Traditionele industriële robots hebben een groot volume en een lage veiligheidsfactor, omdat er geen mensen binnen de werkingsradius mogen komen. Met de toenemende vraag naar dynamische ongestructureerde productie, zoals precisieproductie en flexibele productie, heeft het naast elkaar bestaan van robots met mensen en robots met de omgeving hogere eisen gesteld aan het robotontwerp. Robots met dit vermogen worden collaboratieve robots genoemd.
Collaboratieve robotshebben veel voordelen, waaronder lichtgewicht, milieuvriendelijkheid, intelligente perceptie, samenwerking tussen mens en machine en programmeergemak. Achter deze voordelen schuilt een zeer belangrijke functie, namelijk botsingsdetectie. De belangrijkste functie is het verminderen van de impact van de botsingskracht op het robotlichaam, het voorkomen van schade aan het robotlichaam of randapparatuur, en nog belangrijker, het voorkomen dat de robot het veroorzaken van schade aan mensen.
Met de ontwikkeling van wetenschap en technologie zijn er veel manieren om botsingsdetectie voor collaboratieve robots te realiseren, waaronder kinematica, mechanica, optica, enz. De kern van deze implementatiemethoden bestaat uiteraard uit componenten met verschillende detectiefuncties.
Botsingsdetectie van collaboratieve robots
De opkomst van robots is niet bedoeld om de mens volledig te vervangen. Veel taken vereisen samenwerking tussen mens en robot om te voltooien, wat de achtergrond is van de geboorte van collaboratieve robots. De oorspronkelijke bedoeling van het ontwerpen van collaboratieve robots is om te communiceren en samen te werken met mensen op het werk, om de werkefficiëntie en veiligheid te verbeteren.
In een werkscenariocollaboratieve robotsrechtstreeks samenwerken met mensen, dus veiligheidskwesties kunnen niet genoeg worden benadrukt. Om de veiligheid van de samenwerking tussen mens en machine te garanderen, heeft de industrie veel relevante voorschriften en normen geformuleerd, met als doel de veiligheidskwesties van de samenwerking tussen mens en machine in overweging te nemen vanaf het ontwerp van collaboratieve robots.
Ondertussen moeten collaboratieve robots zelf ook zorgen voor veiligheid en betrouwbaarheid. Vanwege de hoge mate van ruimtelijke vrijheid van collaboratieve robots, die voornamelijk menselijk werk vervangen in complexe en gevaarlijke omgevingen, is het ook noodzakelijk om potentiële botsingen bij slijp-, montage-, boor-, handling- en andere werkzaamheden snel en betrouwbaar te detecteren.
Om botsingen tussen collaboratieve robots en mensen en de omgeving te voorkomen, verdelen ontwerpers de botsingsdetectie grofweg in vier fasen:
01 Pre-botsingsdetectie
Bij het inzetten van collaboratieve robots in een werkomgeving hopen ontwerpers dat deze robots net als mensen vertrouwd kunnen raken met de omgeving en hun eigen bewegingspaden kunnen plannen. Om dit te bereiken installeren ontwerpers processors en detectie-algoritmen met een bepaalde rekenkracht op collaboratieve robots, en bouwen ze een of meerdere camera's, sensoren en radars als detectiemethoden. Zoals hierboven vermeld, zijn er industriestandaarden die kunnen worden gevolgd voor detectie vóór botsingen, zoals de ISO/TS15066-ontwerpstandaard voor collaboratieve robots, die vereist dat collaboratieve robots stoppen met rennen wanneer mensen naderen en onmiddellijk herstellen wanneer mensen weggaan.
02 Botsingsdetectie
Dit is een ja- of nee-formulier, dat aangeeft of de collaboratieve robot in botsing is gekomen. Om triggerfouten te voorkomen, zullen ontwerpers een drempel instellen voor collaboratieve robots. De instelling van deze drempel is zeer nauwgezet, waardoor deze niet vaak kan worden geactiveerd en tegelijkertijd uiterst gevoelig is om botsingen te voorkomen. Omdat de besturing van robots voornamelijk afhankelijk is van motoren, combineren ontwerpers deze drempel met motoradaptieve algoritmen om botsingsstop te bereiken.
03 Botsingsisolatie
Nadat het systeem heeft bevestigd dat er een botsing heeft plaatsgevonden, is het noodzakelijk om het specifieke botspunt of botsverbinding te bevestigen. Het doel van het implementeren van isolatie op dit moment is om de plaats van aanvaring te stoppen. De botsingsisolatie vantraditionele robotswordt bereikt via externe vangrails, terwijl collaboratieve robots moeten worden geïmplementeerd via algoritmen en omgekeerde versnelling vanwege hun open ruimte.
04 Botsingsherkenning
Op dit punt heeft de collaboratieve robot bevestigd dat er een botsing heeft plaatsgevonden en dat de relevante variabelen de drempel hebben overschreden. Op dit punt moet de processor op de robot op basis van sensorinformatie bepalen of de botsing een toevallige botsing is. Als het oordeelsresultaat ja is, moet de collaboratieve robot zichzelf corrigeren; Als wordt vastgesteld dat het om een niet-toevallige botsing gaat, stopt de collaboratieve robot en wacht op menselijke verwerking.
Er kan worden gezegd dat botsingsdetectie een zeer belangrijk voorstel is voor collaboratieve robots om zelfbewustzijn te bereiken, wat de mogelijkheid biedt voor grootschalige toepassing van collaboratieve robots en een breder scala aan scenario's betreedt. In verschillende botsingsstadia stellen collaboratieve robots verschillende eisen aan sensoren. In de pre-botsingsdetectiefase is het hoofddoel van het systeem bijvoorbeeld het voorkomen van botsingen, dus de verantwoordelijkheid van de sensor is om de omgeving waar te nemen. Er zijn veel implementatieroutes, zoals op visie gebaseerde omgevingsperceptie, op millimetergolfradar gebaseerde omgevingsperceptie en op lidar gebaseerde omgevingsperceptie. Daarom moeten overeenkomstige sensoren en algoritmen worden gecoördineerd.
Nadat een botsing heeft plaatsgevonden, is het belangrijk dat collaboratieve robots zich zo snel mogelijk bewust zijn van het botspunt en de mate van botsing, om verdere maatregelen te kunnen nemen om te voorkomen dat de situatie verder verslechtert. De botsingsdetectiesensor speelt op dit moment een rol. De gebruikelijke botsingssensoren omvatten mechanische botsingssensoren, magnetische botsingssensoren, piëzo-elektrische botsingssensoren, botsingssensoren van het spanningstype, piëzoresistieve plaatbotsingssensoren en botsingssensoren van het kwikschakelaartype.
We weten allemaal dat tijdens de werking van collaboratieve robots de robotarm vanuit vele richtingen wordt blootgesteld aan koppel om de robotarm te laten bewegen en werken. Zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding, zal het beveiligingssysteem uitgerust met botsingssensoren een gecombineerde koppel-, koppel- en axiale belastingreactiekracht uitoefenen bij het detecteren van een botsing, en zal de collaboratieve robot onmiddellijk stoppen met werken.
Posttijd: 27 december 2023
