従来の産業用ロボットは容積が大きく、動作半径内に人が立ち入ることができないため、安全率が低くなります。精密製造やフレキシブル製造など、動的で非構造的な生産の需要が高まるにつれ、ロボットと人間、およびロボットと環境の共存により、ロボット設計に対する要件がさらに高まっています。この能力を備えたロボットを協働ロボットと呼びます。
協働ロボット軽量、環境に優しい、インテリジェントな認識、人間と機械のコラボレーション、プログラミングの容易さなど、多くの利点があります。これらの利点の背後には、衝突検出という非常に重要な機能があります。主な機能は、ロボット本体への衝突力の影響を軽減し、ロボット本体や周辺機器への損傷を回避し、さらに重要なことに、ロボットの衝突を防止することです。人体に被害を与えます。
科学技術の発展に伴い、協働ロボットの衝突検知を実現するための方法は、運動学、力学、光学など多岐にわたります。もちろん、これらの実現方法の中核となるのは、様々な検知機能を備えたコンポーネントです。
協働ロボットの衝突検知
ロボットの出現は、人間を完全に置き換えることを目的としたものではありません。多くの作業は人間とロボットが協力して完了する必要があり、これが協働ロボットが誕生した背景です。協働ロボットを設計する本来の目的は、作業の効率と安全性を向上させるために、人間と対話し、協力して作業することです。
仕事のシナリオでは、協働ロボット人間と直接協力するため、安全性の問題はいくら強調してもしすぎることはありません。人間と機械の協力の安全性を確保するために、業界は協働ロボットの設計から人間と機械の協力における安全性の問題を検討することを目的として、多くの関連規制や規格を策定してきました。
一方、協働ロボット自体も安全性と信頼性を確保する必要があります。協働ロボットは空間の自由度が高く、主に複雑で危険な環境で人間の作業を代替するため、研削、組み立て、穴あけ、ハンドリングなどの作業における衝突の可能性を迅速かつ確実に検出する必要もあります。
協働ロボットと人間や環境との衝突を防ぐため、設計者は衝突検知を大きく次の 4 段階に分けます。
01 衝突前検知
協働ロボットを作業環境に導入する場合、設計者は、これらのロボットが人間と同じように環境に慣れ、独自の移動経路を計画できることを望んでいます。これを実現するために、設計者は協働ロボットに一定の計算能力を備えたプロセッサと検出アルゴリズムをインストールし、検出方法として 1 つまたは複数のカメラ、センサー、レーダーを構築します。前述したように、ISO/TS15066 協働ロボット設計標準など、衝突前検出に関して従うことができる業界標準があります。この標準では、協働ロボットは、人が近づくと動作を停止し、人が離れるとすぐに復帰することが要求されます。
02 衝突検知
これは、協働ロボットが衝突したかどうかを表す「はい」または「いいえ」の形式です。エラーの誘発を避けるために、設計者は協働ロボットのしきい値を設定します。このしきい値の設定は非常に細心の注意を払っており、頻繁にトリガーされないようにすると同時に、衝突を避けるために非常に敏感になります。ロボットの制御は主にモーターに依存しているため、設計者はこのしきい値をモーター適応アルゴリズムと組み合わせて衝突停止を実現します。
03 衝突遮断
システムが衝突の発生を確認した後、特定の衝突点または衝突関節を確認する必要があります。このとき隔離を実施する目的は、衝突現場を停止することである。衝突隔離従来のロボットは外部のガードレールによって実現されますが、協働ロボットはオープンスペースであるため、アルゴリズムと逆加速によって実装する必要があります。
04 衝突認識
この時点で、協働ロボットは衝突が発生したことを確認し、関連する変数がしきい値を超えています。この時点で、ロボット上のプロセッサは、センシング情報に基づいて衝突が偶発的な衝突であるかどうかを判断する必要があります。判定結果が「はい」の場合、協働ロボットは自己修正する必要があります。偶発的な衝突ではないと判断された場合、協働ロボットは停止し、人間の処理を待ちます。
衝突検出は協働ロボットが自己認識を実現するための非常に重要な命題であり、協働ロボットの大規模応用の可能性を提供し、より幅広いシナリオに参入できる可能性をもたらします。衝突段階が異なると、協働ロボットのセンサーに対する要件も異なります。たとえば、衝突前の検知段階では、システムの主な目的は衝突の発生を防ぐことであるため、センサーの役割は環境を認識することです。ビジョンベースの環境認識、ミリ波レーダーベースの環境認識、ライダーベースの環境認識など、実装ルートは数多くあります。したがって、対応するセンサーとアルゴリズムを調整する必要があります。
衝突発生後、協働ロボットは状況のさらなる悪化を防ぐために、衝突箇所と衝突程度をできるだけ早く認識することが重要です。この時に活躍するのが衝突検知センサーです。一般的な衝突センサには、機械式衝突センサ、磁気式衝突センサ、圧電式衝突センサ、ひずみ式衝突センサ、ピエゾ抵抗板式衝突センサ、水銀スイッチ式衝突センサなどがあります。
協働ロボットの動作中、ロボット アームを動かしたり動作させたりするために、ロボット アームにはさまざまな方向からトルクがかかることは誰もが知っています。下図に示すように、衝突センサーを備えた保護システムが衝突を検知すると、トルク・トルク・アキシアル荷重反力の合成力が加わり、協働ロボットは直ちに動作を停止します。
投稿日時: 2023 年 12 月 27 日
