Τα παραδοσιακά βιομηχανικά ρομπότ έχουν μεγάλο όγκο και χαμηλό συντελεστή ασφάλειας, καθώς δεν επιτρέπονται άτομα εντός της ακτίνας λειτουργίας. Με την αυξανόμενη ζήτηση για δυναμική αδόμητη παραγωγή, όπως η κατασκευή ακριβείας και η ευέλικτη κατασκευή, η συνύπαρξη ρομπότ με τον άνθρωπο και ρομπότ με το περιβάλλον έχει δημιουργήσει υψηλότερες απαιτήσεις για το σχεδιασμό ρομπότ. Τα ρομπότ με αυτή την ικανότητα ονομάζονται συνεργατικά ρομπότ.
Συνεργατικά ρομπότέχουν πολλά πλεονεκτήματα, όπως το ελαφρύ, η φιλικότητα προς το περιβάλλον, η έξυπνη αντίληψη, η συνεργασία ανθρώπου-μηχανής και η ευκολία προγραμματισμού. Πίσω από αυτά τα πλεονεκτήματα, υπάρχει μια πολύ σημαντική λειτουργία, η οποία είναι η ανίχνευση σύγκρουσης - η κύρια λειτουργία είναι η μείωση του αντίκτυπου της δύναμης σύγκρουσης στο σώμα του ρομπότ, η αποφυγή ζημιάς στο σώμα του ρομπότ ή στον περιφερειακό εξοπλισμό και, το πιο σημαντικό, η πρόληψη του ρομπότ από προκαλώντας ζημιές στον άνθρωπο.
Με την ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, υπάρχουν πολλοί τρόποι για την επίτευξη ανίχνευσης σύγκρουσης για συνεργατικά ρομπότ, συμπεριλαμβανομένων της κινηματικής, της μηχανικής, της οπτικής κ.λπ. Φυσικά, ο πυρήνας αυτών των μεθόδων υλοποίησης είναι εξαρτήματα με διάφορες λειτουργίες ανίχνευσης.
Ανίχνευση σύγκρουσης συνεργατικών ρομπότ
Η εμφάνιση των ρομπότ δεν έχει σκοπό να αντικαταστήσει πλήρως τους ανθρώπους. Πολλές εργασίες απαιτούν συνεργασία μεταξύ ανθρώπων και ρομπότ για να ολοκληρωθούν, κάτι που είναι το φόντο της γέννησης των συνεργατικών ρομπότ. Η αρχική πρόθεση του σχεδιασμού συνεργατικών ρομπότ είναι η αλληλεπίδραση και η συνεργασία με τους ανθρώπους στην εργασία, προκειμένου να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα και η ασφάλεια της εργασίας.
Σε ένα σενάριο εργασίας,συνεργατικά ρομπότσυνεργάζονται άμεσα με τους ανθρώπους, επομένως τα θέματα ασφάλειας δεν μπορούν να υπερτονιστούν. Προκειμένου να διασφαλιστεί η ασφάλεια της συνεργασίας ανθρώπου-μηχανής, η βιομηχανία έχει διαμορφώσει πολλούς σχετικούς κανονισμούς και πρότυπα, με στόχο να εξετάσει τα ζητήματα ασφάλειας της συνεργασίας ανθρώπου-μηχανής από το σχεδιασμό συνεργατικών ρομπότ.
Εν τω μεταξύ, τα ίδια τα συνεργατικά ρομπότ πρέπει επίσης να διασφαλίζουν ασφάλεια και αξιοπιστία. Λόγω του υψηλού βαθμού χωρικής ελευθερίας των συνεργατικών ρομπότ, που αντικαθιστούν κυρίως την ανθρώπινη εργασία σε πολύπλοκα και επικίνδυνα περιβάλλοντα, είναι επίσης απαραίτητος ο γρήγορος και αξιόπιστος εντοπισμός πιθανών συγκρούσεων σε λείανση, συναρμολόγηση, διάτρηση, χειρισμό και άλλες εργασίες.
Προκειμένου να αποφευχθούν οι συγκρούσεις μεταξύ συνεργατικών ρομπότ και ανθρώπων και του περιβάλλοντος, οι σχεδιαστές χωρίζουν χονδρικά την ανίχνευση σύγκρουσης σε τέσσερα στάδια:
01 Ανίχνευση πριν από τη σύγκρουση
Όταν αναπτύσσουν συνεργατικά ρομπότ σε περιβάλλον εργασίας, οι σχεδιαστές ελπίζουν ότι αυτά τα ρομπότ μπορούν να εξοικειωθούν με το περιβάλλον όπως οι άνθρωποι και να σχεδιάσουν τις δικές τους διαδρομές κίνησης. Για να επιτευχθεί αυτό, οι σχεδιαστές εγκαθιστούν επεξεργαστές και αλγόριθμους ανίχνευσης με συγκεκριμένη υπολογιστική ισχύ σε συνεργατικά ρομπότ και κατασκευάζουν μία ή περισσότερες κάμερες, αισθητήρες και ραντάρ ως μεθόδους ανίχνευσης. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, υπάρχουν βιομηχανικά πρότυπα που μπορούν να ακολουθηθούν για την προανίχνευση σύγκρουσης, όπως το πρότυπο σχεδίασης συνεργατικού ρομπότ ISO/TS15066, το οποίο απαιτεί από τα συνεργατικά ρομπότ να σταματούν να λειτουργούν όταν πλησιάζουν οι άνθρωποι και να ανακάμπτουν αμέσως όταν οι άνθρωποι φεύγουν.
