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MiR自主移动机器人的安全性分析

发布时间:2019-12-09

全面的安全性是协作移动机器人和自主移动机器人AMR的主要特性,这些机器人可以在动态环境中运行,并与人类一起工作。由于各行业对AMR的需求日益增长,提供确保安全的系统至关重要。


讨论安全问题时,需要区别实现日常操作自主安全导航的机器人特征,以及机器人内部集成的安全功能,以确保即使主要系统出现故障,机器人也能始终确保安全。

MiR机器人

AMR特点:MiR机器人的传感输入确保安全导航


MiR机器人日常操作的安全行驶模式依赖多传感器安全系统,通过将数据输入复杂的规划算法,帮助机器人确定行驶路线,并判断是否需要调整路径或立即安全停车以避免碰撞。


先进的双激光扫描仪方式进行导航并实时检测障碍

所有MiR机器人都配备了双激光扫描仪,分别位于机器人的前后两个角落,提供360度的视场FoV。借助这种双激光方法,机器人能够在遇到无法移动的障碍物时安全后退,或者探测从后面或侧面接近的人,并在需要时停车或调整路线。作为第一家AMR制造商,MiR使用最新最先进的激光扫描技术——SICK microScan3。这些通过ISO 13849认证的激光扫描仪符合类别3性能水平d安全标准,性能优于市面所有其他激光扫描仪。借助SICK microScan3,机器人不受光线和灰尘的影响,而这些因素通常会严重影响机器人导航,而且这些激光扫描仪的精度是其他类型激光扫描仪的10倍。 

MiR机器人

双3D相机提升安全性

激光扫描仪是MiR机器人综合安全和导航系统的主要组成部分。此外,确保MiR移动机器人日常操作安全顺利还需要许多其他功能。


安装在机器人前侧的双3D相机可以帮助机器人探测0-1,700mm高的障碍物。在120°的水平视角下,机器人总能看到前进道路上的障碍物。相机可检测在安全激光扫描仪视场范围内外的障碍物。这使得机器人可以安全地围绕桌子移动,例如,桌子在激光扫描器的视场之上,但低于机器人的高度(包括顶部模块和负载)。还可以避开其他障碍物,如货架。

MiR机器人

2台3D 相机 | 视场:检测0-1,700mm高的物体 | 120°水平视角


用于检测脚部和托盘的接近传感器

MiR500和MiR1000机器人配备了24个接近传感器,安装在机器人的各个角落并指向地面。这些传感器专门检测低于激光扫描仪视场的脚部和托盘。AMR行驶时,可以借助相机检测并绕开前方地板上的障碍物,但当它从静止状态转变为移动和转动时,激光扫描仪无法检测紧邻它且高度低于20cm的障碍物,例如脚部和空托盘等,这会导致危险情况发生。在这里,MiR机器人配备了其他AMR通常不具备的接近传感器,从而提升了安全性,而这对重载机器人至关重要,因为如果它们压过脚部,会造成严重伤害。 

MiR机器人

每个角落配备6个接近传感器,检测空托盘和脚部


额外传感输入与软件提升安全性

MiR机器人配备的其他传感器包括加速度计和陀螺仪,用于感测惯性力、加速度和旋转;每个轮子上都配备编码器以测量速度,并精确反馈给激光扫描仪,以检测机器人是否在潮湿的地板上打滑。


机器人的保护区域取决于机器人的速度。这使得机器人在非常接近障碍物时能够安全缓慢地行驶,如果几厘米范围内出现一个人或障碍物,机器人就会自动停车。 


最后,还可以轻松为机器人编程来优化安全性。可以通过个人电脑、智能手机或平板电脑轻松在机器人地图上标记出禁区。其他指令编程也可以轻松实现,如定义首选路径或限制机器人在交通繁忙区域的速度。所有MiR机器人都配备独特的灯条,可以通过颜色变换提醒工作人员,还可以轻松设置声音提示,包括嘟嘟声、喇叭声或任何其他声音。 

MiR机器人

可以轻松更新机器人地图的不同区域,

这些区域用不同的颜色区分。

在这张地图上,您可以看到:

红色区域=禁区 | 绿色区域=首选区域 | 黄色区域=机器人发声区域


功能安全增加了MiR安全系统的可靠性

在没有外部安全措施的环境中,自主移动机器人与人一起搬运货物。有些AMR体积较小,只能承载小型货物,但重载AMR的负载较高,可以装载托盘或大型货物,最大重量可达1,000公斤。如果常规安全系统由于某种原因出现故障,重载AMR尤其容易造成伤害。例如,一种非常危险的情况就是电机控制器短路。如果没有配备额外安全功能,AMR会全速运行而无法停车,这可能造成巨大危害。这只是AMR必须提供符合安全标准的功能安全措施的一个例子,以解决固有安全设计措施(如传感输入)无法解决的潜在风险。


AMR安全系统要求的性能水平

所有安全系统的设计都有一个基本前提,即任何系统都有可能发生故障。根据AMR最适用的安全标准EN 1525,AMR的安全功能应根据EN ISO 13849类别3性能水平d进行设计,它用于评估与安全相关的控制系统。所需性能级别作为风险评估的一部分而确定,其中危险情况被划分为5个性能级别,从PL“a”(低)到PL“e”(高)。风险越大,安全系统的可靠性要求就越高。如果一个安全系统是PLd级,这意味着系统发生危险故障的概率是每小时>10-7 到 >10-6次,相当于20年不到一次。类别是指用以达到特定性能水平的电路结构。类别3意味着电路是多通道结构,始终能够检测单个故障。 

MiR机器人

图例

I: 起点 | PLr: 需要的性能水平

参数

S: 损坏的严重程度 | S1: 轻伤 | S2: 重伤

F: 风险发生频率

F1: 罕见到频繁,持续时间短 | F2: 频繁到连续,持续时间长

P: 避免风险或限制损失的可能性

P1: 在某些情况下是可能的 | P2: 不太可能


风险图用于确定指定安全功能所需的性能级别(PLr)。如果AMR系统发生故障,可能会对人造成严重的伤害,因此大多数安全功能都需要达到PLd级。


设计符合安全标准

MiR机器人满足EN 1525和美国相应标准ANSI / ITSDF标准B56.5-2012,产品设计面向未来标准,如ISO/FDIS 3691-4、ISO/FDIS 10218、RIA 15:08以及UL 3100,配备各类相关安全功能,以确保即使主要安全功能发生故障,机器人也能做出反应确保安全。MiR机器人的安全功能在Sistema报告中有记载,MiR可以根据客户要求共享信息。

MiR机器人


四大功能;紧急停车、区域切换、人员检测和超速检测是AMR的强制要求,所有MiR机器人都包含这些功能。这些功能可以确保机器人在发生故障时停车,因为如果发生故障,紧急停车会切断电力传动的电源。


五大安全功能;区域屏蔽、安全限制速度、安全保护停车、移动能力和系统紧急停车都是为了应对与负载和容量相关的危险,因此MiR500和MiR1000包含这些功能。机器人在日常操作中也会主动使用这些功能。例如,当机器人停靠在托盘架上时,现场减弱用于减弱/减少保护区域;因为通常情况下,为了确保在人类周围时的安全性,重载机器人的保护区域相当大,而在行驶进入托盘架时,保护区域需要显著缩小。一旦机器人行驶出托盘架,保护区域将重新激活。同样,装卸货物时也使用安全保护停车和行走功能,以确保机器人在装卸货物时禁止行驶。当装卸完成后,这些功能将被停用,机器人可以再次行驶。 


始终确保安全至上

投资AMR的重要考量是不能危及安全。必须始终以安全的方式使用AMR,因为您的员工将与它在同一场所工作。因此,当您投资AMR系统时,必须考虑AMR的设计是否能够应对安全特性故障。


MiR机器人配备了先进的多传感器安全系统和功能安全措施,堪称市场上最安全的AMR。MiR机器人不仅符合当前和未来的安全标准,也是营造AMR与人类协作的安全工作环境的解决方案。

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