Dengan peningkatan kejadian orang dan robot mudah alih autonomi (AMR), juga dipanggil robot mudah alih industri (IMR), bekerja di kawasan yang sama, pelbagai risiko keselamatan yang wujud mesti ditangani. Operasi AMR yang selamat dan cekap adalah terlalu penting untuk bergantung pada penderia tunggal teknologi.
Gabungan berbilang penderia, atau ringkasnya "gabungan penderia", menggabungkan teknologi seperti pencarian julat laser (LIDAR), kamera, penderia ultrasonik, penderia halangan laser dan pengenalan frekuensi radio (RFID) untuk menyokong pelbagai fungsi AMR, termasuk navigasi, laluan perancangan, pengelakan perlanggaran, pengurusan inventori dan sokongan logistik. Gabungan Senor juga merangkumi memberi amaran kepada orang berhampiran tentang kehadiran AMR.
Untuk menangani keperluan untuk operasi AMR yang selamat dan cekap, American National Standards Institute (ANSI) dan Association for Advancing Automation (A3), sebelum ini Persatuan Industri Robotik (RIA), sedang membangunkan siri ANSI/A3 R15.08. daripada piawaian. R15.08-1 dan R15.08-2 telah dikeluarkan, memfokuskan pada keperluan keselamatan asas dan menyepadukan AMR ke dalam tapak. R15.08-3 sedang dalam pembangunan dan akan mengembangkan keperluan keselamatan untuk AMR, termasuk pengesyoran yang lebih terperinci untuk menggunakan gabungan sensor.
Untuk menjangkakan R15.08-3, artikel ini menyemak beberapa amalan terbaik hari ini yang berkaitan dengan keselamatan dan gabungan sensor dalam AMR, bermula dengan gambaran ringkas tentang keperluan keselamatan berfungsi yang kini digunakan dengan AMR, termasuk piawaian keselamatan industri generik seperti IEC 61508, ISO 13849 dan IEC 62061, dan keperluan keselamatan untuk mengesan kehadiran manusia seperti IEC 61496 dan IEC 62998. Ia kemudiannya mempersembahkan reka bentuk AMR tipikal yang memperincikan pelbagai teknologi penderia, mempersembahkan peranti perwakilan dan melihat bagaimana ia menyokong fungsi seperti navigasi, perancangan laluan, penyetempatan, pengelakan perlanggaran dan sokongan pengurusan/logistik inventori.
Baik, lebih baik, terbaik
Pereka AMR mempunyai pelbagai piawaian keselamatan untuk dipertimbangkan, bermula dengan piawaian keselamatan berfungsi tujuan umum seperti IEC 61508, ISO 13849 dan IEC 62061. Terdapat juga piawaian keselamatan yang lebih khusus berkaitan dengan pengesanan kehadiran manusia, seperti IEC 61496, IEC 62998 , dan siri piawaian ANSI/A3 R15.08.
IEC 61496 menawarkan panduan untuk beberapa jenis penderia. Ia merujuk kepada IEC 62061, yang menentukan keperluan dan membuat pengesyoran untuk reka bentuk, penyepaduan dan pengesahan peralatan pelindung sensitif elektro (ESPE) untuk mesin, termasuk tahap integriti keselamatan (SIL), dan ISO 13849 yang meliputi keselamatan mesin dan berkaitan keselamatan. bahagian sistem kawalan termasuk tahap prestasi keselamatan (PL) (Jadual 1).
|
|||||||||||||||||||
Jadual 1: Keperluan keselamatan untuk ESPE mengikut jenis yang dinyatakan dalam IEC 61496. (Sumber jadual: Peranti Analog)
IEC 62998 adalah lebih baharu dan selalunya boleh menjadi pilihan yang lebih baik kerana ia termasuk panduan tentang melaksanakan gabungan sensor, menggunakan kecerdasan buatan (AI) dalam sistem keselamatan dan menggunakan penderia yang dipasang pada platform bergerak di luar liputan IEC 61496.
R15.08 Bahagian 3, apabila ia dikeluarkan, mungkin menjadikan siri R15.08 yang terbaik kerana ia akan menambah keperluan keselamatan untuk pengguna sistem AMR dan aplikasi AMR. Kemungkinan topik mungkin termasuk gabungan sensor dan ujian dan pengesahan kestabilan AMR yang lebih meluas.
Fungsi gabungan sensor
Pemetaan kemudahan adalah aspek penting dalam pentauliahan AMR. Tetapi ia bukan satu-satu aktiviti. Ia juga sebahagian daripada proses berterusan yang dipanggil penyetempatan dan pemetaan serentak (SLAM), kadangkala dipanggil penyetempatan dan pemetaan disegerakkan. Ia adalah proses mengemas kini peta kawasan secara berterusan untuk sebarang perubahan sambil menjejaki lokasi robot.
