内置功能安全加速机器人开发

在当今的工厂和仓库中，机器人不再与人类各行其事。两者经常并肩工作，机器人承担运输重物等艰巨的任务，或者承担喷漆或码垛货物等重复的事务。

这些协作性的机器人或称为“协作机器人”不仅提高了效率，还降低了员工肌肉紧张或受伤的风险。但要确保它们与人安全地交互并不是一件容易的事情。机器人开发人员可能需要花费数年时间来构建、测试和复测安全功能，这些功能必须满足严格的认证要求。这会延误他们发布具有最新和最强功能的产品型号，并导致创收时间变长。

但现在机器制造商有一种方法可以更快地将他们的机器人推向市场。使用预先认证的处理器、控制板和电子设备构建它们可以节省数月或数年的开发时间。

更快的机器人开发

像与人类协作的机器人这样的关键系统必须包括强大的功能安全 (FuSa) 控制。FuSa 是一种国际标准方法，用于自动检测和缓解关键系统中的电子系统故障（这是指可能对人员造成伤害的故障）。例如，机器人的 FuSa 系统表明它偏离路线或行驶速度太快，它将发送信号以停止所有移动部件。

为了让他们的协作机器人获得批准，开发人员必须为他们执行的每一个可能影响人类的动作建立 FuSa 控制。它们的行进速度、从人手中抓住物体所用的力量、旋转时施加的扭矩 — 这些以及许多其他变量必须满足严格的 ISO 标准，有时还要满足特定国家/地区的标准。与功能安全相关的硬件和软件都必须获得认证。

对于硬件，机器人嵌入式计算机中的数千个电子组件都必须通过合格机构获得认证。如果开发人员从头开始构建机器人，这个过程可能需要几年时间。“这就是我们创建使用预先认证的 CPU 的安全控制器的原因，” NexCOBOT 的机器人产品经理 Weihan Wang 说道，NexCOBOT 是新汉国际有限公司旗下的公司，也是智能机器人控制和运动控制解决方案的开发商。

NexCOBOT SCB 100 安全控制板包含经过预认证的英特尔凌动^® x6000 系列处理器，为 NexCOBOT 及其开发人员客户节省了时间。“我们不需要证明 CPU 是安全的，因为英特尔已经做到了，” Wang 说。此外，整个 SCB 100 主板本身也经过 FuSa 认证。

除了芯片和软件外，英特尔还提供安全手册、安全分析和用户指南等技术文档，这也使认证流程更快、更简单。

所有硬件均经过预先认证后，使用 SCB 100 板的机器人制造商便可以立即开发其应用程序，而无需先等待硬件获批。它们可以使用内置的英特尔软件库进一步加速软件开发，从而能够轻松导入现有应用，并开发定制安全协议，以满足特定客户需求。

确保面向关键系统的 FuSa

SCB 100 控制板通过集成到英特尔处理器中的英特尔^® 安全岛（英特尔^® SI）来保护机器人的操作。安全岛支持功能安全、协调英特尔片上诊断、报告错误并监控客户安全应用程序。当机器人运行时，安全岛会不断实时检查其方向、速度、力和其他因素的计算，以确保其正确运行。“有一百多个不同的问题可能会导致错误，包括电源偏差或内存故障，” Wang 说。

如果发生安全错误，系统会立即停止机器人，并将有关问题的反馈发送给操作员的系统集成商。

这些处理器具有运行多个人工智能和计算机视觉工作负载的性能，将非安全运动控制与安全应用相结合。这允许开发人员构建更多功能，同时节省空间和资金。其结果是机器人变得更轻量、更紧凑，客户更容易在狭小的空间内安装和部署。

未来：机器人是我们的合作伙伴

随着机器人学会做更多事情，它们与人类的互动开始不再像命令和控制，而更像团队合作。例如，开发人员可以不用手持安全挂件进行机器人训练，而是直接将一个未完成的零件交给机器人，然后引导它将零件放到数控机床上进行轮廓加工。

“未来，人类与机器人之间的协作将会越来越多，” Wang 说。在未来五到十年内，他预计将看到“人形”机器人（配有人造手臂和腿）在工厂、商店和仓库中与人们一起工作。

机器人在与人类合作时承担的职责越多，它们需要的内置安全性就越高。Wang 表示，监管机构曾经要求开发商提供两到三个 FuSa 控件，现在要求的数量已超过 30 个。随着功能更强大的机器人进入工厂和仓库车间，发布具有先进功能的模型的压力将会增加。使用预认证的安全控制板将帮助开发人员更快地将高度复杂的模型推向市场。

Wang 表示，使用高性能芯片也会有所帮助，并补充道，“高端计算性能使机器人能够执行大量安全功能，而且无需使用多个 CPU 即可完成。”

本文由 insight.tech 的编辑主管 Georganne Benesch 编辑。