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新型移動機器人：該控制AGV還是機械臂？

新型移動機器人：該控制AGV還是機械臂？

移動機器人正在進入以前由人類及車輛占據(jù)的新領(lǐng)域，從倉庫和配送中心，到工廠車間，再到現(xiàn)在的實驗室和辦公區(qū)域，我們會看到越來越多這種自由行走的機器人。它們不僅是移動的“騾子”，這些機器人具有車載智能和實時自適應(yīng)能力，拓寬了他們的應(yīng)用領(lǐng)域。

轉(zhuǎn)眼之間，我們發(fā)布報告《移動機器人和內(nèi)部物流始終存在供應(yīng)鏈中》已經(jīng)過去一年，市場上也有了更多的選擇、組合以及應(yīng)用。巨大的改變對安全標準的制定帶來了新的挑戰(zhàn)。許多移動平臺已經(jīng)在世界各地使用或試用。

在焊接供應(yīng)商HIROTEC AMERICA的雙臂移動機器人應(yīng)用中，Otto 1500自導移動平臺與安川雙臂機器人相結(jié)合，可以完成將零部件浸入黑色氧化物中進行腐蝕保護的單調(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黑色氧化物中。

這個敏捷的機器人周圍沒有安全圍欄。這是因為OTTO使用安全等級的激光雷達傳感器探測和導航路徑內(nèi)的障礙物。據(jù)了解，OTTO 1500有兩個安全等級的激光雷達傳感器，分別位于平臺的前面和后面，它配備了四個緊急停止（E-stop）按鈕，用于手動緊急停止。這個移動機械手幫助HIROTEC更接近于24/7全天候運行的關(guān)燈制造目標。

自主自動導航車

消費品巨頭寶潔公司也將移動機器人應(yīng)用于多個行業(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器人網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新總監(jiān)Mark Lewandowski說：“因為寶潔公司是個多元化的公司，所以我們有許多不同類型的移動平臺。從大型移動平臺到高架移動平臺，一直到小型移動平臺，可以在有更多人的辦公室或?qū)嶒炇噎h(huán)境中使用。我們需要不同尺寸、形狀的平臺應(yīng)用在制造、倉儲和分銷等各種場合�！�

Lewandowski指出，這些都是自動導航車輛，這意味著他們會根據(jù)環(huán)境預(yù)先學習地圖自主地導航，以確定從A點到B點的路線。利用各種傳感器和軟件，他們可以通過實時智能導航避開意想不到的障礙物。

這類移動機器人可以實現(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�，以引導車輛在指定的路徑上行走。

不再是爺爺時代的AGV

寶潔公司正在使用或測試三大類工業(yè)移動機器人：具有高負載能力的大型移動平臺，較小的自動導航車輛和移動機械手（移動機器人與機械臂組合）。

Lewandowski表示，“現(xiàn)在最活躍（移動機器人的應(yīng)用）現(xiàn)在在自主移動平臺的領(lǐng)域。這些是大型平臺工作在托盤或大負載周圍。移動平臺在我們的倉庫和配送中心，那里沒有大量的人力和車輛。” 他說，他們使用的小型自主車輛主要用來移動投放物料、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。

Lewandowski解釋道，“我們現(xiàn)在試運行的一個應(yīng)用是將質(zhì)量和實驗室樣品送到他們進行測試的實驗室。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)高度動態(tài)的環(huán)境�！�

寶潔公司已經(jīng)在使用或開發(fā)移動機器人的試點應(yīng)用，例如Clearpath的OTTO，Aethon的TUG和歐姆龍的自主智能車輛，以及來自諸如Fetch Robotics，Mobile Industrial Robots（MiR），Canvas Technology和Milvus Robotics等的自主移動平臺。

Lewandowski表示，“安全是至關(guān)重要的。它們中的大部分移動系統(tǒng)都是基于相同的技術(shù)（LIDAR），所以從安全的角度來看，門檻是確保有一個足夠安全的系統(tǒng)來檢測物體和人員并作出適當?shù)姆磻?yīng)�！�

