ロボットシステムの安全とセキュリティ

現代の工場では、プロセスの多くの工程で人の操作員が必要です。したがって、このAGVは人のすぐ近くで、重量物や危険物かもしれないものを、危害を生じるリスクなしに取り扱わなければなりません。これを実現するためには、AGVのコンピュータは、動的に変化する環境の中で、さまざまなセンサーを使って、AGVの周囲にあるものを常に検出する必要があります。

安全柵がなくなれば、たとえば安全光バリアやToF（Time-of-Flight）カメラなどのセンシングソリューションは、ロボットシステムに周囲の状況を通知するようになるでしょう。人の接近距離に応じて、ロボットアームの速度や動作を低下させたり制限したりすることも考えられます。人が歩いて光バリアを横切ると、ロボットアームは、その動作を、人が立っている場所から遠く離れた範囲内だけに制限します。そうすれば、ロボットを完全に停止させなくても、人が部品のトレイを置いたり、作業が完了した製品を取り出したりすることができます。

しかし、センサーの監視が数秒または数分でも止まれば、すぐに重大災害が発生するでしょう。したがって、そのような機械には、特別な種類のコンピュータが必要になります。

AURIX™ マイクロコントローラファミリーで使われているTriCoreコンピュータプロセッサは、各プログラム命令を2回実行する機能を備えています。このプロセッサは、命令を実行して、その結果として得られる状況を確認します。その直後に、同じ命令をもう1度実行します。2回の処理結果が同じであれば、プロセッサはそのままタスク実行を続けます。しかし、結果が異なっていれば、非常用ソフトウェアルーチンを実行して問題に対処します。これにより、故障が発生した場合、AGVは、ほとんど即座に安全な方法で停止することができます。

これは、数多い安全機能の1つであり、このような機能を実現するのは容易なことではありません。このAURIX™マイクロコントローラの安全機能は、長年の経験と、動作中に発生する故障の潜在的原因の研究の成果です。その成果がマイクロコントローラおよび付随資料となって、検証可能な安全性を備えたロボットまたはAGVを実現しています。

これらすべてのロボットシステムは、相互に接続される必要があります。ロボットは工場内を動き回りながら、その位置を無線によってフリート管理システムに通知します。時間がたてば、施設全体のバーチャルマップができます。一時的な障害物や、新しい経路も、AGVの間で迅速に共有されます。このようにして、AGVは、工場のどの経路が通行可能か、そして、いつ、どのようにして次の島にたどり着くかがわかります。

このようにネットワーク化されたロボットは、家庭のコンピュータやスマートフォンと同様に、ハッカーやウイルス、その他のマルウェアから保護されなければなりません。さらに、その安全認証が損なわれないようにするために、認定済みのスペアパーツおよび消耗品だけが使われることを保証する必要があります。

AGVやロボットの主要部品は、何らかの修理が行われると、それ自体をメインコンピュータに登録することになりそうです。このプロセスにより、これらの部品は、それ自体が正規の部品またはアクセサリであることを証明するようになるでしょう。ソフトウェアや高額製品の正当性を確認するホログラムステッカーの機能と同じようなものです。

この認証の基礎になっているのは、 電子メールや暗号メッセージアプリによる最新セキュア通信で使われている技術と同じものです。各ロボットは、保管庫に保管された1組の鍵を持っています。この保管庫とは、ハードウェアに組み込まれた半導体を意味しています。取り付けられた部品やアクセサリは、この秘密情報を知っていることが証明されて初めて使用が許可されます。

この種のセキュリティは、ロボットシステム設計の中心的課題であって、付け足しのように扱うものではない、ということに留意する必要があります。実際に、これは、安全の実装と表裏一体をなすものと考えるべきです。機能的に安全性を備えたロボットであっても、不正侵入されて遠隔操作されるようでは、もはや安全ではありません。標準に達しない品質の設備やスペアパーツについても同じことが言えます。

インフィニオンのOPTIGA™ファミリーのようなセキュリティソリューションは、 この種の機能に必要とされる電子回路を実現します。どのようなニーズを満たすのかに応じて、このデバイスは、インターネット接続がセキュアであること、あるいは、承認されたソフトウェア更新だけがアップロードされていることを確認します。複雑でない製品については、認証機能を実装して、消耗品が正規の供給者から入手したものであることを証明することもあります。消耗品としては、たとえば、油や接着剤があります。