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软件正在节制车辆跟设备方面继承施展着愈来愈紧张的作用。同时，软件毛病的偶然性威逼到软件节制的机械与人类交互的使用中的平安操纵。例如，正在协作机器人中，机器人跟人类慎密相连，软件毛病能够间接招致对人类的身体损伤。

关于这些应用程序跟其他机械操纵中的计算机系统毛病能够危及人类的应用程序，设计师须要正在根底层面上对其体系停止安全控制。智能利用已内置于微控制器跟数字信号处理器中的硬件功用可以资助加重硬件或软件中的毛病影响。

自动化跟手工劳动继承彼此增补普遍的产品成本跟功用窗口。虽然自动化可以无效天供给大批量，低成本的产物，但手动组装关于出产下本钱，低产量的产物最为无效。协作机器人供给了一种混淆方式，致力于归并每种方式的优点。

图1：协作机器人体系供给了一种混淆方式，融会了手动出产跟自动化体系的劣势。

协作机器人体系致力于与特定事情区内的职员间接协作。这类混淆方式将机器人的珍贵力气跟耐力与人类的解决问题的才能相结合。与此同时，这类方式给人类工作者带来了极大的危险。

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机器人体系可能以很大的力度摆动机器臂，并以极大的力气捉住物体。安排正在事情单位中，典范的机器人被限定正在与人类工作人员协作的同时正在明白界说的操纵窗口内挪动，但正在保护工作人员顾问体系时挪动到更年夜的限定规模内。很少有机器人体系容许正在人类存在的环境下穿过其完全的最大包络。

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图2：工业机器人须要深度嵌入式平安机制，可能确保正在与畸形出产跟保护相关的特定区域内平安运转。（起源：美国劳工职业平安与安康管理局）

传统的机器人拆卸体系计划有物理限定或围栏事情区域，以护卫四周的人。当正在一个或多团体四周事情时，协作机器人体系简直不计划到事情单位中的物理护卫。相反，这些体系依赖于内置机制去确保安全操纵。正在如许的体系中，由软件缺陷或硬件毛病惹起的体系级毛病可以简单天容许可移动机器人臂加速进入人体或履行一些物理运动，那能够对人类协作事情带来间接危险。

图3：正在工场车间，制造商正在工业机器人周围设置物理屏蔽，以防备与四周的人类工人不测打仗。

安全策略

关于计划职员来讲，确保机器人体系的平安运转始于确认其根底控制系统按预期运转。专为实时控制使用而计划的DSP跟MCU供给了多种专门用于此目标的内置平安功用。例如，ADI公司的ADSP-BF707DSP跟德州仪器的Hercules™系列MCU均集成了多种存储器搜检功用，包罗用于片上存储器的毛病校验跟校订，用于片外的奇偶校验位搜检用于间接内存接见传输的内存跟轮回冗余校验。

虽然这些内存功用可以正在内存操纵时代改正或至少辨认毛病，但确保处理器本身的精确操纵是更庞大的问题。处理器焦点本身中呈现的硬件毛病能够招致不成猜测的毛病，包罗机器臂或机械手的危险运动。为了辨认焦点毛病，模拟ADSP-BF707DSP跟TIHercules系列MCU均包括集成正在处理器内核中的内置自测机制。虽然BIST正在履行使用程序代码本身时没法运转，但体系计划职员可以将完全或部门自检运转与使用程序代码履行交错-若是没有接连监督处理器功用，则供给连续的。

利用TIHercules系列MCU例如，计划职员可以经由过程几个简略的步调启动BIST扫描：

设置时钟域频次

取舍要运转的测试距离数

设置自检运转的超时工夫

保留寄存器形态，包罗CPU内核寄存器跟协处理器寄存器和硬件断点跟监督面寄存器

经由过程将响应的位写入CPU自检控制器寄存器去启用自检

守候CPU重置

正在重置处理程序中，读取CPU自检形态以辨认任何毛病

检索CPU形态

图4：工程师可以轻松实现完全或部门BIST扫描，正在应用程序履行之间交错。关于TIHercules系列MCU，工程师可以实现代码以快捷履行各类外务处置惩罚步调，最初经由过程此处所示的自检控制器寄存器中的座位停止自检。

拦阻软件毛病

与大多数当先的应用程序一样，协作机器人体系依赖软件去实现其功用的次要部门，特殊是关于高度差异化的才能。正在操纵时代，任何数目的软件毛病（包罗毛病设置的指针变量，仓库溢出或逃走测试笼罩的代码毛病）皆能够导致系统挂起或以其他方法离散到非预期的操纵中。为了防备这类类型的体系行动，计划职员可以正在软件本身中实现运转时搜检。