他補充道，“其中一些初創(chuàng)公司開始使用具有更多空間意識的視覺類型技術(shù)。重要的是不僅要知道平臺所處的位置，還要知道它在環(huán)境中的導航位置。有門還是懸掛物，是桌子還是傳送機？ 它需要能夠看到那些情形并做出適當?shù)姆磻?yīng)，以避免撞上這些障礙物�！�

跟傳統(tǒng)的AGV固定平臺甚至是固定路線的AGV不同的是，自主移動機器人是自由移動的，安全是一個重要問題。

工程安全標準

機器人工業(yè)協(xié)會（RIA）美國國家標準協(xié)會（ANSI）一起制定了工業(yè)移動機器人的安全標準。RIA組織R15.08委員會編寫了“工業(yè)移動機器人安全”的標準文件。

工作已經(jīng)開始，標準的前兩部分涉及機器人制造商和集成商的安全準則，預(yù)計將在2017年底前起草。然后，文件必須經(jīng)過一系列審查程序和任何修訂。標準計劃在2019年初出版。

也許你會問為什么還那么遙遠？實際上，這個標準的制定過程正在加快步伐。

“2007以來，我一直參與安全標準的制定過程。對我來說，這個計劃已經(jīng)快如閃電，” 機器人專家、R15.08委員會主席Michael Gerstenberger說，“有幾家公司在這個領(lǐng)域推出了產(chǎn)品。RIA希望得到的解決方案，并確保我們通過制定安全相關(guān)標準來為會員提供服務(wù)�！�

Gerstenberger與該委員會面臨一個有趣的挑戰(zhàn)。R15.08的任務(wù)是將移動平臺社區(qū)和工業(yè)機器人社區(qū)這兩個世界結(jié)合在一起，而他們都有自己的安全標準。

在移動平臺方面，現(xiàn)有最接近的標準有ANSI / ITSDF B56.5-2012無人駕駛自動引導工業(yè)車輛安全標準和載人工業(yè)車輛自動化功能。

在工業(yè)機器人方面，標準由ANSI / RIA R15.06-2012工業(yè)機器人和機器人系統(tǒng)-安全要求。

“然而，許多新的移動機器人比傳統(tǒng)的AGV具有更大的自主權(quán)，使他們能夠在更加動態(tài)的環(huán)境中安全地運行，實時路徑重新規(guī)劃至關(guān)重要，”RIA標準開發(fā)總監(jiān)Carole Franklin說，“這不是目前AGV標準（B56.5）中的一個領(lǐng)域�！�

她繼續(xù)解釋說，雖然工業(yè)機器人安全標準（R15.06）允許移動機器人系統(tǒng)在工業(yè)環(huán)境中存在的可能性，但其大部分指導思想都是針對固定安裝的機器人。

委員會成員必須共同制定新的ANSI / RIA R15.08標準，以彌補現(xiàn)有標準B56.5和R15.06之間的差距，并為移動機器人的獨特安全考慮提供指導。 最后，他們可能決定將新制定的準則取代現(xiàn)有標準，但仍有待觀察。

Gerstenberger說，“我一直在努力做的最重要的事情之一是確保委員會的所有聲音都被聽到。我想確保每個人都可以表達自己的意見。 我們在委員會中有很好的代表性。”

75+委員會成為代表了大多數(shù)傳統(tǒng)機器人制造商，包括移動機器人供應(yīng)商和初創(chuàng)企業(yè)，協(xié)作機器人供應(yīng)商，傳統(tǒng)AGV制造商，機器人集成商，安全系統(tǒng)供應(yīng)商和集成商，來自汽車、電子、消費品和物流行業(yè)的重要終端用戶。

還有代表性的是重要的行業(yè)標準和安全組織，如北美的德國萊茵T?V，美國保險商實驗室，國家職業(yè)安全健康研究所（NIOSH）和國家標準與技術(shù)研究所（NIST）。

