在智能制造向柔性化、人機(jī)深度協(xié)同演進(jìn)的時(shí)代浪潮下，協(xié)作機(jī)器人（Cobot）已成為生產(chǎn)線上的關(guān)鍵角色。然而，隨著人機(jī)交互距離的不斷縮短和應(yīng)用場(chǎng)景的日益復(fù)雜，傳統(tǒng)的“物理隔離+事后停機(jī)”的安全范式已難以為繼。安全與效率的矛盾，已成為制約協(xié)作機(jī)器人釋放其全部潛能的核心痛點(diǎn)。本文將深入剖析這些挑戰(zhàn)，并系統(tǒng)闡述基于鋇錸技術(shù)ARMxy BL350系列嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)及其模塊化IO生態(tài)（如Y31板）的下一代協(xié)作機(jī)器人安全控制解決方案，展示其如何通過(guò)硬件集成、軟件賦能與標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，構(gòu)建一個(gè)智能、可靠且高效的安全閉環(huán)。
一、核心痛點(diǎn)：從“被動(dòng)防護(hù)”到“主動(dòng)智能”的鴻溝
當(dāng)前協(xié)作機(jī)器人的安全實(shí)踐，普遍面臨以下多維度挑戰(zhàn)：
1.安全與性能的艱難取舍：為確保人機(jī)接觸時(shí)的安全，傳統(tǒng)方案往往通過(guò)軟件大幅限制機(jī)器人的運(yùn)行速度與功率，導(dǎo)致生產(chǎn)效率嚴(yán)重折損。即便采用協(xié)作機(jī)器人內(nèi)置的功率和力限制功能，面對(duì)工具銳角等小接觸面場(chǎng)景，仍存在造成傷害的風(fēng)險(xiǎn)，迫使系統(tǒng)運(yùn)行在更保守的狀態(tài)下。
2.感知滯后與響應(yīng)延遲：安全嚴(yán)重依賴外圍傳感器（如激光掃描儀、安全光幕）。這些系統(tǒng)與機(jī)器人控制器獨(dú)立，信號(hào)傳遞鏈條長(zhǎng)，導(dǎo)致從感知危險(xiǎn)到執(zhí)行安全停止的總體響應(yīng)時(shí)間可能超過(guò)100毫秒。在高速動(dòng)態(tài)的人機(jī)交互中，這短暫的延遲可能是致命的。
3.系統(tǒng)割裂與集成復(fù)雜：安全系統(tǒng)（傳感器、安全PLC）、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（伺服驅(qū)動(dòng)）往往來(lái)自不同供應(yīng)商，使用私有協(xié)議，形成“信息孤島”。這不僅使安全邏輯配置極其繁瑣，也導(dǎo)致安全數(shù)據(jù)（如急停原因、關(guān)節(jié)力矩）難以被上層系統(tǒng)獲取和分析，無(wú)法實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)性安全維護(hù)。
4.標(biāo)準(zhǔn)遵從與驗(yàn)證成本高昂：符合ISO 13849（性能等級(jí)PL）和IEC 61508（安全完整性等級(jí)SIL）等標(biāo)準(zhǔn)的要求，意味著復(fù)雜、昂貴的冗余安全電路設(shè)計(jì)和漫長(zhǎng)的認(rèn)證流程。對(duì)于需要頻繁調(diào)整產(chǎn)線的柔性制造而言，每次變更后的安全重新驗(yàn)證都是一項(xiàng)沉重負(fù)擔(dān)。
二、解決方案概述：BL350平臺(tái)驅(qū)動(dòng)的軟硬一體安全閉環(huán)
本方案以鋇錸技術(shù)ARMxy BL350系列為核心，構(gòu)建一個(gè)高度集成、智能響應(yīng)的分布式安全控制系統(tǒng)。
1.核心安全控制器：BL350系列，搭載TI Sitara AM62x多核處理器。其Cortex-A53核心運(yùn)行上層應(yīng)用與智能算法，Cortex-M4F實(shí)時(shí)核心或可編程實(shí)時(shí)單元（PRU）則專(zhuān)門(mén)處理納秒級(jí)響應(yīng)的硬實(shí)時(shí)安全任務(wù)，實(shí)現(xiàn)功能安全與性能計(jì)算的物理隔離。
2.安全通信骨干：基于EtherCAT FSoE協(xié)議。FSoE通過(guò)“安全容器”技術(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)的EtherCAT數(shù)據(jù)幀內(nèi)嵌入了經(jīng)安全編碼的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，可在同一根網(wǎng)線上實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)控制與SIL 3等級(jí)的安全通信，徹底打破控制與安全之間的網(wǎng)絡(luò)壁壘。
3.智能感知終端：模塊化IO系統(tǒng)，特別是Y系列模擬量輸入板，作為安全關(guān)鍵數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集前端。
4.軟件賦能工具：QuickConfig提供圖形化的安全參數(shù)配置界面；BLRAT實(shí)現(xiàn)安全策略的遠(yuǎn)程安全更新與診斷；BLIoTLink協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件則打通安全數(shù)據(jù)通往MES/云平臺(tái)的道路。
三、具體IO需求與選型配置：以關(guān)節(jié)力矩安全監(jiān)測(cè)為例
以協(xié)作機(jī)器人最核心的“碰撞檢測(cè)與功率限制”功能為例，闡述本方案中IO的精準(zhǔn)選型與功能實(shí)現(xiàn)。
1. 核心控制單元選型
主控：BL352B（具備3個(gè)EtherCAT網(wǎng)口，可同時(shí)連接伺服驅(qū)動(dòng)、分布式安全I(xiàn)O及上級(jí)網(wǎng)絡(luò)）。
SOM：SOM353（AM6254，4核A53 + M4F，8GB eMMC，2GB DDR4），提供充裕算力同時(shí)運(yùn)行實(shí)時(shí)安全任務(wù)和AI算法。
實(shí)時(shí)與安全基礎(chǔ)：Linux-RT-5.10.168內(nèi)核 + 預(yù)集成并認(rèn)證的IGH EtherCAT主站及FSoE協(xié)議棧。
2. 安全功能實(shí)現(xiàn)與IO選型
核心安全功能：基于直接力矩測(cè)量的碰撞檢測(cè)與柔順控制
傳統(tǒng)方案依賴電機(jī)電流估算力矩，延遲和噪聲大。本方案通過(guò)在機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)部署高精度關(guān)節(jié)力矩傳感器，獲取最直接、最快速的力反饋信號(hào)。

