Những thách thức về giao tiếp và an toàn mà các nhà sản xuất rô bốt di động phải đối mặt
Rô bốt di động có ở khắp mọi nơi, từ nhà kho đến bệnh viện và thậm chí trên đường phố. Sự nổi tiếng của họ rất dễ hiểu; chúng rẻ hơn, an toàn hơn, dễ vận hành hơn và năng suất cao hơn so với những người lao động thực tế. Chúng dễ dàng mở rộng quy mô hoặc kết hợp với các thiết bị khác. Khi rô bốt di động thu thập nhiều dữ liệu theo thời gian thực, các công ty có thể sử dụng rô bốt di động để bắt đầu hành trình IIoT của họ.
Tuy nhiên, để làm việc hiệu quả, rô bốt di động cần giao tiếp an toàn và đáng tin cậy. Bài viết này phác thảo những thách thức chính về giao tiếp và an toàn mà các nhà sản xuất rô bốt di động phải đối mặt và cung cấp một cách dễ dàng giữ cho rô bốt di động di chuyển dễ dàng.
Rô bốt di động là gì?
Trước khi bắt đầu, hãy xác định ý nghĩa của rô bốt di động.
Rô bốt di động vận chuyển vật liệu từ địa điểm này sang địa điểm khác và có hai loại, phương tiện được dẫn đường tự động (AGV) và rô bốt di động tự động (AMR). AGV sử dụng cơ sở hạ tầng hướng dẫn (dây phản xạ, gương phản xạ hoặc dải từ tính) để đi theo các tuyến đường định trước. Nếu một đối tượng chặn đường dẫn của AGV, AGV sẽ dừng lại và đợi cho đến khi đối tượng bị xóa.
AMR năng động hơn. Họ điều hướng qua bản đồ và sử dụng dữ liệu từ máy ảnh, cảm biến tích hợp hoặc máy quét laze để phát hiện môi trường xung quanh và chọn tuyến đường hiệu quả nhất. Nếu một đối tượng chặn tuyến đường đã lên kế hoạch của AMR, nó sẽ chọn một tuyến đường khác. Vì AMR không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng hướng dẫn nên chúng sẽ cài đặt nhanh hơn và có thể thích ứng với những thay đổi về khâu kỹ thuật.
Những thách thức về giao tiếp và an toàn mà các nhà sản xuất Rô bốt di động phải đối mặt là gì?
- Thiết lập kết nối không dây
Thách thức đầu tiên đối với các nhà sản xuất rô bốt di động là lựa chọn công nghệ không dây phù hợp nhất. Lời khuyên thông thường là thiết lập các yêu cầu, đánh giá các tiêu chuẩn và chọn tiêu chuẩn phù hợp nhất.
Thật không may, điều này không phải lúc nào cũng khả thi đối với các nhà sản xuất robot di động vì họ thường không biết vị trí của thiết bị hoặc các chi tiết chính xác của ứng dụng mục tiêu.
Đôi khi, kết nối Bluetooth sẽ là lý tưởng vì nó cung cấp kết nối ổn định, không bị tắc nghẽn, trong khi các ứng dụng khác sẽ yêu cầu kết nối di động an toàn, tốc độ cao. Điều hữu ích cho các nhà sản xuất rô bốt di động là có một công nghệ mạng dễ thay đổi để đáp ứng các yêu cầu cụ thể.
Hình 1. Ưu điểm và nhược điểm của tiêu chuẩn không dây – ở mức cao
Thách thức thứ hai là đảm bảo rằng quá trình cài đặt hoạt động theo đúng kế hoạch. Trước khi cài đặt giải pháp không dây, hãy hoàn thành khảo sát địa điểm dự đoán dựa trên bản vẽ cơ sở để đảm bảo rô bốt di động có đủ vùng phủ sóng tín hiệu khắp địa điểm. Khảo sát địa điểm sẽ xác định vị trí tối ưu cho Điểm truy cập, loại ăng-ten chính xác, góc ăng-ten tối ưu và cách giảm nhiễu. Sau khi cài đặt, sử dụng các công cụ nghe trộm không dây để kiểm tra thiết kế và điều chỉnh các AP hoặc ăng-ten theo yêu cầu.
