I robot industriali tradizionali hanno un volume elevato e un basso fattore di sicurezza, poiché non sono ammesse persone nel raggio operativo. Con la crescente domanda di produzione dinamica non strutturata come la produzione di precisione e la produzione flessibile, la coesistenza dei robot con gli esseri umani e dei robot con l’ambiente ha posto requisiti più elevati per la progettazione dei robot. I robot con questa capacità sono chiamati robot collaborativi.
Robot collaborativipresentano molti vantaggi, tra cui leggerezza, rispetto dell'ambiente, percezione intelligente, collaborazione uomo-macchina e facilità di programmazione. Dietro questi vantaggi c'è una funzione molto importante, ovvero il rilevamento delle collisioni: la funzione principale è ridurre l'impatto della forza di collisione sul corpo del robot, evitare danni al corpo del robot o alle apparecchiature periferiche e, cosa più importante, impedire al robot di causando danni agli esseri umani.
Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, ci sono molti modi per ottenere il rilevamento delle collisioni per i robot collaborativi, tra cui cinematica, meccanica, ottica, ecc. Naturalmente, il nucleo di questi metodi di implementazione sono componenti con varie funzioni di rilevamento.
Rilevamento delle collisioni di robot collaborativi
L’avvento dei robot non è destinato a sostituire completamente l’uomo. Molti compiti richiedono la cooperazione tra esseri umani e robot per essere completati, il che è alla base della nascita dei robot collaborativi. L’intenzione originaria della progettazione di robot collaborativi è quella di interagire e collaborare con gli esseri umani sul lavoro, al fine di migliorare l’efficienza e la sicurezza del lavoro.
In uno scenario lavorativo,robot collaborativicollaborare direttamente con gli esseri umani, quindi i problemi di sicurezza non possono essere sottovalutati. Al fine di garantire la sicurezza della cooperazione uomo-macchina, l’industria ha formulato numerose normative e standard pertinenti, con l’obiettivo di considerare le questioni di sicurezza della cooperazione uomo-macchina fin dalla progettazione di robot collaborativi.
Nel frattempo, anche i robot collaborativi stessi devono garantire sicurezza e affidabilità. A causa dell'elevato grado di libertà spaziale dei robot collaborativi, che sostituiscono principalmente il lavoro umano in ambienti complessi e pericolosi, è necessario rilevare in modo rapido e affidabile anche potenziali collisioni durante la rettifica, l'assemblaggio, la foratura, la movimentazione e altri lavori.
Per prevenire le collisioni tra robot collaborativi, esseri umani e ambiente, i progettisti dividono approssimativamente il rilevamento delle collisioni in quattro fasi:
01 Rilevamento pre-collisione
Quando si implementano robot collaborativi in un ambiente di lavoro, i progettisti sperano che questi robot possano avere familiarità con l’ambiente come gli esseri umani e pianificare i propri percorsi di movimento. Per raggiungere questo obiettivo, i progettisti installano processori e algoritmi di rilevamento con una certa potenza di calcolo su robot collaborativi e costruiscono una o più telecamere, sensori e radar come metodi di rilevamento. Come accennato in precedenza, esistono standard di settore che possono essere seguiti per il rilevamento pre-collisione, come lo standard di progettazione dei robot collaborativi ISO/TS15066, che richiede che i robot collaborativi smettano di correre quando le persone si avvicinano e si riprendano immediatamente quando le persone si allontanano.
02 Rilevamento collisioni
Questa è una forma sì o no, che indica se il robot collaborativo è entrato in collisione. Per evitare di innescare errori, i progettisti fisseranno una soglia per i robot collaborativi. L'impostazione di questa soglia è molto meticolosa, garantendo che non possa essere attivata frequentemente e allo stesso tempo estremamente sensibile per evitare collisioni. Dato che il controllo dei robot si basa principalmente sui motori, i progettisti combinano questa soglia con algoritmi adattativi dei motori per ottenere l’arresto della collisione.
03 Isolamento delle collisioni
Dopo che il sistema ha confermato che si è verificata una collisione, è necessario confermare il punto di collisione o il giunto di collisione specifico. Lo scopo dell'implementazione dell'isolamento in questo momento è quello di fermare il luogo della collisione. L'isolamento dalle collisioni dirobot tradizionaliè ottenuto attraverso guardrail esterni, mentre i robot collaborativi devono essere implementati attraverso algoritmi e accelerazione inversa a causa del loro spazio aperto.
04 Riconoscimento delle collisioni
A questo punto il robot collaborativo ha confermato che si è verificata una collisione e che le variabili rilevanti hanno superato la soglia. A questo punto, il processore del robot deve determinare se la collisione è accidentale in base alle informazioni di rilevamento. Se il risultato del giudizio è sì, il robot collaborativo deve autocorreggersi; Se si tratta di una collisione non accidentale, il robot collaborativo si fermerà e attenderà l'elaborazione umana.
Si può dire che il rilevamento delle collisioni è una proposta molto importante affinché i robot collaborativi raggiungano la consapevolezza di sé, offrendo la possibilità di un’applicazione su larga scala di robot collaborativi e di entrare in una gamma più ampia di scenari. Nelle diverse fasi della collisione, i robot collaborativi hanno requisiti diversi per i sensori. Ad esempio, nella fase di rilevamento pre-collisione, lo scopo principale del sistema è prevenire che si verifichino collisioni, quindi la responsabilità del sensore è quella di percepire l'ambiente. Esistono molti percorsi di implementazione, come la percezione ambientale basata sulla visione, la percezione ambientale basata sul radar a onde millimetriche e la percezione ambientale basata sul lidar. Pertanto, i sensori e gli algoritmi corrispondenti devono essere coordinati.
Dopo che si è verificata una collisione, è importante che i robot collaborativi siano consapevoli del punto e del grado di collisione il prima possibile, al fine di adottare ulteriori misure per evitare che la situazione peggiori ulteriormente. Il sensore di rilevamento delle collisioni gioca un ruolo in questo momento. I sensori di collisione comuni includono sensori di collisione meccanici, sensori di collisione magnetici, sensori di collisione piezoelettrici, sensori di collisione di tipo deformazione, sensori di collisione a piastre piezoresistive e sensori di collisione di tipo interruttore a mercurio.
Sappiamo tutti che durante il funzionamento dei robot collaborativi, il braccio robotico è soggetto a coppie provenienti da molte direzioni per farlo muovere e lavorare. Come mostrato nella figura seguente, il sistema di protezione dotato di sensori di collisione applicherà una forza di reazione combinata di coppia, coppia e carico assiale quando rileva una collisione e il robot collaborativo smetterà immediatamente di funzionare.
Orario di pubblicazione: 27 dicembre 2023