利用看门狗定时器供给了一种特殊无效的机制去捕捉挂起处理器的毛病。正在这类传统方式中，软件以比看门狗定时器的超时设置短的周期重置看门狗定时器。若是看门狗定时器的确超时，则意味着从未产生预期的定时器复位-默示使用程序代码挂起且体系处于某种没有肯定形态。面向平安的处理器，如ADI公司的ADSP-BF707DSP跟德州仪器的Hercules系列MCU，集成了看门狗定时器功用。另一方面，利用自力的内部看门狗定时器可进一步降低毛病环境影响内置看门狗的可能性。

德州仪器的TPS3823-33监控IC等器件供给DSP跟基于MCU的体系，存在电路初始化跟时序监控和电源电压监控功用。该器件集成了一个看门狗定时器，必需经由过程WDI输入的正或背转换周期性触发，以制止收回复位旌旗灯号。当监控体系未能正在超时距离ttout内从头触发看门狗电路时，RESET正在时间段td内变成无效，招致处理器进入其硬件复位周期。便像笔记本电脑用户正在他们的体系挂起时轮回一样，这类方式能够是从深层软件毛病中规复的独一无效方式。

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图5：除其他监控功用中，德州仪器TPS3823-33IC借供给硬件看门狗定时器，可进一步防备能够呈现的毛病片上看门狗定时器。

体系级平安

除初级机制中，经验丰富的计划职员借利用各类方式确保基于处理器的控制系统继承发生预期输出。更高等其它“平安”架构依赖于冗余履行要害功用的计划，经由过程正在统一数据上自力履行不异功用的多个并行门路发生该当不异的成果。正在要害使命使用中，例如依赖于来自发动机跟节制概况的正确传感器读数的航空电子设备，硬件计划职员可以构建多个自力的传感器门路，以便即便正在航行操纵时代一个传感器产生毛病也能继承运转。

转换到机器人挪动算法的软件级别，例如，软件工程师能够利用两种分歧的算法或不异算法的分歧实现去资助验证连续的体系功用。正在这里，工程师将创立设置为与原始数据工具不异的值的分歧工具，以利用分歧的代码形式计较不异的算法。监视代码将比力成果并正在没有同时天生异常。例如，关于原始函数：

函数事情（VariableA，VariableB）：

if（VariableAVariableB）：

//履行必须的函数

//基于VariableA跟VariableB

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...

前往成果

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工程师会创立一个替换实现，利用设置为不异值的分歧变量工具去计较某些成果：

//将新工具实例设置为原始变量中的值

functionworkNew（VariableA，VariableB）：

VariableNewA=deepcopy

VariableNewB=deepcopy

if（VariableAVariableB）：

if（VariableNewA=VariableNewB）：

//天生异常-能够的内存毛病

codeelse：

//履行必须的函数

//利用新变量跟

//备用编码形式

...

前往ResultNew

//supervisor

X=work

XNew=workNew

if：

//天生故障异常

//不然继承利用X

专门的多核MCU正在观点上利用不异的方式去确保底层处理器本身畸形运转。这里，统一处理器内核的多个正本以锁步方法履行不异的软件-同时或以小的时钟偏移履行。以锁步方法运转的这些内核的输出的任何差别皆评释MCU存在初级毛病-能够是因为某种硬毛病招致的瞬态毛病，例如因为某些外部功用毛病招致的辐射或硬毛病。

ARM供给双核锁步冗余焦点设置，容许MCU制造商为平安使用实行锁步焦点。德州仪器已正在其Hercules系列MCU中实现此功用。正在这里，一对ARM®Cortex®-R5F内核以锁步方法运转-履行距离两个时钟周期-以削减alpha粒子的硬毛病招致内核履行完全相同成果的可能性不异的代码同时。留神：Alpha粒子是IC封装不可避免的反作用，由于它正在低衰减率下含有低水平的放射性物质，而且能够招致硬毛病。

正在TMS570LS0714中，一个特别的单位，CPU比力模块，比力两个焦点的输出旌旗灯号。关于程序员来讲，这个进程是通明的。没有须要特别编码，锁定焦点之间的比力会自动停止。

图6：集成正在Hercules系列MCU中的CPU比力模块监督MCU双核心的输出，以两个周期的耽误同步运转。此耽误有助于防备瞬态毛病影响两个内核并经由过程已检测到的环境。

虽然这些硬件功用有助于确保畸形运转，但构建功用平安应用程序对软件开发跟认证提出了严厉的要求。TI的SafeTI计划包撑持各类范畴的功用平安使用开辟，包罗工业机器，工业进程，医疗，汽车，铁路跟航空。除SafeTI软件库供给的功用中，计划包借撑持与合乎ISO26262，IEC61508跟IEC60730等平安尺度相关的要求。

论断

协作机器人技巧为人类履历与机械精度相结合供给了紧张机缘。正在人类的近距离事情中，协作机器人体系正在确保安全操纵方面提出了庞大应战。专门计划用于撑持功用平安使用的公用DSP跟MCU供给集成功用，可资助辨认毛病并加重其正在应用程序级别的影响。利用这些设备，计划职员可以为协作机器人体系树立平安根底。

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