非人类乘客

您的作者深入研究了不同类型机器人对电梯的特殊要求。

罗里·史密斯博士
本文首次发表于 10 日
电梯和自动扶梯技术研讨会， www.liftsymposium.org.

越来越多的电梯被要求在多层建筑的楼层之间运送机器人。 目前可用的机器人对电梯有特殊要求，而这些要求会影响交通处理。 在这里，解释了特殊需求，并使用模拟审查了这些需求对等待时间和运输时间的影响。

介绍

机器人类型

机器人主要有两种类型：工业机器人和服务机器人。 工业机器人用于制造。 [1] 国际标准化组织 (ISO) 将服务机器人定义为“为人类或设备执行有用任务的机器人，不包括工业自动化应用”。^[2] 国际机器人联合会将服务机器人进一步细分为三类：^[3]

1. 专业服务机器人
2. 用于家庭/家庭任务的服务机器人
3. 娱乐服务机器人

用于家庭/家庭任务的服务机器人就是这样的东西

作为机器人地毯清洁工。 用于娱乐的服务机器人本质上是玩具。 因此，本文仅针对专业服务机器人。
虽然有许多类型的专业服务机器人，包括一些奶牛和其他军事应用，但有一部分专业服务机器人将与人类一起乘坐电梯。 ISO 13482 进一步将这些类型的机器人定义为“移动仆人机器人”。^[4] 移动仆人机器人根据以下特征分为1.1型或1.2型：

• 1.1型：小而轻、慢且无机械手
• 1.2型：大或不轻或快速或带机械手

机器人使用电梯的建筑类型

有四种建筑类型正在越来越多地应用移动仆人机器人。 这些建筑类型是酒店、办公楼、住宅楼和医院：

1. 在酒店，仆人机器人被用于客房服务交付以及客房服务车的交付和移动。
2. 在写字楼中，机器人正在从建筑物外的来源递送包裹和邮件，以及办公室之间的通信。
3. 电子商务的发展导致多层住宅建筑的包裹递送增加。 机器人被用于从大厅到住宅单元的最后交付。
4. 医院已经使用气动管系统来运送药物和运输病历。 气动管制造商现在提供机器人作为管的替代品。^[5]

机器人通用安全标准

ISO 13482 建立了个人护理机器人的安全要求。 [4] 该标准确定了需要通过风险评估解决的 53 种危害。 该标准建立了安全相关控制功能的性能等级 (PL)。 PL 在 ISO 13849-1:2015 机械安全—控制系统的安全相关部分中定义。^[6]

1.1 型和 1.2 型移动仆从机器人的紧急停止功能都需要达到 PL“D”。 对于所有其他安全功能，1.1 型机器人必须达到 PL“B”，而 1.2 型机器人必须达到 PL“D”。

PL B 表示危险故障的概率在 1 X 105 和 3 X 106 之间。PL D 表示危险故障的概率在 1 X 106 和 1 X 107 之间。

影响电梯的机器人特性

质量和尺寸

有几家制造商制造的两种基本类型的移动仆人机器人需要使用升降机才能发挥作用。 一种是被一家制造商称为“拖船”的大质量车辆。^[7] 另一种类型的机器人是用于客房服务的低质量单元。

拖船型机器人的有效载荷为 453 kg。 拖船及其铅酸电池也有很大的质量。 它长 1,164 毫米，宽 570 毫米。 它的车削包络线为 1,270 毫米。^[7] 这是 1.2 型机器人。
客房服务机器人的总质量（包括有效载荷）为 50 公斤。 该机器人为圆柱形，直径为 500 毫米。 车削包络线也是 500 毫米。^[8] 这是 1.1 型机器人。

客房服务机器人旨在与人类乘客一起乘坐电梯。 拖船型机器人的质量、尺寸和转弯范围需要更大的升力。 应考虑限制拖船型机器人进入服务升降机。

速度

两种类型的机器人都具有 0.76 m/s 的速度。 可以假设步行到电梯的人的步行速度为 1.0 m/s。^[9] 步行速度是加载时间的一个组成部分。

动能

动能由以下等式定义：^[10]

克= ¹/₂ mv^{2 (1)}

其中KE代表动能，m代表质量，v代表速度。

ASME A17.1 规范对带有自动传送装置的升降机有动能和速度限制。^[11]

自动转移装置被定义为“一种动力操作的机构，可自动将包括手推车、手提箱、托盘、轮式车辆、箱子或其他类似物体的负载移出和/或移到汽车上。” 卸载时动能极限为40 J，速度极限为0.5 m/s。 这些限制并不直接适用于搭载人类乘客的机器人，因为乘客不会乘坐升降机。 然而，它们在缺乏机器人特定标准的情况下提供了一些指导。

对于总质量为 600 kg（453 kg 有效载荷和 147 kg 估计拖船质量）的拖船型机器人，在装载和卸载期间需要将装载速度降低 0.365 m/s 以符合 40 J 限制. 以 0.76 m/s 运行的客房服务机器人不超过 40 J 限制。 然而，它确实超过了 0.5 m/s 的速度最大值。 因此，装卸时的最大速度应限制在0.5 m/s。

