引言

用于三維區(qū)域監(jiān)控的安全照相系統(tǒng)由皮爾磁公司和戴姆勒－克萊斯勒公司共同研究開(kāi)發(fā)，SafetyEYE可以在危險(xiǎn)區(qū)域周?chē)O(shè)置一個(gè)特定的、三維的保護(hù)區(qū)域，其檢測(cè)區(qū)域可以快速靈活地在PC機(jī)上進(jìn)行配置。SafetyEYE在一個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了保護(hù)、控制和監(jiān)測(cè)的功能，安全部分的用戶(hù)從增長(zhǎng)的靈活性和生產(chǎn)力中獲利，而保全部分則得益于連續(xù)的目標(biāo)監(jiān)控和訪(fǎng)問(wèn)保護(hù)。

SafetyEYE不僅僅是一個(gè)傳感器，它是在三維空間中安全檢測(cè)目標(biāo)的技術(shù)基礎(chǔ)，安全照相系統(tǒng)廣泛適用于工業(yè)領(lǐng)域的各行各業(yè)，如機(jī)器中心、輪胎、包裝工業(yè)、高空作業(yè)系統(tǒng)、車(chē)輛自動(dòng)停放等等。

現(xiàn)有的安全相關(guān)解決方案存在局限性

下面以機(jī)器人工作站為例更好地進(jìn)行說(shuō)明，機(jī)器人工作站中包含有一個(gè)或多個(gè)機(jī)器人，通過(guò)安全柵欄進(jìn)行保護(hù)。

通常來(lái)講，機(jī)器人要求一些額外的保護(hù)裝置，諸如光柵和連接區(qū)域限位開(kāi)關(guān)的激光掃描儀，當(dāng)有人進(jìn)入或者是處于危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，這些裝置就會(huì)檢測(cè)出來(lái)。然而現(xiàn)有的安全相關(guān)解決方案存在明顯的缺陷。

用基于光電器件的安全裝置最多只能監(jiān)控一個(gè)平面而不是空間。而且如果自由視線(xiàn)受阻，還必須要加裝安全地毯等來(lái)進(jìn)行工作站的安全防護(hù)，因此完全覆蓋工業(yè)機(jī)器人的活動(dòng)半徑是不可能的，或者需要相當(dāng)大的技術(shù)投資。此外，常用的安全裝置會(huì)使機(jī)器人突然在危險(xiǎn)位置急停下來(lái)，而為了要重新啟動(dòng)機(jī)器人，又必須得將其放回到它停止前相同的位置，這需要一定的成本同時(shí)也會(huì)對(duì)下游生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)生影響。另一方面，該過(guò)程中包含大量的元件和復(fù)雜的接線(xiàn)，不但使得機(jī)器人工作站的保護(hù)變得十分昂貴而且對(duì)其實(shí)用性也會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的影響。

創(chuàng)新的解決方案

現(xiàn)有的安全解決方案存在的局限性是皮爾磁開(kāi)始考慮區(qū)域監(jiān)控新概念和發(fā)展安全照相系統(tǒng)思想的原因，與此同時(shí)，戴姆勒-克萊斯勒的過(guò)程發(fā)展、自動(dòng)化和控制技術(shù)部門(mén)也在思考一些新的監(jiān)控策略。他們想綜合利用一些照相機(jī)在三維空間中重構(gòu)需要監(jiān)控的區(qū)域，這樣才使得利用圖像處理算法檢測(cè)進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域目標(biāo)的方法成為可能。以運(yùn)用光學(xué)輔助系統(tǒng)為起點(diǎn)，戴姆勒-克萊斯勒研究中心的圖像處理實(shí)驗(yàn)室可以使得汽車(chē)駕駛者意識(shí)到危險(xiǎn)的發(fā)生，這也是皮爾磁和戴姆勒-克萊斯勒合作的原因。戴姆勒-克萊斯勒負(fù)責(zé)研發(fā)適用于三維圖像評(píng)估的算法，皮爾磁的任務(wù)則是使這些算法適用于工業(yè)應(yīng)用并且生產(chǎn)制造出該系統(tǒng)。

一個(gè)系統(tǒng)完成控制、監(jiān)控和保護(hù)

整個(gè)系統(tǒng)由三部分組成：傳感器單元、一臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)和一個(gè)可編程的安全控制系統(tǒng)。傳感裝置由三個(gè)高精度的動(dòng)態(tài)照相機(jī)組成，產(chǎn)生監(jiān)測(cè)空間的圖像數(shù)據(jù)。高性能的計(jì)算機(jī)作為分析單元，通過(guò)光纜接收來(lái)自照相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)并使用安全的算法產(chǎn)生空間圖像，這樣才可能從三維對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀(guān)測(cè)并且精確定義它們的位置。將此信息輸入到系統(tǒng)中配置的檢測(cè)區(qū)域用以確定是否有目標(biāo)進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域。例如，高性能的計(jì)算機(jī)將圖像處理結(jié)果傳輸?shù)絇SS可編程安全控制器，PSS控制器的輸入和輸出直接與機(jī)器自身的控制器連接，并負(fù)責(zé)整個(gè)SafetyEYE的運(yùn)行。如果分析單元給出的信號(hào)說(shuō)明有目標(biāo)進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，那么配置系統(tǒng)的輸出就將被切斷。與其連接的外圍設(shè)備也可以通過(guò)SafetyBUS p的安全總線(xiàn)系統(tǒng)切斷，將來(lái)還有可能通過(guò)SafetyNET p 以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。檢測(cè)區(qū)域、警告區(qū)域以及其他一些操作安全照相系統(tǒng)所需的參數(shù)都可以通過(guò)配置好的PC機(jī)和專(zhuān)業(yè)的軟件包來(lái)進(jìn)行設(shè)定。

