Tradycyjne roboty przemysłowe charakteryzują się dużą objętością i niskim współczynnikiem bezpieczeństwa, ponieważ w promieniu działania nie mogą przebywać żadne osoby. Wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na dynamiczną, nieustrukturyzowaną produkcję, taką jak produkcja precyzyjna i elastyczna, współistnienie robotów z ludźmi i robotów z otoczeniem postawiło wyższe wymagania dotyczące projektowania robotów. Roboty posiadające tę zdolność nazywane są robotami współpracującymi.
Roboty współpracującemają wiele zalet, w tym lekkość, przyjazność dla środowiska, inteligentną percepcję, współpracę człowiek-maszyna i łatwość programowania. Za tymi zaletami kryje się bardzo ważna funkcja, jaką jest wykrywanie kolizji - główną funkcją jest ograniczenie wpływu siły kolizji na korpus robota, uniknięcie uszkodzeń korpusu robota lub urządzeń peryferyjnych, a co ważniejsze, zapobieganie powodując szkody dla ludzi.
Wraz z rozwojem nauki i technologii istnieje wiele sposobów na osiągnięcie wykrywania kolizji dla robotów współpracujących, włączając kinematykę, mechanikę, optykę itp. Oczywiście rdzeniem tych metod realizacji są komponenty posiadające różne funkcje detekcji.
Wykrywanie kolizji robotów współpracujących
Pojawienie się robotów nie ma na celu całkowitego zastąpienia człowieka. Wiele zadań wymaga współpracy człowieka i robotów, co stało się podstawą narodzin robotów współpracujących. Pierwotnym zamysłem projektowania robotów współpracujących jest interakcja i współpraca z człowiekiem w pracy, w celu poprawy wydajności i bezpieczeństwa pracy.
W scenariuszu pracyroboty współpracującewspółpracować bezpośrednio z ludźmi, dlatego nie można przeceniać kwestii bezpieczeństwa. Aby zapewnić bezpieczeństwo współpracy człowiek-maszyna, przemysł sformułował wiele odpowiednich przepisów i norm, których celem jest uwzględnienie kwestii bezpieczeństwa współpracy człowiek-maszyna już od projektowania robotów współpracujących.
Tymczasem same roboty współpracujące muszą również zapewniać bezpieczeństwo i niezawodność. Ze względu na dużą swobodę przestrzenną robotów współpracujących, które zastępują głównie pracę człowieka w złożonych i niebezpiecznych środowiskach, konieczne jest również szybkie i niezawodne wykrywanie potencjalnych kolizji podczas szlifowania, montażu, wiercenia, przenoszenia i innych prac.
Aby zapobiec kolizjom między robotami współpracującymi a ludźmi i środowiskiem, projektanci z grubsza dzielą wykrywanie kolizji na cztery etapy:
01 Wykrywanie przed kolizją
Wdrażając roboty współpracujące w środowisku pracy, projektanci mają nadzieję, że roboty te będą mogły zaznajomić się ze środowiskiem tak jak ludzie i zaplanować własne ścieżki ruchu. Aby to osiągnąć, projektanci instalują procesory i algorytmy wykrywania o określonej mocy obliczeniowej na robotach współpracujących oraz budują jedną lub kilka kamer, czujników i radarów jako metody wykrywania. Jak wspomniano powyżej, istnieją standardy branżowe, których można przestrzegać w celu wykrywania przed kolizją, takie jak norma ISO/TS15066 dotycząca projektowania robotów współpracujących, która wymaga, aby roboty współpracujące zatrzymywały się, gdy ludzie się zbliżają, i natychmiast wracały do zdrowia, gdy ludzie odchodzą.
02 Wykrywanie kolizji
Jest to forma odpowiedzi „tak” lub „nie”, wskazująca, czy robot współpracujący uległ kolizji. Aby uniknąć błędów wyzwalających, projektanci ustalą próg dla robotów współpracujących. Ustawienie tego progu jest bardzo dokładne, co gwarantuje, że nie będzie można go często uruchamiać, a jednocześnie jest niezwykle czułe, aby uniknąć kolizji. Ze względu na fakt, że sterowanie robotami opiera się głównie na silnikach, projektanci łączą ten próg z algorytmami adaptacyjnymi silnika, aby osiągnąć zatrzymanie kolizji.
03 Izolacja kolizji
Po potwierdzeniu przez system wystąpienia kolizji należy potwierdzić konkretny punkt kolizji lub złącze kolizyjne. Celem wdrożenia izolacji w tym momencie jest zatrzymanie miejsca kolizji. Izolacja kolizyjnatradycyjne robotyOsiąga się to za pomocą zewnętrznych poręczy ochronnych, podczas gdy roboty współpracujące należy wdrażać za pomocą algorytmów i odwrotnego przyspieszania ze względu na ich otwartą przestrzeń.
04 Rozpoznawanie kolizji
W tym momencie robot współpracujący potwierdził, że doszło do kolizji, a odpowiednie zmienne przekroczyły próg. W tym momencie procesor robota musi określić, czy kolizja jest przypadkowa, na podstawie uzyskanych informacji. Jeśli wynik oceny jest twierdzący, robot współpracujący musi dokonać samokorekty; Jeśli zostanie ona uznana za kolizję nieprzypadkową, robot współpracujący zatrzyma się i poczeka na przetworzenie przez człowieka.
Można powiedzieć, że wykrywanie kolizji jest dla robotów współpracujących bardzo ważną propozycją pozwalającą na osiągnięcie samoświadomości, dającą możliwość zastosowania robotów współpracujących na dużą skalę i wchodzenia w szerszą gamę scenariuszy. Na różnych etapach kolizji roboty współpracujące mają różne wymagania dotyczące czujników. Przykładowo na etapie wykrywania kolizji głównym zadaniem systemu jest zapobieganie wystąpieniu kolizji, zatem zadaniem czujnika jest postrzeganie otoczenia. Istnieje wiele dróg wdrożenia, takich jak percepcja środowiska oparta na wizji, percepcja środowiska oparta na radarze fal milimetrowych i percepcja środowiska oparta na lidarze. Dlatego należy skoordynować odpowiednie czujniki i algorytmy.
Po wystąpieniu kolizji ważne jest, aby roboty współpracujące jak najszybciej zdały sobie sprawę z miejsca i stopnia kolizji, aby podjąć dalsze działania zapobiegające dalszemu pogarszaniu się sytuacji. W tym momencie rolę odgrywa czujnik wykrywania kolizji. Typowe czujniki kolizji obejmują mechaniczne czujniki kolizji, magnetyczne czujniki kolizji, piezoelektryczne czujniki kolizji, czujniki kolizji typu odkształceniowego, piezorezystancyjne czujniki kolizji płytowe i czujniki kolizji typu przełącznika rtęciowego.
Wszyscy wiemy, że podczas działania robotów współpracujących na ramię robota działa moment obrotowy z wielu kierunków, aby ramię robota mogło się poruszać i pracować. Jak pokazano na poniższym rysunku, system zabezpieczający wyposażony w czujniki kolizji zastosuje połączony moment obrotowy, moment obrotowy i siłę reakcji na obciążenie osiowe po wykryciu kolizji, a robot współpracujący natychmiast przestanie działać.
Czas publikacji: 27 grudnia 2023 r