- Kết nối rô bốt di động với mạng công nghiệp
Rô bốt di động cần giao tiếp với bộ điều khiển tại địa điểm liên quan mặc dù rô bốt di động và bộ điều khiển thường sử dụng các giao thức công nghiệp khác nhau. Ví dụ: một AGV có thể sử dụng CANopen trong khi bộ điều khiển có thể sử dụng PROFINET. Hơn nữa, các nhà sản xuất rô bốt di động có thể muốn sử dụng cùng một mô hình AGV trên một trang web khác, nơi bộ điều khiển sử dụng một mạng công nghiệp khác, chẳng hạn như EtherCAT.
Các nhà sản xuất rô bốt di động cũng cần đảm bảo rằng rô bốt di động của họ có đủ năng lực để xử lý lượng dữ liệu cần thiết. Số lượng dữ liệu yêu cầu sẽ khác nhau tùy thuộc vào kích thước và loại cài đặt. Các cài đặt lớn có thể sử dụng nhiều dữ liệu hơn vì các thuật toán định tuyến cần bao phủ một khu vực lớn hơn, nhiều phương tiện hơn và nhiều tuyến đường tiềm năng hơn. Các hệ thống điều hướng như hình ảnh quá trình điều hướng tầm nhìn và do đó đòi hỏi nhiều sức mạnh xử lý hơn so với việc lắp đặt sử dụng các hệ thống điều hướng khác như gương phản xạ. Do đó, các nhà sản xuất rô bốt di động phải giải quyết những thách thức sau:
- Họ cần một công nghệ mạng hỗ trợ tất cả các mạng fieldbus và Ethernet công nghiệp chính.
- Cần phải dễ dàng thay đổi công nghệ mạng để cho phép rô bốt di động giao tiếp trên cùng một mạng công nghiệp với bộ điều khiển mà không cần thay đổi thiết kế phần cứng.
- Họ cần đảm bảo rằng công nghệ mạng có đủ năng lực và chức năng để xử lý dữ liệu cần thiết.
- Tạo một hệ thống an toàn
Tạo ra một hệ thống mà rô bốt di động có thể vận chuyển vật liệu một cách an toàn là một nhiệm vụ quan trọng nhưng đầy thách thức. Các nhà sản xuất rô bốt di động cần tạo ra một hệ thống xem xét tất cả các loại rô bốt di động, cấu trúc và con người khác nhau trong môi trường. Họ cần đảm bảo rằng rô bốt di động phản ứng với các hành động bên ngoài, chẳng hạn như ai đó mở cửa an toàn hoặc nhấn nút dừng khẩn cấp và giải pháp mạng có thể xử lý các giao thức và giao diện an toàn khác nhau. Họ cần xem xét rằng AMR di chuyển tự do và quản lý rủi ro va chạm tương ứng. Công nghệ được sử dụng trong các cảm biến không ngừng phát triển và các nhà sản xuất rô-bốt di động cần phải theo dõi sự phát triển đó để đảm bảo sản phẩm của họ luôn hoạt động hiệu quả nhất có thể.
Hình 2. Tổng quan về những thách thức về an toàn đối với các nhà sản xuất Rô bốt di động
Tiêu chuẩn an toàn
Các tiêu chuẩn an toàn cung cấp các hướng dẫn về việc triển khai các thành phần liên quan đến an toàn, chuẩn bị môi trường và bảo trì máy móc hoặc thiết bị.
Mặc dù việc tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn khác nhau (ISO, DIN, IEC, ANSI, v.v.) hầu hết là tự nguyện, nhưng các nhà chế tạo máy ở Liên minh Châu Âu được pháp luật yêu cầu phải tuân theo các tiêu chuẩn an toàn trong các chỉ thị về máy móc. Chỉ thị về máy móc 2006/42/EC luôn áp dụng cho các nhà sản xuất rô-bốt di động và trong một số ứng dụng, chỉ thị 2014/30/EU cũng có thể phù hợp vì nó điều chỉnh khả năng tương thích điện từ của thiết bị. Chỉ thị về máy móc 2006/42/EC mô tả các yêu cầu đối với thiết kế và xây dựng máy móc an toàn được đưa vào thị trường Châu Âu. Các nhà sản xuất chỉ có thể dán nhãn CE và giao máy cho khách hàng nếu họ có thể chứng minh trong tuyên bố về sự phù hợp rằng họ đã đáp ứng các yêu cầu đưa ra.
