Les robots industriels traditionnels ont un volume important et un faible facteur de sécurité, car aucune personne n'est autorisée dans le rayon d'action. Avec la demande croissante de production dynamique non structurée telle que la fabrication de précision et la fabrication flexible, la coexistence des robots avec les humains et des robots avec l'environnement a mis en avant des exigences plus élevées en matière de conception de robots. Les robots dotés de cette capacité sont appelés robots collaboratifs.
Robots collaboratifsprésentent de nombreux avantages, notamment la légèreté, le respect de l'environnement, la perception intelligente, la collaboration homme-machine et la facilité de programmation. Derrière ces avantages se cache une fonction très importante, à savoir la détection de collision. La fonction principale est de réduire l'impact de la force de collision sur le corps du robot, d'éviter d'endommager le corps du robot ou les équipements périphériques et, plus important encore, d'empêcher le robot de causant des dommages aux humains.
Avec le développement de la science et de la technologie, il existe de nombreuses façons de détecter les collisions pour les robots collaboratifs, notamment la cinématique, la mécanique, l'optique, etc. Bien entendu, le cœur de ces méthodes de mise en œuvre réside dans des composants dotés de diverses fonctions de détection.
Détection de collisions de robots collaboratifs
L’émergence des robots n’a pas vocation à remplacer complètement les humains. De nombreuses tâches nécessitent une coopération entre les humains et les robots, ce qui est à l’origine de la naissance des robots collaboratifs. L’intention initiale de la conception de robots collaboratifs est d’interagir et de collaborer avec les humains au travail, afin d’améliorer l’efficacité et la sécurité du travail.
Dans un scénario de travail,robots collaboratifscollaborer directement avec les humains, les questions de sécurité ne peuvent donc pas être surestimées. Afin d'assurer la sécurité de la coopération homme-machine, l'industrie a formulé de nombreuses réglementations et normes pertinentes, dans le but de prendre en compte les enjeux de sécurité de la coopération homme-machine dès la conception de robots collaboratifs.
Parallèlement, les robots collaboratifs eux-mêmes doivent également garantir la sécurité et la fiabilité. En raison du haut degré de liberté spatiale des robots collaboratifs, qui remplacent principalement le travail humain dans des environnements complexes et dangereux, il est également nécessaire de détecter rapidement et de manière fiable les collisions potentielles lors des travaux de meulage, d'assemblage, de perçage, de manipulation et autres.
Afin d'éviter les collisions entre les robots collaboratifs, les humains et l'environnement, les concepteurs divisent grossièrement la détection des collisions en quatre étapes :
01 Détection pré-collision
Lors du déploiement de robots collaboratifs dans un environnement de travail, les concepteurs espèrent que ces robots pourront se familiariser avec l'environnement comme les humains et planifier leurs propres trajectoires de mouvement. Pour y parvenir, les concepteurs installent des processeurs et des algorithmes de détection dotés d'une certaine puissance de calcul sur des robots collaboratifs, et construisent une ou plusieurs caméras, capteurs et radars comme méthodes de détection. Comme mentionné ci-dessus, il existe des normes industrielles qui peuvent être suivies pour la détection pré-collision, telles que la norme de conception de robots collaboratifs ISO/TS15066, qui exige que les robots collaboratifs s'arrêtent de fonctionner lorsque des personnes s'approchent et se rétablissent immédiatement lorsque celles-ci partent.
02 Détection de collision
Il s'agit d'un formulaire par oui ou par non, indiquant si le robot collaboratif est entré en collision. Afin d'éviter de déclencher des erreurs, les concepteurs fixeront un seuil pour les robots collaboratifs. Le réglage de ce seuil est très minutieux, garantissant qu'il ne puisse pas être déclenché fréquemment tout en étant extrêmement sensible pour éviter les collisions. Étant donné que le contrôle des robots repose principalement sur des moteurs, les concepteurs combinent ce seuil avec des algorithmes adaptatifs du moteur pour obtenir un arrêt de collision.
03 Isolation des collisions
Une fois que le système a confirmé qu'une collision s'est produite, il est nécessaire de confirmer le point de collision spécifique ou le joint de collision. Le but de la mise en œuvre de l’isolement à ce moment-là est d’arrêter le lieu de la collision. L'isolement des collisions derobots traditionnelsest réalisé grâce à des garde-fous externes, tandis que les robots collaboratifs doivent être mis en œuvre via des algorithmes et une accélération inverse en raison de leur espace ouvert.
04 Reconnaissance des collisions
À ce stade, le robot collaboratif a confirmé qu'une collision s'est produite et que les variables pertinentes ont dépassé le seuil. À ce stade, le processeur du robot doit déterminer si la collision est une collision accidentelle sur la base des informations de détection. Si le résultat du jugement est oui, le robot collaboratif doit s’auto-corriger ; S'il s'agit d'une collision non accidentelle, le robot collaboratif s'arrêtera et attendra le traitement humain.
On peut dire que la détection de collisions est une proposition très importante pour permettre aux robots collaboratifs d'acquérir une conscience de soi, offrant la possibilité d'une application à grande échelle de robots collaboratifs et d'accéder à un plus large éventail de scénarios. À différentes étapes de collision, les robots collaboratifs ont des exigences différentes en matière de capteurs. Par exemple, lors de la phase de détection pré-collision, l'objectif principal du système est d'empêcher les collisions de se produire, la responsabilité du capteur est donc de percevoir l'environnement. Il existe de nombreuses voies de mise en œuvre, telles que la perception environnementale basée sur la vision, la perception environnementale basée sur le radar à ondes millimétriques et la perception environnementale basée sur le lidar. Par conséquent, les capteurs et algorithmes correspondants doivent être coordonnés.
Après une collision, il est important que les robots collaboratifs connaissent le plus tôt possible le point et le degré de la collision, afin de prendre des mesures supplémentaires pour éviter que la situation ne se détériore davantage. Le capteur de détection de collision joue à ce moment un rôle. Les capteurs de collision courants comprennent des capteurs de collision mécaniques, des capteurs de collision magnétiques, des capteurs de collision piézoélectriques, des capteurs de collision de type contrainte, des capteurs de collision à plaques piézorésistives et des capteurs de collision de type interrupteur à mercure.
Nous savons tous que lors du fonctionnement des robots collaboratifs, le bras robotique est soumis à un couple provenant de nombreuses directions pour le faire bouger et travailler. Comme le montre la figure ci-dessous, le système de protection équipé de capteurs de collision appliquera une force de réaction combinée de couple, de couple et de charge axiale lors de la détection d'une collision, et le robot collaboratif cessera immédiatement de fonctionner.
Heure de publication : 27 décembre 2023
