fpga在机器人中的应用（工业机器人cpu）

在上期推送中，我们与大家分享了安川电机如何在机器人控制器中使用英特尔FPGA 的应用案例（第1 部分）。感兴趣的读者可以点击查看详情。今天我们为您带来下一篇文章，它回答了之前留下的两个关键问题。

编码器交叉监控

使用机器人或其他工业机械时，严格的安全措施至关重要，以帮助确保在发生操作错误或故障时不会对附近的人员或财产造成伤害，并能够最大限度地减少任何此类事件的风险。后果被最小化。虽然这些安全功能以不同的方式提供（例如使用安全通知或安全外壳来提供物理屏障），但术语“功能安全”是指通过电路、电子电路或软件来降低风险。

为了符合功能安全标准，通常需要通过添加额外的安全功能来增强控制系统。在YRC1000 上，这些安全相关系统是在单独的电路板（“安全电路板”）上实现的。

安全电路板上的英特尔FPGA 的任务是根据各轴编码器的数据持续监控机械臂的位置和速度。安全功能的示例：当机器人手臂由于某种原因移出预定义区域或超过预定义速度时，有一种机制会立即停止轴电机。

YRC1000 还集成了各种其他可靠性和安全性增强功能，包括允许不同的英特尔FPGA 交叉监控彼此的编码器数据。

如何缩短认证所需时间、减少工作量？

遵守功能安全标准是许多国家和地区的强制性要求。例如，欧盟机械指令2006/42/EC 要求遵守IEC 61508。这意味着设备供应商有义务更新其内部质量管理体系，以纳入相关标准并将其集成到开发和验证流程中。此外，使用第三方组织来认证公司设备是否符合功能安全标准是一种常见的方法。

英特尔认识到该标准的重要性，并于2010 年（第二版IEC 61508 发布同年）推出了业界首个通过IEC 61508 认证的功能安全数据包，以缩短使用英特尔FPGA 的系统通过功能安全合规性的时间认证所需时间。

该功能安全数据包适用于IEC 61508安全完整性等级3（SIL3）及以下的设计，其认证由德国第三方认证机构TV Rheinland负责。数据包包含以下内容。功能安全数据包内容详情见下表1：

指南—— 使用英特尔FPGA 开发方法和工具设计满足IEC 61508 认证要求的系统；

FMEDA工具——用于计算使用Intel FPGA的系统的故障率和安全故障比（SFF）；

安全手册—— 介绍了如何以符合IEC 61508 的方式使用英特尔Quartus Prime 设计软件和英特尔FPGA 系统；

用于Nios II 处理器等硬件的认证IP，以及用于监控FPGA、存储器和时钟信号完整性的符合IEC-61508 的诊断IP（包含源代码）；

英特尔FPGA 的最新可靠性报告；

由TV Rheinland 颁发的合规证书。

功能安全数据包以及本文中描述的机器人控制器有助于减少实现功能安全所需的时间和精力，并获得工业伺服驱动器、逆变器、安全设备和自动化控制器等安全关键型工业机械的认证。成本。英特尔估计，根据具体情况，产品开发时间可以显着缩短。在安川电机，英特尔功能安全数据包成功应用于YRC1000 安全相关系统，缩短了获得IEC 61508 SIL2、EN ISO 10218-1:2011 和EN ISO 13849-1:2015 安全标准认证所需的时间。

英特尔FPGA 满足工业机器人不断变化的需求

在各国对生产力和效率的不断追求、信息技术的进步以及劳动力不断减少的背景下，以智能运营为特征的智能工厂的概念越来越受到关注。

这些智能实践的广泛采用也可能伴随着协作机器人、自主机器人和自主AGV 等技术的进一步采用，特别是本文中描述的工业机器人。集成第五代(5G) 电信和专用5G 系统的远程控制应用试验已经开始。在提高性能和精度的同时，还需要进一步增强安全性和可靠性。

在满足安全要求以及响应这些新的智能实践和其他快速市场变化时，英特尔FPGA 及其为修改逻辑提供的灵活性将是宝贵的资产。安川电机是工业机器人领域的全球领导者之一，已使用英特尔FPGA 来提高机器人控制器的性能和准确性，并促进功能安全的实施。通过采用英特尔功能安全数据包，他们还减少了获得功能安全认证所需的工作量。

随着机器人和其他工业机械环境的不断发展，英特尔FPGA 和功能安全包已准备就绪。

编辑：jq