基于动能和速度限制，机器人的装卸时间应大于人类的装卸时间。 需要通过观察以这些速度运行的机器人的装载操作来收集数据。 在没有这些数据的情况下，在评估机器人对交通处理性能的影响时，在装载和卸载时间上增加 1.2 秒似乎是合乎逻辑的。 这些增加的时间将增加等待和运输时间。

个人空间

与电梯相关的个人空间定义了一次乘坐电梯的乘客数量。 CIBSE 指南 D：建筑物中的交通系统建议成年男性将占据 0.21 平方米的空间。 [9] 这是基于男性是欧洲人或北美人，不包括个人空间。

Gina Barney 博士建议电梯的设计容量应以每人约 0.263 平方米为基础。^[12]个人空间是人与人之间的空间。 机器人不是人。 有一些研究表明人类并不将机器人视为社会实体（人类）。 [13] 人类对机器人的空间距离可能受到影响人类空间距离的相同因素的影响，例如年龄和文化。

这方面需要研究。 但是，在缺乏数据的情况下，起点可能是在客房服务机器人周围添加 150 毫米的缓冲区。 例如，直径为 500 毫米的圆柱形机器人将占用 0.5 平方米（空间直径为 800 毫米）。

拖船型机器人的个人空间应该有所不同，因为它们的质量、物理尺寸和转弯范围需要大的升降机。 下一节将不考虑拖船机器人。

交通影响

对安装在加利福尼亚州一家现有四星级酒店中的客房服务机器人对客流量的影响进行了研究。 以下是用于本次交通研究的建筑物、电梯系统和乘客特征。

建造：

• 层数：25
• 房间：510，位于 4-25 层
• 调度大厅：1层
• 入住率：440，基于 86% 的入住率和每间客房一人

升降系统：

• 汽车数量：4
• 容量：1600公斤
• 速度：2.5 m / s
• 调度算法：预计到达时间
• 门型：中开
• 门宽：1,066 毫米
• 汽车装载量：按体积计 60%

乘客，人类：

• 加载时间：1.2 秒
• 卸载时间：1.2 s
• 面积：26 平方米

乘客、机器人（客房服务型）：

• 加载时间：2.4 秒
• 卸载时间：2.4 s
• 面积：0.5平方米

图 2 和图 3 显示了使用未安装机器人的彼得斯特许建筑服务工程师学会 (CIBSE) 酒店模板的交通模拟结果。 图 2 显示了等待时间，而图 3 显示了运输时间。

图 4 和图 5 显示了使用 Peters CIBSE 酒店模板的交通模拟结果，另外还有一个人提供客房服务。 一个人每 5 分钟进行一次送货往返。 图 4 显示了等待时间，而图 5 显示了运输时间。

图 6 和图 7 显示了使用 Peters CIBSE 酒店模板和一个机器人提供客房服务的交通模拟结果。 一个机器人每 5 分钟进行一次送货往返。 图 6 显示了等待时间，而图 7 显示了运输时间。

表 1 总结了这些结果。

需要注意的是，由于“个人空间”和装卸时间，一个机器人比一个人多增加12.5%的等待时间。

结论

机器人应该被视为一种新的乘客，因为它们的行为方式与人类不同。 目前，它们在装载和卸载过程中必须控制速度，以控制动能或速度。 随着机器视觉的不断改进，机器人可能会比人类更擅长避免与人和财产发生碰撞，而这些限制可能会得到放松。

机器人的物理形状与人类不同，因此它们占据的占地面积也与人类不同。

需要更多的研究来了解人类与作为乘客的机器人的互动。 我们需要知道人类与机器人之间需要多少个人隔离。

机器人的速度和个人空间特性对电梯系统的交通处理能力有负面影响。 如果机器人计划用于新建筑，则建议的升降系统的设计应考虑到这些影响。 如果建议将机器人用于现有建筑物，则应进行交通研究以证明机器人的影响。 随着机器人安装量的增加，电梯交通顾问需要了解机器人对交通的影响，以便为客户提供适当的建议。

案例
[1] wikipedia.org/wiki/工业机器人
[2] ISO 8373：2012 机器人和机器人设备 — 词汇。
[3] 执行摘要，World Robotics，2017 年服务机器人 (ifr.org/downloads/press/Executive_Summary_WR_Service_
Robots_2017_1.pdf)。
[4] ISO 13482：2014 机器人和机器人设备——个人护理机器人的安全要求
[5] 中继自治服务 (swisslog.com/en-us/healthcare/products/material-transport/autonomous-service-robot)。 ISO 13849-1:2015 安全
[6] 控制系统的机械/安全相关部件。
[7] TUG T3 自主移动机器人 (aethon.com/tug)。
[8] “与 Phil Herget 的讨论”，Savioke Robotics（2018 年 XNUMX 月）
[9] CIBSE 指南 D：建筑物中的交通系统。 CIBSE，诺里奇（2015 年）。
[10] Giancoli, D. 物理学：应用原理。 波士顿，皮尔逊（2012 年）。
[11] ASME A. SME A17.1：电梯和自动扶梯安全规范
纽约（2013 年）。
[12] Barney, G. 电梯交通手册。 伦敦：斯邦出版社（2003 年）。
[13] Walters, M. 等，近距离接触：人与机械外观机器人之间的空间距离。 在：2005 年第五届 IEEE-RAS 人形机器人国际会议论文集
机器人（2005）。