作者：德州儀器 Jitin George
工業 4.0 的自動化浪潮，讓工廠機器人的數量大幅增加，其中包括工業機器人、協作機器人及服務機器人 (自動導引車及自主移動機器人)。這類機器人經常與人類一同作業，因此必須具備先進的感測及功能安全能力，以識別可能發生的碰撞情況，盡可能降低人體傷害及資產損壞的風險。
工業機器人廣泛用於製造領域，執行組裝及焊接等反覆性的作業。這類機器人可輕鬆搬運高達 1,000 公斤的負載，並以每秒最高 10 公尺的速度運作，因此能夠達到優於人類的效率及製造生產力。工業機器人一般是在籠子或圍籬內運作以保護人類，並配備感測器，偵測到人類進入工作區域時安全地停止運作。
雖然安全籠是保護人類不受工業機器人傷害的傳統方法，但仍有缺點存在。首先，安全籠佔用相當大的空間，讓製造商難以在工廠增加使用更多機器人。第二，只要有人進入安全籠就必須停止機器人，因此會增加循環時間，也就是工業機器人必須花更多時間才能完成一項工作；循環時間也會影響機器人終端效應器運作的最高速度。優化循環時間能夠提升生產力。
找出適當的感測器解決方案
一家工業公司最近聯繫德州儀器，決定為工廠升級尋求虛擬安全護欄解決方案。這家公司為了盡可能縮短工業機器人的循環時間，並且不危害人類安全，希望人類在場時能讓機器人減慢為安全的運作速度，而不是完全停止運作。
為了在相同空間容納更多工業機器人，並達成最佳化循環時間的整體目標，以提升製造生產力，公司希望淘汰舊式安全籠，更換為虛擬安全護欄這類非接觸式感測器解決方案，以便在每個機器人手臂周圍建立警告及危險區域，偵測其中是否有人進入，協助確保工作人員安全無虞。圖 1 說明現有及要求的配置情形。
這項非接觸式感測器解決方案必須具備功能安全，盡可能降低潛在危險故障事件的相關風險，以免造成人體傷害或損害環境或資產。德州儀器以自家的毫米波 (mmWave) 雷達感測器進行設計，協助解決以上各類挑戰。德州儀器從功能安全觀點出發，進行大量的軟硬體開發流程，並取得德國技術監督協會 (Technischer Überwachungsverein，TÜV) SÜD 裝置認證，開發出 IWR6843 等 mmWave 裝置。IWR6843 感測器也具備多項內建功能安全機制 (如圖 2 所示)，並依據國際電子電機委員會 (International Electrotechnical Commission) 61508 要求提供必要的診斷涵蓋範圍，以便在元件層級達到最高安全完整性等級 (SIL) 2 的隨機硬體功能。
以德州儀器 mmWave 為基礎的安全護欄，不會受到環境因素影響，例如廠區的碎屑、煙霧及照明條件。相較於符合功能安全規範的光達型同類產品，這類安全護欄的成本較低，形狀係數也比較小。基於以上原因，客戶希望使用 IWR6843 感測器解決其設計挑戰。不過客戶並不是雷達或安全專家，因此需要更多指導來協助處理雷達開發事宜，以及終端產品的功能安全認證流程。客戶缺乏雷達及功能安全的專業知識，再加上時間緊迫，因此需要尋求以符合功能安全需求的感測器為基礎的第三方統包解決方案。
尋找適當的統包雷達感測解決方案
專案首席工程師下載工業 mmWave 雷達感測器第三方搜尋工具後，在統包類別找到 Inxpect 以 IWR6843 為基礎的 SBV-01 安全雷達感測器。SBV-01 是理想選擇，因為這款感測器支援出入偵測、預防重新啟動，並具備動態的 3D 涵蓋範圍。Inxpect 已經針對 SBV-01 模組通過 SIL 2 認證流程，因此終端客戶可輕鬆整合模組，更快實現 SIL 認證的系統。安全認證通常要花相當長的時間，大多需要一年以上。Inxpect 能夠協助減少開發工作、避免冗長的認證時間，並能配合緊迫時程，提供符合技術要求及 SIL 2 認證的統包解決方案。
如欲瞭解德州儀器 mmWave 如何協助您大幅提升工業自動化應用，請參閱工業 mmWave 雷達感測器第三方搜尋工具，在其中探索各種不同的產品類別，依據相關參數進行排序，並直接聯絡第三方尋求協助。
其他資源：