Gabungan sensor diperlukan untuk menyokong SLAM dan membolehkan operasi AMR yang selamat. Tidak semua penderia berfungsi dengan baik dalam semua keadaan operasi, dan teknologi penderia yang berbeza menghasilkan pelbagai jenis data. AI boleh digunakan dalam sistem gabungan penderia untuk menggabungkan maklumat tentang persekitaran operasi setempat (adakah ia berjerebu atau berasap, lembap, betapa terangnya cahaya ambien, dsb.) dan membolehkan hasil yang lebih bermakna dengan menggabungkan output teknologi penderia yang berbeza.
Elemen sensor boleh dikategorikan mengikut fungsi dan juga teknologi. Contoh fungsi gabungan sensor dalam AMR termasuk (Rajah 1):
- Penderia jarak seperti pengekod pada roda dan unit ukuran inersia menggunakan giroskop dan pecutan membantu mengukur pergerakan dan menentukan julat antara kedudukan rujukan.
- Penderia imej seperti kamera tiga dimensi (3D) dan LiDAR 3D digunakan untuk mengenal pasti dan menjejak objek berdekatan.
- Pautan komunikasi, pemproses pengiraan dan penderia logistik seperti pengimbas kod bar dan peranti pengenalan frekuensi radio (RFID) memautkan AMR kepada sistem pengurusan seluruh kemudahan dan menyepadukan maklumat daripada penderia luaran ke dalam sistem gabungan penderia AMR untuk prestasi yang lebih baik.
- Penderia jarak seperti pengimbas laser dan LiDAR dua dimensi (2D) mengesan dan menjejak objek berhampiran AMR, termasuk pergerakan orang.
LiDAR 2D, LiDAR 3D dan ultrasonik
LiDAR 2D dan 3D serta ultrasonik ialah teknologi penderia biasa yang menyokong SLAM dan keselamatan dalam AMR. Perbezaan antara teknologi tersebut membolehkan satu sensor mengimbangi kelemahan yang lain untuk meningkatkan prestasi dan kebolehpercayaan.
LiDAR 2D menggunakan satu satah pencahayaan laser untuk mengenal pasti objek berdasarkan koordinat X dan Y. LiDAR 3D menggunakan berbilang pancaran laser untuk mencipta perwakilan 3D yang sangat terperinci bagi persekitaran yang dipanggil awan titik. Kedua-dua jenis LiDAR agak kebal terhadap keadaan cahaya ambien tetapi memerlukan objek yang dikesan mempunyai ambang pemantulan minimum panjang gelombang yang dipancarkan oleh laser. Secara umum, LiDAR 3D boleh mengesan objek pemantulan rendah dengan lebih kebolehpercayaan daripada LiDAR 2D.
Penderia LiDAR 3D HPS-160D3 daripada Teknologi Seeed menyepadukan pemancar laser pemancar permukaan rongga menegak inframerah (VCSEL) berkuasa tinggi 850 nm dan CMOS fotosensitif tinggi. Pemproses berprestasi tinggi terbenam termasuk algoritma penapisan dan pampasan serta boleh menyokong berbilang operasi LiDAR serentak. Unit ini mempunyai julat sehingga 12 meter dengan ketepatan sentimeter.
Apabila penyelesaian LiDAR 2D diperlukan, pereka boleh beralih kepada TIM781S-2174104 daripada SICK. Ia mempunyai sudut apertur 270 darjah dengan resolusi sudut 0.33 darjah dan frekuensi imbasan 15 Hz. Ia mempunyai julat kerja berkaitan keselamatan 5 meter (Rajah 2).
Penderia ultrasonik boleh mengesan dengan tepat objek transmisif seperti kaca dan bahan menyerap cahaya yang tidak selalu dapat dilihat oleh LiDAR. Penderia ultrasonik juga kurang terdedah kepada gangguan daripada habuk tinggi, asap, kelembapan dan keadaan lain yang boleh mengganggu LiDAR. Walau bagaimanapun, penderia ultrasonik sensitif terhadap gangguan daripada hingar persekitaran, dan julat pengesanannya mungkin lebih terhad daripada LiDAR.
Penderia ultrasonik seperti TSPC-30S1-232 daripada Senix boleh melengkapkan LiDAR dan penderia lain untuk AMR SLAM dan keselamatan. Ia mempunyai julat optimum 3 meter, berbanding 5 meter untuk LiDAR 2D dan 12 meter untuk LiDAR 3D yang diperincikan di atas. Penderia ultrasonik pemampasan suhu ini diberi penarafan IP68 dalam kepungan keluli tahan karat yang dimeterai alam sekitar (Rajah 3).
Gabungan sensor biasanya merujuk kepada menggunakan beberapa sensor diskret. Tetapi dalam beberapa kes, berbilang penderia dibungkus bersama sebagai satu unit.
Tiga sensor dalam satu
Persepsi visual menggunakan sepasang kamera untuk menghasilkan imej stereoskopik ditambah pemprosesan imej berdasarkan AI dan ML boleh membolehkan AMR melihat latar belakang serta mengenal pasti objek berdekatan. Penderia tersedia yang termasuk kamera kedalaman stereo, kamera warna yang berasingan dan IMU dalam satu unit.