3. 軟件賦能安全運(yùn)維
QuickConfig圖形化安全配置：工程師無(wú)需編寫(xiě)復(fù)雜代碼，即可在圖形界面中拖拽設(shè)置各關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)安全區(qū)域、碰撞力矩閾值、柔順控制參數(shù)以及減速區(qū)/停止區(qū)。其AI輔助功能可分析歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，推薦更優(yōu)的安全參數(shù)，簡(jiǎn)化ISO/TS 15066標(biāo)準(zhǔn)的合規(guī)實(shí)施。
BLRAT遠(yuǎn)程安全維護(hù)：在獲得授權(quán)后，工程師可遠(yuǎn)程安全地連接機(jī)器人，更新碰撞閾值、下載安全事件日志、進(jìn)行故障診斷，極大提升了運(yùn)維效率與響應(yīng)速度，同時(shí)確保操作軌跡可追溯。
四、選擇鋇錸邊緣IO模塊（IOy系列）相較于傳統(tǒng)方案的優(yōu)勢(shì)
與“傳統(tǒng)PLC/安全PLC + 分散式IO模塊 + 網(wǎng)關(guān)”的架構(gòu)相比，基于BL350和Y系列模塊的方案實(shí)現(xiàn)了顛覆性升級(jí)：

五、總結(jié)：邁向人機(jī)共融新紀(jì)元的智能安全基座
協(xié)作機(jī)器人的未來(lái)，在于毫無(wú)芥蒂的人機(jī)共融。鋇錸技術(shù)基于BL350平臺(tái)與模塊化IO生態(tài)的解決方案，通過(guò)“芯片級(jí)實(shí)時(shí)核隔離”、“FSoE安全通信協(xié)議”與“軟件定義安全邏輯”三大支柱，系統(tǒng)性解決了安全與性能、響應(yīng)與成本、剛性與柔性之間的傳統(tǒng)矛盾。
它不僅僅是一個(gè)安全控制系統(tǒng)，更是一個(gè)開(kāi)放的智能安全基座。它將安全從昂貴的、僵化的附加選項(xiàng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榭伸`活配置、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、持續(xù)進(jìn)化的核心能力，助力協(xié)作機(jī)器人在保障人類(lèi)安全的前提下，突破速度與效能的極限，真正賦能智能制造邁向安全、高效、柔性的新紀(jì)元。


審核編輯 黃宇