לרובוטים תעשייתיים מסורתיים יש נפח גדול ומקדם בטיחות נמוך, מכיוון שאין אנשים ברדיוס ההפעלה. עם הביקוש הגובר לייצור דינמי לא מובנה כמו ייצור מדויק וייצור גמיש, הדו-קיום של רובוטים עם בני אדם ורובוטים עם הסביבה הציב דרישות גבוהות יותר לתכנון רובוטים. רובוטים בעלי יכולת זו נקראים רובוטים שיתופיים.
רובוטים בשיתוף פעולהיש יתרונות רבים, כולל קל משקל, ידידותיות לסביבה, תפיסה חכמה, שיתוף פעולה בין אדם למכונה וקלות תכנות. מאחורי היתרונות הללו עומדת פונקציה חשובה מאוד והיא זיהוי התנגשות - התפקיד העיקרי הוא להפחית את השפעת כוח ההתנגשות על גוף הרובוט, למנוע נזק לגוף הרובוט או לציוד היקפי, וחשוב מכך, למנוע מהרובוט גרימת נזק לבני אדם.
עם התפתחות המדע והטכנולוגיה, ישנן דרכים רבות להשיג זיהוי התנגשות עבור רובוטים שיתופיים, כולל קינמטיקה, מכניקה, אופטיקה וכו'. כמובן, הליבה של שיטות יישום אלו הן רכיבים בעלי פונקציות זיהוי שונות.
זיהוי התנגשות של רובוטים בשיתוף פעולה
הופעתם של רובוטים לא נועדה להחליף לחלוטין בני אדם. משימות רבות דורשות שיתוף פעולה בין בני אדם לרובוטים כדי להשלים, וזה הרקע להולדתם של רובוטים שיתופיים. הכוונה המקורית של תכנון רובוטים שיתופיים היא ליצור אינטראקציה ולשתף פעולה עם בני אדם בעבודה, על מנת לשפר את יעילות העבודה והבטיחות.
בתרחיש עבודה,רובוטים שיתופייםלשתף פעולה ישירות עם בני אדם, כך שלא ניתן להדגיש יתר על המידה בעיות בטיחות. על מנת להבטיח את בטיחות שיתוף הפעולה בין אדם למכונה, התעשייה גיבשה תקנות ותקנים רלוונטיים רבים, במטרה לשקול את סוגיות הבטיחות של שיתוף פעולה בין אדם למכונה מתוך תכנון רובוטים שיתופיים.
בינתיים, רובוטים שיתופיים עצמם חייבים גם להבטיח בטיחות ואמינות. בשל מידת החופש המרחבית הגבוהה של רובוטים שיתופיים, המחליפים בעיקר עבודה אנושית בסביבות מורכבות ומסוכנות, יש צורך גם בזיהוי מהיר ומהימן של התנגשויות פוטנציאליות בשחזה, בהרכבה, בקידוח, בטיפול ובעבודות אחרות.
על מנת למנוע התנגשויות בין רובוטים שיתופיים לבין בני אדם והסביבה, מעצבים מחלקים באופן גס את זיהוי התנגשות לארבעה שלבים:
01 זיהוי לפני התנגשות
בעת פריסת רובוטים שיתופיים בסביבת עבודה, מעצבים מקווים שרובוטים אלו יוכלו להכיר את הסביבה כמו בני אדם ולתכנן את מסלולי התנועה שלהם. כדי להשיג זאת, מתכננים מתקינים מעבדים ואלגוריתמי זיהוי בעלי כוח מחשוב מסוים על רובוטים שיתופיים, ובונים מצלמה אחת או כמה, חיישנים ומכ"מים כשיטות זיהוי. כפי שצוין לעיל, ישנם תקנים תעשייתיים שניתן לעקוב אחריהם לזיהוי לפני התנגשות, כגון תקן תכנון רובוט שיתופי ISO/TS15066, המחייב רובוטים שיתופיים להפסיק לרוץ כאשר אנשים מתקרבים ולהתאושש מיד כאשר אנשים עוזבים.