Kamera mendalam stereo seperti Kamera Kedalaman Intel RealSense D455 RealSense gunakan dua kamera yang dipisahkan oleh garis dasar yang diketahui untuk mengesan kedalaman dan mengira jarak ke objek. Satu kunci kepada ketepatan ialah menggunakan rangka kerja keluli yang kukuh yang memastikan jarak pemisahan yang tepat antara kamera, walaupun dalam persekitaran industri yang mencabar. Ketepatan algoritma persepsi kedalaman bergantung pada mengetahui jarak tepat antara kedua-dua kamera.
Contohnya, kamera kedalaman model 82635DSD455MP telah dioptimumkan untuk AMR dan platform serupa dan telah memanjangkan jarak antara kamera kepada 95 mm (Rajah 4). Itu membolehkan algoritma pengiraan kedalaman mengurangkan ralat anggaran kepada kurang daripada 2% pada 4 meter.
Kamera kedalaman D455 juga termasuk kamera warna (RGB) yang berasingan. Pengatup global untuk sehingga 90 bingkai sesaat pada kamera RGB, dipadankan dengan medan pandangan pengimejan mendalam (FOV), meningkatkan keserasian antara imej warna dan kedalaman, meningkatkan keupayaan untuk memahami persekitaran. Kamera kedalaman D455 menyepadukan IMU dengan enam darjah kebebasan yang membolehkan algoritma pengiraan kedalaman memasukkan kadar pergerakan AMR dan menghasilkan anggaran kesedaran kedalaman yang dinamik.
Pencahayaan dan bunyi jalan
Lampu berkelip dan isyarat boleh didengar untuk orang yang berdekatan dengan AMR adalah penting untuk keselamatan AMR. Lampu biasanya dalam bentuk menara cahaya atau jalur cahaya di sisi AMR. Mereka membantu robot menyampaikan tindakan yang dimaksudkannya kepada orang ramai. Mereka juga boleh menunjukkan status seperti aktiviti mengecas bateri, memuatkan atau memunggah, niat untuk membelok ke arah baharu (seperti isyarat membelok pada kereta), keadaan kecemasan dan sebagainya.
Tiada piawaian untuk warna terang, kelajuan berkelip atau penggera boleh didengar. Mereka boleh berbeza-beza antara pembuat AMR dan sering dibangunkan untuk mencerminkan aktiviti khusus dalam kemudahan tempat AMR beroperasi. Jalur cahaya tersedia dengan dan tanpa mekanisme amaran boleh didengar terbina dalam. Sebagai contoh, model TLF100PDLBGYRAQP daripada Kejuruteraan Banner termasuk elemen boleh didengar yang dimeterai dengan 14 nada dan kawalan kelantangan boleh dipilih (Rajah 5).
Sokongan logistik
AMR beroperasi sebagai sebahagian daripada operasi yang lebih besar dan selalunya diperlukan untuk menyepadukan dengan perancangan sumber perusahaan (ERP), sistem pelaksanaan pembuatan (MES), atau perisian sistem pengurusan gudang (WMS). Modul komunikasi pada AMR ditambah dengan penderia seperti kod bar dan pembaca RFID membolehkan AMR digabungkan dengan ketat ke dalam sistem perusahaan.
Apabila pembaca kod bar diperlukan, pereka bentuk boleh beralih kepada V430-F000W12M-SRP daripada Omron, yang boleh menyahkod kod bar 1D dan 2D pada label atau kod bar Tanda Bahagian Langsung (DPM). Ia termasuk autofokus jarak boleh ubah, lensa pandangan yang luas, sensor 1.2 megapiksel, cahaya terbina dalam dan pemprosesan berkelajuan tinggi.
DLP-RFID2 daripada Reka Bentuk DLP ialah modul kos rendah dan padat untuk membaca dan menulis kepada tag transponder RFID frekuensi tinggi (HF). Ia juga boleh membaca pengecam unik (UDI) sehingga 15 teg sekaligus dan boleh dikonfigurasikan untuk menggunakan antena dalaman atau luaran. Ia mempunyai julat suhu operasi 0°C hingga +70°C, menjadikannya sesuai untuk digunakan dalam kemudahan pembuatan dan logistik Industri 4.0.
Kesimpulan
Gabungan sensor ialah alat penting untuk menyokong SLAM dan keselamatan dalam AMR. Untuk menjangkakan R15.08-3, yang mungkin termasuk rujukan kepada gabungan sensor dan ujian dan pengesahan kestabilan AMR yang lebih meluas, artikel ini menyemak beberapa piawaian semasa dan amalan terbaik untuk melaksanakan gabungan sensor dalam AMR. Ini adalah artikel kedua dalam siri dua bahagian. Bahagian satu menyemak integrasi AMR yang selamat dan cekap ke dalam operasi industri 4.0 untuk manfaat maksimum.