完美兼容安全理念幫助預(yù)防停工

以一個(gè)利用SafetyEYE進(jìn)行監(jiān)控的機(jī)器人工作站為例，該工作站在工作的時(shí)候完全開(kāi)放，不需要任何防護(hù)柵欄。在工作站上方安裝傳感裝置，全面監(jiān)測(cè)機(jī)器人活動(dòng)的范圍。從開(kāi)始階段就將被人為操控的可能性排除在外，監(jiān)視器顯示出正在工作的安全技術(shù)：顏色、半透明立方體及三維的警告和檢測(cè)區(qū)域被輸入到照相機(jī)采集來(lái)的圖像信息中（見(jiàn)圖1）。機(jī)器人在其工作周期內(nèi)在這些區(qū)域內(nèi)活動(dòng)。將危險(xiǎn)區(qū)域定義為虛擬層的形式，包含警告區(qū)域和檢測(cè)區(qū)域。只有進(jìn)入這兩個(gè)區(qū)域的目標(biāo)才存在潛在危險(xiǎn)。

SafetyEYE特性是目標(biāo)進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域并不會(huì)自動(dòng)導(dǎo)致緊急停車(chē)，當(dāng)人進(jìn)入到虛擬檢測(cè)區(qū)域的某點(diǎn)而機(jī)器人還需要幾秒就將到達(dá)的時(shí)候，控制技術(shù)會(huì)保證機(jī)器人減速前進(jìn)。如果人發(fā)覺(jué)警告信號(hào)退出危險(xiǎn)區(qū)域，則機(jī)器人恢復(fù)至正常速度前進(jìn)。只有當(dāng)操作人員進(jìn)入到警告區(qū)域時(shí)才會(huì)造成緊急停車(chē)。而常規(guī)的保護(hù)裝置在遇到危險(xiǎn)情況時(shí)會(huì)立即停止機(jī)器人，這是SafetyEYE相對(duì)于常規(guī)保護(hù)裝置的明顯優(yōu)勢(shì)。在SafetyEYE的幫助下，可以精確控制工作流程并且安全措施靈活。

在PC機(jī)的配置警告和保護(hù)區(qū)域

為了便于管理，可以將檢測(cè)區(qū)域和警告區(qū)域組合成一個(gè)復(fù)雜的區(qū)域，這可以快速、直觀(guān)地在PC中進(jìn)行配置，如果一臺(tái)機(jī)器不同的操作模態(tài)要求不同的區(qū)域設(shè)置，可以在機(jī)器的工作周期中通過(guò)安全總線(xiàn)系統(tǒng)SafetyBUS p或者數(shù)字輸入的PSS可編程的安全控制系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的切換。使用非常靈活，一旦檢測(cè)區(qū)域確定下來(lái)，使用者也可以在SafetyEYE的配置器中通過(guò)鼠標(biāo)進(jìn)行改變，因此對(duì)于檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行的監(jiān)控基礎(chǔ)不再是技術(shù)需求而是用戶(hù)對(duì)使用周期的要求，這樣設(shè)計(jì)起來(lái)可以享有最大的靈活機(jī)動(dòng)性（見(jiàn)圖2），SafetyEYE的安裝和檢測(cè)區(qū)域的設(shè)置僅需幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間，而定位、安裝、檢查常規(guī)的保護(hù)裝置往往需要花去至少一天的時(shí)間，相比較而言，使用SafetyEYE更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，當(dāng)有人進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，一個(gè)集成的診斷功能可以將停工期縮到最短。

人機(jī)的交互作用

安全照相系統(tǒng)與傳統(tǒng)的傳感技術(shù)相比有明顯的差別，這一個(gè)系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制和監(jiān)測(cè)。SafetyEYE也可以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的控制功能，并且可以監(jiān)測(cè)一些獨(dú)立的區(qū)域，這樣不僅降低了成本，而且最大限度地減少了元器件的數(shù)量。它能夠直接連到總線(xiàn)系統(tǒng)如SafetyBUSp甚至將來(lái)的SafetyNET p，更好地節(jié)約了原材料和安裝時(shí)間。

SafetyEYE能夠以鳥(niǎo)瞰的方式保護(hù)車(chē)間，使得人和機(jī)器和諧共存。利用安全照相系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足最廣范圍內(nèi)的機(jī)械工程應(yīng)用的要求。

有價(jià)值物體和接近建筑物通路的完美監(jiān)控

安全(Safety)描述的是保護(hù)環(huán)境不受物體的影響，而安全（Security）所關(guān)注的則是保護(hù)物體不受環(huán)境的影響，這包括保護(hù)通往大樓的通路或者是監(jiān)測(cè)博物館中價(jià)值不菲的展品。例如，SafetyEYE可以不間斷地監(jiān)控有價(jià)值目標(biāo)，因?yàn)樗O(jiān)控的是一個(gè)三維的空間而不是像傳統(tǒng)的保護(hù)裝置一樣監(jiān)控一個(gè)平面。(end)