)智能系統(tǒng)時(shí)，就需要談判。試圖與兩個(gè)不想談判的系統(tǒng)進(jìn)行談判是很棘手的。你最終會(huì)看到左手右手的情況，機(jī)器人手臂和移動(dòng)機(jī)器人都在做自己的事情，但是他們或多或少相互忽視。這個(gè)交叉點(diǎn)在安全性和可靠性方面感覺有點(diǎn)冒險(xiǎn)�！�
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