تتمتع الروبوتات الصناعية التقليدية بحجم كبير وعامل أمان منخفض، حيث لا يُسمح بوجود أشخاص داخل نطاق التشغيل. مع تزايد الطلب على الإنتاج الديناميكي غير المنظم مثل التصنيع الدقيق والتصنيع المرن، فإن تعايش الروبوتات مع البشر والروبوتات مع البيئة قد وضع متطلبات أعلى لتصميم الروبوت. تسمى الروبوتات التي تتمتع بهذه القدرة بالروبوتات التعاونية.
الروبوتات التعاونيةتتمتع بالعديد من المزايا، بما في ذلك الوزن الخفيف، والصداقة للبيئة، والإدراك الذكي، والتعاون بين الإنسان والآلة، وسهولة البرمجة. وراء هذه المزايا، هناك وظيفة مهمة للغاية، وهي اكتشاف الاصطدام - وتتمثل الوظيفة الرئيسية في تقليل تأثير قوة الاصطدام على جسم الروبوت، وتجنب تلف جسم الروبوت أو المعدات الطرفية، والأهم من ذلك، منع الروبوت من التسبب في أضرار للإنسان.
مع تطور العلوم والتكنولوجيا، هناك العديد من الطرق لتحقيق اكتشاف الاصطدام للروبوتات التعاونية، بما في ذلك علم الحركة والميكانيكا والبصريات وما إلى ذلك. وبطبيعة الحال، فإن جوهر أساليب التنفيذ هذه هو المكونات ذات وظائف الكشف المختلفة.
كشف الاصطدام للروبوتات التعاونية
ليس المقصود من ظهور الروبوتات أن تحل محل البشر بشكل كامل. تتطلب العديد من المهام التعاون بين البشر والروبوتات لإنجازها، وهذه هي خلفية ولادة الروبوتات التعاونية. الهدف الأصلي من تصميم الروبوتات التعاونية هو التفاعل والتعاون مع البشر في العمل، من أجل تحسين كفاءة العمل وسلامته.
في سيناريو العمل،الروبوتات التعاونيةالتعاون بشكل مباشر مع البشر، لذلك لا يمكن المبالغة في التركيز على قضايا السلامة. من أجل ضمان سلامة التعاون بين الإنسان والآلة، قامت الصناعة بصياغة العديد من اللوائح والمعايير ذات الصلة، بهدف النظر في قضايا السلامة للتعاون بين الإنسان والآلة من خلال تصميم الروبوتات التعاونية.
وفي الوقت نفسه، يجب على الروبوتات التعاونية نفسها أيضًا ضمان السلامة والموثوقية. ونظرًا للدرجة العالية من الحرية المكانية التي تتمتع بها الروبوتات التعاونية، والتي تحل بشكل أساسي محل العمل البشري في البيئات المعقدة والخطيرة، فمن الضروري أيضًا اكتشاف الاصطدامات المحتملة بسرعة وبشكل موثوق في أعمال الطحن والتجميع والحفر والمناولة وغيرها من الأعمال.
من أجل منع الاصطدامات بين الروبوتات المتعاونة والبشر والبيئة، قام المصممون بتقسيم عملية اكتشاف الاصطدام تقريبًا إلى أربع مراحل:
01 كشف ما قبل الاصطدام
عند نشر الروبوتات التعاونية في بيئة العمل، يأمل المصممون أن تتمكن هذه الروبوتات من التعرف على البيئة مثل البشر وتخطيط مسارات الحركة الخاصة بها. ولتحقيق ذلك، يقوم المصممون بتثبيت المعالجات وخوارزميات الكشف بقدرة حاسوبية معينة على الروبوتات التعاونية، وبناء واحدة أو أكثر من الكاميرات وأجهزة الاستشعار والرادارات كطرق للكشف. كما هو مذكور أعلاه، هناك معايير صناعية يمكن اتباعها لاكتشاف ما قبل الاصطدام، مثل معيار تصميم الروبوت التعاوني ISO/TS15066، والذي يتطلب من الروبوتات التعاونية التوقف عن العمل عندما يقترب الأشخاص والتعافي فورًا عندما يغادر الناس.