Mặc dù các tiêu chuẩn an toàn khác không bắt buộc nhưng các nhà sản xuất vẫn nên tuân theo chúng vì chúng giúp đáp ứng các yêu cầu trong chỉ thị máy móc 2006/42/EC. Ví dụ: nhà sản xuất có thể tuân theo hướng dẫn trong ISO 12100 để giảm các rủi ro đã xác định xuống mức rủi ro tồn dư có thể chấp nhận được. Họ có thể sử dụng ISO 13849 hoặc IEC 62061 để tìm mức độ an toàn cần thiết cho từng rủi ro và đảm bảo rằng chức năng liên quan đến an toàn tương ứng đáp ứng các yêu cầu đã xác định. Các nhà sản xuất rô bốt di động quyết định cách họ đạt được mức độ an toàn nhất định. Ví dụ, họ có thể giảm tốc độ của robot di động để giảm nguy cơ va chạm và mức độ nghiêm trọng của thương tích xuống mức có thể chấp nhận được. Hoặc họ có thể đảm bảo rằng rô-bốt di động chỉ hoạt động trong các khu vực riêng biệt, nơi con người bị cấm tiếp cận (được định nghĩa là các khu vực hạn chế trong ISO 3691-4).
Xác định các tiêu chuẩn chính xác và thực hiện các yêu cầu là cách tốt nhất mà các nhà sản xuất di động có thể tạo ra một hệ thống an toàn. Nhưng như bản tóm tắt này cho thấy, đó là một quá trình phức tạp và tốn thời gian.
- Đảm bảo giao tiếp CAN đáng tin cậy
Một tiêu chuẩn đáng tin cậy và dễ thực hiện từ những năm 1980, giao tiếp dựa trên công nghệ CAN vẫn đang ngày càng phổ biến, chủ yếu là do nó được sử dụng trong các ngành công nghiệp đang bùng nổ khác nhau, chẳng hạn như Hệ thống Lưu trữ Năng lượng Pin và Di động Điện tử (BESS). CAN đơn giản, tiết kiệm năng lượng và chi phí. Tất cả các thiết bị trên mạng có thể truy cập tất cả thông tin và đó là một tiêu chuẩn mở, nghĩa là người dùng có thể điều chỉnh và mở rộng thông báo để đáp ứng nhu cầu của họ.
Đối với các nhà sản xuất rô-bốt di động, việc thiết lập kết nối CAN thậm chí còn trở nên quan trọng hơn vì nó cho phép họ giám sát pin lithium-ion ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong các hệ thống truyền động của rô-bốt di động, trong các hệ thống trang bị thêm hoặc trong các cơ sở lắp đặt mới. Các nhà sản xuất rô bốt di động cần phải làm như sau:
- Thiết lập kết nối đáng tin cậy với các tiêu chuẩn giao tiếp CAN hoặc CANopen để cho phép họ kiểm tra thiết bị của mình, chẳng hạn như theo dõi trạng thái và hiệu suất của pin.
- Bảo vệ hệ thống khỏi nhiễu điện từ (EMI), vì EMI có thể phá hủy thiết bị điện tử của hệ thống. Nguy cơ về EMI là đáng kể trong các phụ kiện trang bị thêm vì việc thêm các thành phần mới, chẳng hạn như pin bên cạnh cáp liên lạc, dẫn đến sự xuất hiện của nhiễu điện từ tần số cao.
- Truy cập rô bốt di động từ xa
Khả năng truy cập từ xa vào hệ thống điều khiển của thiết bị có thể cho phép các nhà cung cấp hoặc kỹ sư rô bốt di động khắc phục sự cố và giải quyết hầu hết các sự cố mà không cần đến địa điểm.
Hình 3. Lợi ích của truy cập từ xa
Thách thức là tạo ra một giải pháp truy cập từ xa cân bằng nhu cầu của bộ phận CNTT với nhu cầu của kỹ sư hoặc nhà cung cấp.