現(xiàn)有標準的不足

NIST開發(fā)測試方法和指標來評估新技術(shù)的性能。有時候，NIST會引導標準制定工作，就像在這種情況下與R15.08一樣。幾年來，NIST在其實驗室中對傳統(tǒng)的AGV，移動機器人和協(xié)同機器人以及這些機器的混合集成進行了研究。

NIST的計算機科學家、R15.08委員會成員Jeremy Marvel說：“我們有興趣從不同的制造商那里獲取機器人模型，并將其整合到一個工作單元中。其中也包括移動工業(yè)機器人，特別是機器人手臂與來自不同制造商的移動平臺特別整合。”

Marvel和NIST的同事Roger Bostelman也在R15.08委員會研究了現(xiàn)有的AGV和工業(yè)機器人的安全標準，同時他們正在對混合系統(tǒng)進行研究。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，委員會繼續(xù)使用NIST的調(diào)查結(jié)果作為確定在制定R15.08標準時遇到的差距和沖突的基礎(chǔ)。他指出了其中一個沖突。

“在R15.06標準（2012年發(fā)布）中，機器人可以固定在適當位置或移動，但不久之后，又指出該標準僅涵蓋移動機器人的操縱部分。所以它并沒有指出什么時候機器人可以到處移動，什么時候可以不再關(guān)在某個區(qū)域。”

同時，他還填補了一項空白。

“控制器如何溝通安全信息？ 移動平臺上的緊急停止按鈕是否也會讓機械臂緊急停止？另一方面， 如果機器人控制器發(fā)出緊急停止信號，移動平臺應(yīng)該停止移動嗎？”

在起草文件時，R15.08委員會將必須這些問題以及其他許多相關(guān)問題處理好。

Marvel說，“這是R15.08的基礎(chǔ)，我們希望能夠解決這些差距和沖突，并為提供安全評估的解決方案提供指導和要求�！�

他提到了關(guān)于示教器的一個例子，“如果你正在考慮將移動平臺和工業(yè)機械臂集成到一起，而它們都有自己的示教器，你如何糾正和補救控制問題，讓你自己一個控制點？我們指定一種方法來實現(xiàn)嗎？我們是否指定移動平臺必須放棄對工業(yè)機器人的控制，反之亦然？或者我們通常指定一個控制點，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，這意味著在平臺上增加一個機械臂時，由制造商確定單一控制點。當需要把兩者集成在一起時，則有集成商決定。

Marvel說，“將兩家不同制造商的系統(tǒng)集成到一起時，是一個重大的挑戰(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)），不會開放給別人的軟件進行控制�！�

Marvel說這很不容易，但使用ROS操作系統(tǒng)這樣的常用開放語音會容易些。

“我們花了幾個月時間來完成與封閉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還不滿三周�！�

NIST采用傳統(tǒng)的叉車AGV，并在移動平臺的頂部安裝了Universal Robots UR10協(xié)同機器人臂，使其成為混合動力車。

Marvel解釋道，“混合動力車不使用導線，磁鐵或線路引導（像傳統(tǒng)的AGV），相反，它使用基于激光的三角測量系統(tǒng)來確定其在開放環(huán)境中的位置，從而允許控制軟件告訴它在哪里去動態(tài)生成路徑。一旦被告知要去哪里，它不會偏離那條路。我們正在與AGV平臺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)對任何潛在的碰撞或安全隱患�！�

他們還有一個與ROS兼容的Omron移動平臺。他們正在對比封閉系統(tǒng)與開放系統(tǒng)。

“整合安全信號真的很難，跟控制是一樣的。機器人控制器要負責所有的事情。因此，當你試圖集成兩個智能系統(tǒng)時，就需要談判。試圖與兩個不想談判的系統(tǒng)進行談判是很棘手的。你最終會看到左手右手的情況，機器人手臂和移動機器人都在做自己的事情，但是他們或多或少相互忽視。這個交叉點在安全性和可靠性方面感覺有點冒險�！