02 كشف الاصطدام
هذا نموذج إما نعم أو لا، وهو ما يمثل ما إذا كان الروبوت التعاوني قد اصطدم. ومن أجل تجنب إثارة الأخطاء، سيضع المصممون عتبة للروبوتات التعاونية. يعد تحديد هذه العتبة دقيقًا للغاية، مما يضمن عدم تشغيلها بشكل متكرر مع كونها حساسة للغاية لتجنب الاصطدامات. ونظرًا لأن التحكم في الروبوتات يعتمد بشكل أساسي على المحركات، فقد قام المصممون بدمج هذه العتبة مع خوارزميات التكيف الحركي لتحقيق توقف الاصطدام.
03 عزل الاصطدام
بعد أن يؤكد النظام حدوث تصادم، من الضروري التأكد من نقطة الاصطدام المحددة أو مفصل الاصطدام. الغرض من تنفيذ العزل في هذا الوقت هو إيقاف موقع الاصطدام. عزل الاصطدامالروبوتات التقليديةيتم تحقيق ذلك من خلال حواجز حماية خارجية، في حين يجب تنفيذ الروبوتات التعاونية من خلال الخوارزميات والتسارع العكسي بسبب مساحتها المفتوحة.
04 التعرف على الاصطدام
في هذه المرحلة، أكد الروبوت التعاوني حدوث تصادم، وأن المتغيرات ذات الصلة تجاوزت الحد الأدنى. في هذه المرحلة، يحتاج المعالج الموجود على الروبوت إلى تحديد ما إذا كان الاصطدام هو اصطدام عرضي بناءً على معلومات الاستشعار. إذا كانت نتيجة الحكم نعم، يحتاج الروبوت التعاوني إلى التصحيح الذاتي؛ إذا تم تحديده على أنه اصطدام غير عرضي، فسيتوقف الروبوت التعاوني وينتظر المعالجة البشرية.
يمكن القول أن اكتشاف الاصطدام يعد اقتراحًا مهمًا جدًا للروبوتات التعاونية لتحقيق الوعي الذاتي، مما يوفر إمكانية التطبيق على نطاق واسع للروبوتات التعاونية والدخول في نطاق أوسع من السيناريوهات. في مراحل الاصطدام المختلفة، يكون للروبوتات التعاونية متطلبات مختلفة لأجهزة الاستشعار. على سبيل المثال، في مرحلة اكتشاف ما قبل الاصطدام، يكون الغرض الرئيسي للنظام هو منع حدوث الاصطدامات، وبالتالي فإن مسؤولية المستشعر هي إدراك البيئة. هناك العديد من طرق التنفيذ، مثل الإدراك البيئي القائم على الرؤية، والإدراك البيئي القائم على رادار الموجة المليمترية، والإدراك البيئي القائم على الليدار. لذلك، يجب تنسيق أجهزة الاستشعار والخوارزميات المقابلة.
بعد حدوث الاصطدام، من المهم أن تكون الروبوتات التعاونية على دراية بنقطة الاصطدام ودرجته في أقرب وقت ممكن، من أجل اتخاذ المزيد من التدابير لمنع تدهور الوضع أكثر. يلعب مستشعر كشف الاصطدام دورًا في هذا الوقت. تشتمل مستشعرات التصادم الشائعة على مستشعرات تصادم ميكانيكية، وأجهزة استشعار تصادم مغناطيسية، وأجهزة استشعار تصادم كهرضغطية، وأجهزة استشعار تصادم من نوع الضغط، وأجهزة استشعار تصادم لوحة مقاومة للضغط، وأجهزة استشعار تصادم من نوع مفتاح الزئبق.
نعلم جميعًا أنه أثناء تشغيل الروبوتات التعاونية، تتعرض الذراع الآلية لعزم الدوران من عدة اتجاهات لجعل الذراع الآلية تتحرك وتعمل. كما هو موضح في الشكل أدناه، فإن نظام الحماية المجهز بأجهزة استشعار الاصطدام سيطبق عزم الدوران وعزم الدوران وقوة رد فعل الحمل المحوري عند اكتشاف الاصطدام، وسيتوقف الروبوت التعاوني عن العمل على الفور.
وقت النشر: 27 ديسمبر 2023
