Aby však mobilné roboty fungovali efektívne, potrebujú bezpečnú a spoľahlivú komunikáciu. Tento článok načrtáva hlavné komunikačné a bezpečnostné výzvy, ktorým čelia výrobcovia mobilných robotov, a poskytuje jednoduchý spôsob, ako tieto výzvy prekonať a udržať mobilné roboty v pohybe.

Aké sú komunikačné a bezpečnostné výzvy, ktorým čelia výrobcovia mobilných robotov?

1. Vytvorenie bezdrôtového pripojenia

Prvou výzvou pre výrobcov mobilných robotov je výber najvhodnejšej bezdrôtovej technológie. Obvyklá rada je stanoviť požiadavky, vyhodnotiť štandardy a vybrať najlepšiu zhodu.

Bohužiaľ to pre výrobcov mobilných robotov nie je vždy možné, pretože často nevedia, kde sa robot bude nachádzať, resp. nepoznajú presné detaily cieľovej aplikácie. Niekedy je ideálne pripojenie Bluetooth, pretože ponúka stabilné nepreťažené pripojenie, zatiaľ čo iné aplikácie budú vyžadovať vysokorýchlostné a bezpečné mobilné pripojenie. Pre výrobcov mobilných robotov by bolo užitočné mať sieťovú technológiu, ktorá sa dá ľahko zmeniť, aby spĺňala špecifické požiadavky.

Druhou výzvou je zabezpečiť, aby inštalácia fungovala podľa plánu. Pred inštaláciou bezdrôtového riešenia je vhodné vykonať prediktívny prieskum lokality na základe výkresov prevádzky, aby ste sa uistili, že mobilné roboty majú dostatočné pokrytie signálom v celej lokalite. Prieskum lokality by mal identifikovať optimálne umiestnenie prístupových bodov, správny typ antény, optimálny uhol antény a spôsob, ako zmierniť rušenie. Po inštalácii skontrolujte pomocou nástrojov na testovanie sily a kvality signálu celkový návrh a podľa potreby upravte prístupové body alebo anténu.

2. Pripojenie mobilných robotov k priemyselným sieťam

Mobilné roboty potrebujú komunikovať s riadiacimi systémami v konkrétnej prevádzke, aj keď mobilné roboty a riadiace jednotky často používajú rôzne priemyselné protokoly. Napríklad automaticky navádzané vozidlo (Automated Guided Vehicle – AGV) môže používať CANopen, zatiaľ čo riadiaci systém PROFINET. Okrem toho výrobcovia mobilných robotov môžu chcieť použiť rovnaký model AGV v inej prevádzke, kde riadiaci systém používa inú priemyselnú sieť, ako napr. EtherCAT.

Výrobcovia mobilných robotov musia tiež zabezpečiť, aby ich mobilné roboty mali dostatočnú kapacitu na spracovanie požadovaného množstva dát. Požadované množstvo údajov sa bude líšiť v závislosti od veľkosti a typu inštalácie. Veľké inštalácie môžu využívať viac údajov, pretože smerovacie algoritmy potrebujú pokryť väčšiu oblasť, viac vozidiel a viac potenciálnych trás. Navigačné systémy, ako je napríklad navigácia na základe spracovania obrazu, vyžadujú väčší výpočtový výkon ako zariadenia využívajúce iné navigačné metódy, ako sú odrazky.

V dôsledku toho musia výrobcovia mobilných robotov vyriešiť nasledujúce výzvy:

  1. Potrebujú sieťovú technológiu, ktorá podporuje všetky hlavné zbernice a priemyselné ethernetové siete.
  2. Musí byť jednoduché zmeniť sieťovú technológiu, aby mobilný robot mohol komunikovať v rovnakej priemyselnej sieti ako riadiaci systém bez zmeny dizajnu hardvéru.
  3. Musia zabezpečiť, aby sieťová technológia mala dostatočnú kapacitu a funkčnosť na spracovanie požadovaných údajov.