02 Ανίχνευση σύγκρουσης
Αυτή είναι μια μορφή είτε ναι είτε όχι, που αντιπροσωπεύει εάν το συνεργατικό ρομπότ έχει συγκρουστεί. Προκειμένου να αποφευχθεί η πρόκληση σφαλμάτων, οι σχεδιαστές θα ορίσουν ένα όριο για τα συνεργατικά ρομπότ. Η ρύθμιση αυτού του κατωφλίου είναι πολύ σχολαστική, διασφαλίζοντας ότι δεν μπορεί να ενεργοποιείται συχνά, ενώ είναι επίσης εξαιρετικά ευαίσθητη για την αποφυγή συγκρούσεων. Λόγω του γεγονότος ότι ο έλεγχος των ρομπότ βασίζεται κυρίως σε κινητήρες, οι σχεδιαστές συνδυάζουν αυτό το όριο με προσαρμοστικούς αλγόριθμους κινητήρα για να επιτύχουν τη διακοπή της σύγκρουσης.
03 Απομόνωση σύγκρουσης
Αφού το σύστημα επιβεβαιώσει ότι έχει συμβεί σύγκρουση, είναι απαραίτητο να επιβεβαιώσετε το συγκεκριμένο σημείο σύγκρουσης ή την άρθρωση σύγκρουσης. Ο σκοπός της εφαρμογής της απομόνωσης αυτή τη στιγμή είναι να σταματήσει το σημείο της σύγκρουσης. Η απομόνωση σύγκρουσης τουπαραδοσιακά ρομπότεπιτυγχάνεται μέσω εξωτερικών προστατευτικών κιγκλιδωμάτων, ενώ τα συνεργατικά ρομπότ πρέπει να υλοποιηθούν μέσω αλγορίθμων και αντίστροφης επιτάχυνσης λόγω του ανοιχτού τους χώρου.
04 Αναγνώριση σύγκρουσης
Σε αυτό το σημείο, το συνεργατικό ρομπότ έχει επιβεβαιώσει ότι έχει συμβεί σύγκρουση και οι σχετικές μεταβλητές έχουν υπερβεί το όριο. Σε αυτό το σημείο, ο επεξεργαστής του ρομπότ πρέπει να προσδιορίσει εάν η σύγκρουση είναι τυχαία σύγκρουση που βασίζεται σε πληροφορίες ανίχνευσης. Εάν το αποτέλεσμα της κρίσης είναι ναι, το συνεργατικό ρομπότ πρέπει να αυτοδιορθωθεί. Εάν προσδιοριστεί ως μη τυχαία σύγκρουση, το συνεργατικό ρομπότ θα σταματήσει και θα περιμένει την ανθρώπινη επεξεργασία.
Μπορούμε να πούμε ότι η ανίχνευση σύγκρουσης είναι μια πολύ σημαντική πρόταση για τα συνεργατικά ρομπότ για την επίτευξη αυτογνωσίας, παρέχοντας τη δυνατότητα για μεγάλης κλίμακας εφαρμογή συνεργατικών ρομπότ και εισόδου σε ένα ευρύτερο φάσμα σεναρίων. Σε διαφορετικά στάδια σύγκρουσης, τα συνεργατικά ρομπότ έχουν διαφορετικές απαιτήσεις για αισθητήρες. Για παράδειγμα, στο στάδιο ανίχνευσης πριν από τη σύγκρουση, ο κύριος σκοπός του συστήματος είναι να αποτρέψει την εμφάνιση συγκρούσεων, επομένως η ευθύνη του αισθητήρα είναι να αντιληφθεί το περιβάλλον. Υπάρχουν πολλές διαδρομές υλοποίησης, όπως η περιβαλλοντική αντίληψη που βασίζεται στην όραση, η περιβαλλοντική αντίληψη με βάση το ραντάρ κυμάτων χιλιοστών και η περιβαλλοντική αντίληψη με βάση το lidar. Επομένως, οι αντίστοιχοι αισθητήρες και αλγόριθμοι πρέπει να συντονιστούν.
Αφού συμβεί μια σύγκρουση, είναι σημαντικό για τα συνεργαζόμενα ρομπότ να γνωρίζουν το σημείο και το βαθμό σύγκρουσης το συντομότερο δυνατό, προκειμένου να λάβουν περαιτέρω μέτρα για να αποτρέψουν την περαιτέρω επιδείνωση της κατάστασης. Ο αισθητήρας ανίχνευσης σύγκρουσης παίζει ρόλο αυτή τη στιγμή. Οι συνηθισμένοι αισθητήρες σύγκρουσης περιλαμβάνουν αισθητήρες μηχανικής σύγκρουσης, αισθητήρες μαγνητικής σύγκρουσης, αισθητήρες πιεζοηλεκτρικής σύγκρουσης, αισθητήρες σύγκρουσης τύπου παραμόρφωσης, αισθητήρες σύγκρουσης πιεζοηλεκτρικής πλάκας και αισθητήρες σύγκρουσης τύπου διακόπτη υδραργύρου.
Όλοι γνωρίζουμε ότι κατά τη λειτουργία των συνεργατικών ρομπότ, ο ρομποτικός βραχίονας υπόκειται σε ροπή από πολλές κατευθύνσεις για να κάνει τον ρομποτικό βραχίονα να κινηθεί και να λειτουργήσει. Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, το σύστημα προστασίας που είναι εξοπλισμένο με αισθητήρες σύγκρουσης θα εφαρμόσει μια συνδυασμένη δύναμη αντίδρασης ροπής, ροπής και αξονικού φορτίου κατά την ανίχνευση μιας σύγκρουσης και το συνεργαζόμενο ρομπότ θα σταματήσει αμέσως να λειτουργεί.
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-27-2023