Bộ phận CNTT muốn đảm bảo rằng mạng vẫn an toàn, đáng tin cậy và duy trì tính toàn vẹn. Do đó, giải pháp truy cập từ xa phải bao gồm các biện pháp bảo mật sau:
- Sử dụng các kết nối đi thay vì kết nối đến để giảm thiểu tác động lên tường lửa.
- Tách lưu lượng có liên quan khỏi phần còn lại của mạng.
- Mã hóa và bảo vệ tất cả lưu lượng truy cập để đảm bảo tính bí mật và toàn vẹn của nó.
- Đảm bảo rằng các nhà cung cấp làm việc phù hợp với hoặc được chứng nhận theo các tiêu chuẩn bảo mật liên quan như ISO 27001
- Đảm bảo rằng các nhà cung cấp hoàn thành các cuộc kiểm tra bảo mật thường xuyên.
Kỹ sư hoặc nhà cung cấp muốn một hệ thống dễ sử dụng và đáng tin cậy. Người dùng phải dễ dàng kết nối với rô bốt di động và truy cập thông tin cần thiết. Nếu cài đặt có thể thay đổi, sẽ dễ dàng mở rộng số lượng rô bốt theo yêu cầu. Nếu rô bốt di động ở quốc gia khác với nhà cung cấp hoặc kỹ sư, thì cơ sở hạ tầng mạng phải có đủ vùng phủ sóng và khả năng dự phòng để đảm bảo tính khả dụng trên toàn thế giới.
Kết luận
Như chúng ta đã thấy, các nhà sản xuất rô bốt di động phải giải quyết nhiều thách thức về giao tiếp và an toàn. Họ phải thiết lập kết nối không dây, gửi dữ liệu qua các mạng khác nhau, đảm bảo an toàn, kết nối với hệ thống CAN và truy cập an toàn vào rô bốt từ xa. Và để làm cho nó phức tạp hơn, mỗi cài đặt phải được đánh giá lại và điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu tại chỗ.
Phương pháp hay nhất để triển khai giao tiếp bằng rô bốt di động
Các nhà sản xuất rô bốt di động hiếm khi là chuyên gia về truyền thông hoặc an toàn. Do đó, họ có thể thấy tốn kém thời gian và tốn kém khi cố gắng phát triển công nghệ truyền thông nội bộ cần thiết. Việc tranh thủ các giải pháp truyền thông của bên thứ ba được xây dựng có mục đích không chỉ giải quyết những thách thức về giao tiếp mà còn mang lại những lợi ích khác.
Các giải pháp truyền thông hiện đại có thiết kế mô-đun cho phép các nhà sản xuất rô bốt di động loại bỏ một sản phẩm mạng được thiết kế cho một tiêu chuẩn hoặc giao thức và thay thế nó bằng một sản phẩm được thiết kế cho một tiêu chuẩn hoặc giao thức khác mà không ảnh hưởng đến bất kỳ bộ phận nào khác của máy. Ví dụ: Bluetooth có thể là tiêu chuẩn không dây phù hợp nhất trong một cài đặt, trong khi Wi-Fi có thể cung cấp phạm vi phủ sóng tốt hơn trong cài đặt khác. Tương tự, một trang web có thể sử dụng các giao thức PROFINET và PROFIsafe, trong khi một trang web khác có thể sử dụng các giao thức công nghiệp và an toàn khác. Trong cả hai trường hợp, các nhà sản xuất rô bốt di động có thể sử dụng các sản phẩm truyền thông để thay đổi công nghệ mạng nhằm đáp ứng các yêu cầu của địa phương mà không cần thực hiện bất kỳ thay đổi nào đối với thiết kế phần cứng.
Các tác giả:
Mark Crossley, Daniel Heinzler, Fredrik Brynolf, Thomas Carlsson
Mạng HMS
HMS Networks là một mạng lưới về truyền thông công nghiệp có trụ sở tại Thụy Điển, cung cấp một số giải pháp cho giao tiếp AGV.
Hãy đọc thêm trên www.hms-networks.com/agv