3. Vytvorenie bezpečného systému

Vytvorenie systému, v ktorom môžu mobilné roboty bezpečne prepravovať materiál, je kritická a náročná úloha. Výrobcovia mobilných robotov potrebujú vytvoriť systém, ktorý zohľadní všetky typy mobilných robotov, štruktúr a ľudí v prostredí. Potrebujú zabezpečiť, aby mobilné roboty reagovali na vonkajšie akcie, ako je napríklad otvorenie bezpečnostných dverí alebo stlačenie tlačidla núdzového zastavenia, a aby sieťové riešenie dokázalo spracovať rôzne bezpečnostné protokoly a rozhrania. Musia vziať do úvahy, že AMR sa voľne pohybujú a podľa toho riadiť riziko kolízií. Technológia používaná v snímačoch sa neustále vyvíja a výrobcovia mobilných robotov musia sledovať vývoj, aby zabezpečili, že ich produkty budú pracovať čo najefektívnejšie.

Bezpečnostné normy

Bezpečnostné normy poskytujú usmernenia na implementáciu komponentov súvisiacich s bezpečnosťou, prípravou prostredia a údržbou strojov alebo zariadení. Zatiaľ čo dodržiavanie rôznych bezpečnostných noriem (ISO, DIN, IEC, ANSI atď.) je väčšinou dobrovoľné, výrobcovia strojov v Európskej únii sú zo zákona povinní dodržiavať bezpečnostné normy v smerniciach o strojoch. Smernica o strojových zariadeniach 2006/42/ES sa vzťahuje aj na výrobcov mobilných robotov a v niektorých aplikáciách môže byť relevantná aj smernica 2014/30/EÚ, keďže upravuje elektromagnetickú kompatibilitu zariadení.

Hoci ostatné bezpečnostné normy nie sú povinné, výrobcovia by sa nimi mali riadiť, pretože pomáhajú splniť požiadavky smernice o strojových zariadeniach 2006/42/ES. Výrobcovia môžu napríklad postupovať podľa pokynov v ISO 12100, aby znížili identifikované riziká na prijateľné zvyškové riziko. Môžu použiť ISO 13849 alebo IEC 62061 na nájdenie požadovanej úrovne bezpečnosti pre každé riziko a zabezpečenie toho, aby zodpovedajúca funkcia súvisiaca s bezpečnosťou spĺňala definované požiadavky. Výrobcovia mobilných robotov rozhodujú o tom, ako dosiahnu určitú úroveň bezpečnosti. Môžu napríklad znížiť rýchlosť mobilného robota, aby sa znížilo riziko kolízií a závažnosť zranení na prijateľnú úroveň. Alebo môžu zabezpečiť, aby mobilné roboty fungovali iba v oddelených zónach, do ktorých je prístup ľudí zakázaný (definované ako obmedzené zóny v ISO 3691-4).

Identifikácia správnych noriem a implementácia požiadaviek je najlepší spôsob, ako môžu výrobcovia mobilných zariadení vytvoriť bezpečný systém. Ide pritom o zložitý a časovo náročný proces.

4. Zabezpečenie spoľahlivej komunikácie CAN

Popularita komunikácie založenej na technológii CAN, ktorá predstavuje spoľahlivý a ľahko implementovateľný štandard z 80. rokov 20. storočia, stále rastie, a to najmä vďaka jej použitiu v rôznych rýchlo sa rozvíjajúcich odvetviach, ako je elektromobilita či batériové úložiská. CAN je jednoduchý, energeticky a nákladovo efektívny komunikačný systém. Všetky zariadenia v sieti majú prístup ku všetkým informáciám; ide o otvorený štandard, čo znamená, že používatelia si môžu správy prispôsobiť a rozšíriť tak, aby vyhovovali ich potrebám.

Pre výrobcov mobilných robotov je vytvorenie pripojenia CAN ešte dôležitejšie, pretože im umožňuje monitorovať lítiovo-iónové batérie, ktoré sa čoraz častejšie používajú v systémoch pohonu mobilných robotov, či už v moderných systémoch, alebo v nových inštaláciách. Výrobcovia mobilných robotov by mohli postupovať nasledujúcim spôsobom:

  1. Vytvorte spoľahlivé pripojenie ku komunikačným štandardom CAN alebo CANopen, aby ste mohli kontrolovať svoje zariadenia, ako je napríklad sledovanie stavu a výkonu batérie.
  2. Chráňte systémy pred elektromagnetickým rušením (EMI), pretože EMI môže zničiť elektroniku systému. Riziko EMI je značné pri modernizácii, pretože pridanie nových komponentov, ako sú batérie, vedľa komunikačného kábla vedie k vzniku vysokofrekvenčného elektromagnetického rušenia.

