如何与机器人交谈

贝加莱工业自动化（上海）有限公司

如何与机器人交谈

贝加莱工业自动化（上海）有限公司

1　前言

工业机器人在现代化生产线中的应用越来越普遍。在初始安装和正常运行过程中，它们需要与操作人员一起安全工作。选择何种通信协议在其中起到了关键作用。POWERLINK和openSAFETY可以作为机器人应用中的骨干网络。POWERLINK积极应对机器人集成挑战 —— 即使在大型网络中也能确保硬实时能力。将openSAFETY作为安全协议的应用满足Cat. 4 / SIL 3 / PL e安全标准，使机器人能够对危险情况做出智能响应。

图1　POWERLINK和openSAFETY可以作为机器人应用中的骨干网络

机器人正在承担起越来越多对于人类而言十分繁重或危险的工作任务，如举起重物或将工件送入铣床。涉及机器人的方案必须遵循三个主要要求：

（1）精确响应的运动控制；

（2）强大的控制器；

（3）高速的内部通信。

在过去，满足这些要求通常需要使用专有系统或专用硬件。今天，开放的技术和标准组件正在稳步推进，这是确保机器设备投资安全的唯一方式。

2　控制复杂的机器人系统

与此同时，如果机器的自动化系统中包含机器人，那么它通常还拥有其它必须与机器人运动同步的轴。例如机械手臂需要使用不同的刀具来完成工件加工。为此，机械手臂需要沿刀具库的轴做直线运动，拿取新刀具，然后返回到原来的位置。

图2　越来越多的机器设备中集成了机器人组件，它们在整体自动化解决方案中发挥着不可或缺的作用

紧凑的轴同步不仅对于提高机器精度必不可少，而且还可以增加整个系统的速度。在这里，常见的做法是使用专有解决方案，但需要在机器人和其它轴之间就需要使用两个独立的控制系统。“通过这种方法为整线建立统一通信几乎是不可能的。”Schönegger解释道，“直到现在，用户都无法摆脱系统性能受阻，调试和维护昂贵且耗时的局面。”

3　在大型网络中实现高速数据传输

POWERLINK可以为大型网络提供快速响应时间。作为一个实时通信标准，它将数据以报文形式发出，并无延迟地直接送达接收者。它的交叉通信能力还可以使智能现场设备无需通过网络主站，直接实现数据交换，例如使机器人在它们以及与其它机器轴之间直接共享数据。这是POWERLINK技术所提供的一个明显优势。

凭借多路复用技术，数据可以根据需求实现准确传输。这使得实时节点在每一个网络周期中都能得到处理，而在第n个周期里发送非实时节点数据。例如，Brückner公司的双向拉伸薄膜生产线要求其728个轴实现绝对同步，并在400µs内完成所有数据刷新。与此同时，非实时的温度控制对产品质量也起到了重要的作用。

POWERLINK还为用户提供了完全的网络设计自由——支持星型、总线型和环型拓扑结构或其任意组合。开放的协议使安全网络能够在不使用任何专用硬件的情况下实现总线冗余和主站冗余，从而确保操作不会受到网络连接问题的影响。这让机械制造商在概念设计阶段就拥有自主权，他们可以根据需求将机器人系统集成在任何地方，并确保它们高度可用。

图3　凭借POWERLINK，机器人正在成为自动化系统中不可或缺的组成部分，与此同时，openSAFETY带来了智能全系统安全功能的种种优点。贝加莱已经提供这种类型的解决方案

4　自由选择硬件生产商

今天的解决方案需要使用能够提供高速数据传输和开放性的实时以太网协议。这也是为什么越来越多机器人用户选择POWERLINK的原因。该协议基于软件，它的开源协议栈可以从www. sourceforge.net上免费获取，这有助于公司避免依赖专用硬件制造商。POWERLINK还符合IEEE 802.3以太网标准，并具有硬实时能力。

通信协议的另一个关键要求是所有轴可靠同步。“虽然一些工业以太网系统拥有必要的带宽，但是一旦有时你需要添加轴时，传输速率就会急剧下降。”Schönegger说道。

5　生产线全系统安全

如果你想要灵活地移除安全门以使机器人出现在生产线上最能发挥它效用的地方，那么你将需要用到一个合适的智能安全方案。如果你的生产车间内集成了来自多个厂家的机器设备，那么你还将需要一个能够完成整线通信的安全协议。“这是确保生产线上的每一台机器都能对安全相关的事件做出正确响应的唯一方式。”Schönegger说道。

openSAFETY是唯一能够让你在任意类型的总线或网络上传输安全数据的安全协议。使用openSAFETY技术拥有众多优势。例如，更快的响应时间有利于减少安全间隙并缩小机器占地面积。由于采用自动参数设置和配置能力，因此系统运营商也能从更快地调试和换型中获益。“这提高了系统可用性和整体生产力水平。”Schönegger说道。

openSAFETY可以确保极短的响应时间，并使运动控制系统能够提供比简单的全面停车更智能的响应。这涉及到使用专用安全机器人功能，如工具中心点安全限速（SLS@TCP）。