전통적인 산업용 로봇은 작동 반경 내에 사람이 허용되지 않기 때문에 부피가 크고 안전율이 낮습니다. 정밀 제조, 유연한 제조 등 역동적인 비정형 생산에 대한 수요가 증가함에 따라 로봇과 인간, 로봇과 환경의 공존은 로봇 설계에 대한 더 높은 요구 사항을 제시하고 있습니다. 이런 능력을 갖춘 로봇을 협동로봇이라고 부른다.
협동로봇경량, 환경 친화성, 지능적인 인식, 인간-기계 협업, 프로그래밍 용이성 등 많은 장점을 가지고 있습니다. 이러한 장점 뒤에는 매우 중요한 기능이 있는데 바로 충돌 감지입니다. 주요 기능은 충돌력이 로봇 본체에 미치는 영향을 줄이고, 로봇 본체나 주변 장비의 손상을 방지하며, 더 중요한 것은 로봇의 충돌을 방지하는 것입니다. 인간에게 피해를 입힙니다.
과학과 기술의 발전에 따라 협동로봇의 충돌 감지를 달성하는 방법은 기구학, 역학, 광학 등을 포함하여 다양합니다. 물론 이러한 구현 방법의 핵심은 다양한 감지 기능을 갖춘 구성 요소입니다.
협동로봇의 충돌 감지
로봇의 출현은 인간을 완전히 대체하려는 것이 아니다. 많은 작업을 완료하려면 인간과 로봇의 협력이 필요하며, 이것이 협업 로봇 탄생의 배경입니다. 협동로봇을 설계하는 본래 의도는 작업 효율성과 안전성을 향상시키기 위해 작업 중에 인간과 상호작용하고 협업하는 것입니다.
작업 시나리오에서는협동로봇인간과 직접 협력하므로 안전 문제는 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 인간-기계 협력의 안전을 보장하기 위해 업계에서는 협동 로봇 설계부터 인간-기계 협력의 안전 문제를 고려한다는 목표로 많은 관련 규정과 표준을 제정했습니다.
한편, 협동로봇 자체도 안전성과 신뢰성을 보장해야 합니다. 복잡하고 위험한 환경에서 인간의 작업을 주로 대체하는 협동 로봇의 공간적 자유도가 높기 때문에 연삭, 조립, 드릴링, 핸들링 및 기타 작업에서 잠재적인 충돌을 빠르고 안정적으로 감지하는 것도 필요합니다.
협동 로봇과 인간, 환경 사이의 충돌을 방지하기 위해 설계자는 충돌 감지를 대략 4단계로 나눕니다.
01 충돌 전 감지
협업 로봇을 작업 환경에 배치할 때 설계자는 이 로봇이 인간처럼 환경에 익숙해지고 자신의 이동 경로를 계획할 수 있기를 바랍니다. 이를 달성하기 위해 설계자는 협동 로봇에 특정 컴퓨팅 성능을 갖춘 프로세서 및 감지 알고리즘을 설치하고 감지 방법으로 하나 이상의 카메라, 센서 및 레이더를 구축합니다. 위에서 언급한 것처럼, ISO/TS15066 협동 로봇 설계 표준과 같이 충돌 전 감지를 위해 따를 수 있는 산업 표준이 있습니다. ISO/TS15066 협동 로봇 설계 표준은 협동 로봇이 사람이 접근할 때 작동을 멈추고 사람이 떠날 때 즉시 복구하도록 요구합니다.
02 충돌 감지
이는 협동 로봇이 충돌했는지 여부를 나타내는 예 또는 아니요 형식입니다. 오류 발생을 방지하기 위해 설계자는 협동 로봇에 대한 임계값을 설정합니다. 이 임계값 설정은 매우 세심하여 자주 트리거될 수 없도록 하는 동시에 충돌을 피하기 위해 극도로 민감합니다. 로봇 제어가 주로 모터에 의존한다는 사실 때문에 설계자는 충돌 중지를 달성하기 위해 이 임계값을 모터 적응형 알고리즘과 결합합니다.
03 충돌 격리
시스템에서 충돌이 발생했음을 확인한 후에는 구체적인 충돌 지점이나 충돌 관절을 확인해야 합니다. 이때 격리를 실시하는 목적은 충돌 현장을 멈추는 것이다. 충돌 격리전통적인 로봇외부 가드레일을 통해 달성되는 반면, 협업 로봇은 개방된 공간으로 인해 알고리즘과 역가속을 통해 구현되어야 합니다.
04 충돌 인지
이 시점에서 협동로봇은 충돌이 발생했음을 확인했으며, 관련 변수가 임계값을 초과했음을 확인했습니다. 이때 로봇에 탑재된 프로세서는 감지된 정보를 바탕으로 충돌이 우발적인 충돌인지 여부를 판단해야 한다. 판단 결과가 '예'인 경우 협동 로봇은 자체 수정을 수행해야 합니다. 우발적인 충돌이 아닌 것으로 판단되면 협동로봇은 정지하고 인간의 처리를 기다립니다.
충돌 감지는 협동 로봇이 자기 인식을 달성하고 협동 로봇의 대규모 적용 가능성을 제공하고 더 넓은 범위의 시나리오에 진입하기 위해 매우 중요한 제안이라고 말할 수 있습니다. 다양한 충돌 단계에서 협동 로봇은 센서에 대한 요구 사항이 다릅니다. 예를 들어, 충돌 전 감지 단계에서 시스템의 주요 목적은 충돌 발생을 방지하는 것이므로 센서의 책임은 환경을 인식하는 것입니다. 비전 기반 환경 인식, 밀리미터파 레이더 기반 환경 인식, 라이더 기반 환경 인식 등 다양한 구현 경로가 있습니다. 따라서 해당 센서와 알고리즘을 조정해야 합니다.
충돌이 발생한 후 협동로봇이 충돌 지점과 충돌 정도를 최대한 빨리 인식하여 상황이 더 이상 악화되지 않도록 추가 조치를 취하는 것이 중요합니다. 이때 충돌 감지 센서가 역할을 합니다. 일반적인 충돌 센서에는 기계적 충돌 센서, 자기 충돌 센서, 압전 충돌 센서, 스트레인 유형 충돌 센서, 압저항 플레이트 충돌 센서 및 수은 스위치 유형 충돌 센서가 포함됩니다.
우리 모두는 협동 로봇이 작동하는 동안 로봇 팔이 움직이고 작동하도록 하기 위해 여러 방향에서 토크를 받는다는 것을 알고 있습니다. 아래 그림과 같이 충돌 센서가 장착된 보호 시스템은 충돌 감지 시 토크, 토크 및 축 하중 반력을 결합하여 적용하고 협동 로봇은 즉시 작동을 멈춥니다.
게시 시간: 2023년 12월 27일