5. Vzdialený prístup k mobilným robotom

Možnosť vzdialeného prístupu k riadiacemu systému stroja umožňuje predajcom mobilných robotov alebo technikom riešiť problémy a vyriešiť väčšinu z nich bez toho, aby museli ísť do prevádzky.

Výzvou je vytvoriť riešenie vzdialeného prístupu, ktoré vyvažuje potreby IT oddelenia s potrebami technika alebo predajcu. IT oddelenie chce zabezpečiť, aby sieť zostala bezpečná, spoľahlivá a zachovala si integritu. V dôsledku toho by riešenie vzdialeného prístupu malo zahŕňať nasledujúce bezpečnostné opatrenia:

  • používajte radšej odchádzajúce pripojenia ako prichádzajúce, aby ste minimalizovali vplyv na bezpečnostnú bránu (firewall),
    oddeľte relevantnú prevádzku od zvyšku siete,
  • šifrujte a chráňte všetku komunikáciu, aby ste zaistili jej dôvernosť a integritu,
  • zabezpečte, aby predajcovia pracovali v súlade s príslušnými bezpečnostnými normami, ako je ISO 27001, alebo aby boli podľa nich certifikovaní,
  • zabezpečte, aby dodávatelia absolvovali pravidelné bezpečnostné audity.

Technik alebo predajca chce ľahko použiteľný a spoľahlivý systém. Pre používateľov by malo byť jednoduché pripojiť sa k mobilným robotom a získať prístup k požadovaným informáciám. Ak by sa inštalácia mohla zmeniť, malo by byť jednoduché prispôsobiť počet robotov podľa potreby. Ak sú mobilné roboty v inej krajine ako dodávatelia alebo technici, sieťová infraštruktúra musí mať dostatočné pokrytie a redundanciu, aby bola zaručená dostupnosť na celom svete.

Záver

Ako sme videli, výrobcovia mobilných robotov musia riešiť mnohé komunikačné a bezpečnostné výzvy. Musia vytvoriť bezdrôtové spojenie, odosielať údaje cez rôzne siete, zaistiť bezpečnosť, pripojiť sa k systémom CAN a bezpečne pristupovať k robotom na diaľku. A aby to bolo komplikovanejšie, každá inštalácia musí byť prehodnotená a prispôsobená požiadavkám na mieste.

Osvedčený postup implementácie komunikácie mobilných robotov

Výrobcovia mobilných robotov sú len zriedka odborníkmi na komunikáciu alebo bezpečnosť. Následne sa im môže zdať časovo náročné a nákladné skúšať a vyvíjať požadovanú komunikačnú technológiu vo vlastnej réžii. Zahrnutie účelových komunikačných riešení tretích strán nielenže rieši aktuálne komunikačné výzvy, ale poskytuje aj ďalšie výhody.

Moderné komunikačné riešenia majú modulárny dizajn, ktorý umožňuje výrobcom mobilných robotov odstrániť jeden sieťový produkt navrhnutý pre jeden štandard alebo protokol a nahradiť ho produktom navrhnutým pre iný štandard alebo protokol bez toho, aby to ovplyvnilo akúkoľvek časť stroja. Napríklad Bluetooth môže byť najvhodnejším bezdrôtovým štandardom v jednej inštalácii, zatiaľ čo Wi-Fi môže poskytnúť lepšie pokrytie v inej inštalácii. Podobne môže jedna lokalita používať protokoly PROFINET a PROFIsafe, zatiaľ čo iná môže používať rôzne priemyselné a bezpečnostné protokoly. V oboch scenároch môžu výrobcovia mobilných robotov použiť komunikačné produkty na zmenu sieťovej technológie tak, aby vyhovovala miestnym požiadavkám, a bez toho, aby vykonali akékoľvek zmeny v dizajne hardvéru.

Autori: Mark Crossley, Daniel Heinzler, Fredrik Brynolf, Thomas Carlsson, HMS Networks