02 זיהוי התנגשות
זוהי צורה של כן או לא, המייצגת אם הרובוט השיתופי התנגש. על מנת למנוע הפעלת שגיאות, מעצבים יציבו סף לרובוטים שיתופיים. הגדרת הסף הזה היא קפדנית מאוד, ומבטיחה שלא ניתן להפעיל אותו בתדירות גבוהה, תוך שהוא גם רגיש במיוחד כדי למנוע התנגשויות. בשל העובדה שהשליטה ברובוטים מסתמכת בעיקר על מנועים, מעצבים משלבים סף זה עם אלגוריתמים מותאמים מוטוריים כדי להשיג עצירת התנגשות.
03 בידוד התנגשות
לאחר שהמערכת מאשרת שהתרחשה התנגשות, יש צורך לאשר את נקודת ההתנגשות או מפרק ההתנגשות הספציפיים. מטרת יישום הבידוד בשלב זה היא לעצור את אתר ההתנגשות. בידוד ההתנגשות שלרובוטים מסורתייםמושגת באמצעות מעקות בטיחות חיצוניים, בעוד רובוטים שיתופיים צריכים להיות מיושמים באמצעות אלגוריתמים והאצה הפוכה בשל השטח הפתוח שלהם.
04 זיהוי התנגשות
בשלב זה, הרובוט השיתופי אישר שהתרחשה התנגשות, והמשתנים הרלוונטיים עברו את הסף. בשלב זה, המעבד על הרובוט צריך לקבוע אם ההתנגשות היא התנגשות מקרית בהתבסס על מידע חישה. אם תוצאת השיפוט היא כן, הרובוט השיתופי צריך לתקן את עצמו; אם ייקבע כהתנגשות לא מקרית, הרובוט השיתופי יעצור וימתין לעיבוד אנושי.
ניתן לומר שזיהוי התנגשות הוא הצעה חשובה מאוד לרובוטים שיתופיים כדי להשיג מודעות עצמית, המספקת אפשרות ליישום בקנה מידה גדול של רובוטים שיתופיים וכניסה למגוון רחב יותר של תרחישים. בשלבי התנגשות שונים, לרובוטים שיתופיים יש דרישות שונות לחיישנים. לדוגמה, בשלב זיהוי טרום התנגשות, המטרה העיקרית של המערכת היא למנוע התנגשויות, ולכן האחריות של החיישן היא לתפוס את הסביבה. ישנם מסלולי יישום רבים, כגון תפיסה סביבתית מבוססת חזון, תפיסה סביבתית מבוססת גלי מילימטר ותפיסה סביבתית מבוססת לידאר. לכן, יש לתאם חיישנים ואלגוריתמים מתאימים.
לאחר מתרחשת התנגשות, חשוב לרובוטים שיתופיים להיות מודעים לנקודת ההתנגשות ודרגת ההתנגשות בהקדם האפשרי, על מנת לנקוט באמצעים נוספים כדי למנוע מהמצב להידרדר עוד יותר. חיישן זיהוי התנגשות משחק תפקיד בשלב זה. חיישני ההתנגשות הנפוצים כוללים חיישני התנגשות מכניים, חיישני התנגשות מגנטיים, חיישני התנגשות פיזואלקטריים, חיישני התנגשות מסוג מתח, חיישני התנגשות צלחות piezoresistive וחיישני התנגשות מסוג מתג כספית.
כולנו יודעים שבמהלך פעולתם של רובוטים שיתופיים, הזרוע הרובוטית נתונה למומנט מכיוונים רבים כדי לגרום לזרוע הרובוטית לנוע ולעבוד. כפי שמוצג באיור שלהלן, מערכת ההגנה המצוידת בחיישני התנגשות תפעיל כוח תגובה משולב של מומנט, מומנט וכוח תגובת עומס צירי בעת זיהוי התנגשות, והרובוט השיתופי יפסיק לפעול באופן מיידי.
זמן פרסום: 27 בדצמבר 2023
