Традиционные промышленные роботы имеют большой объем и низкий коэффициент безопасности, так как в радиусе действия люди не допускаются. С ростом спроса на динамичное неструктурированное производство, такое как прецизионное производство и гибкое производство, сосуществование роботов с людьми и роботов с окружающей средой выдвинуло более высокие требования к проектированию роботов. Роботы с такой способностью называются коллаборативными роботами.
Коллаборативные роботыимеют множество преимуществ, в том числе легкий вес, экологичность, интеллектуальное восприятие, взаимодействие человека и машины и простоту программирования. За этими преимуществами стоит очень важная функция — обнаружение столкновений. Основная функция — уменьшить воздействие силы столкновения на корпус робота, избежать повреждения корпуса робота или периферийного оборудования и, что более важно, предотвратить робота от причинение вреда человеку.
С развитием науки и техники появилось множество способов достижения обнаружения столкновений для коллаборативных роботов, включая кинематику, механику, оптику и т. д. Конечно, ядром этих методов реализации являются компоненты с различными функциями обнаружения.
Обнаружение столкновений коллаборативных роботов
Появление роботов не призвано полностью заменить человека. Для выполнения многих задач требуется сотрудничество между людьми и роботами, что и послужило причиной появления совместных роботов. Первоначальная цель разработки коллаборативных роботов — взаимодействовать и сотрудничать с людьми в работе, чтобы повысить эффективность и безопасность работы.
В рабочем сценарииколлаборативные роботысотрудничать напрямую с людьми, поэтому вопросы безопасности невозможно переоценить. Чтобы обеспечить безопасность взаимодействия человека и машины, в отрасли сформулировано множество соответствующих правил и стандартов с целью рассмотрения вопросов безопасности взаимодействия человека и машины при проектировании совместных роботов.
Между тем, сами коллаборативные роботы также должны обеспечивать безопасность и надежность. Из-за высокой степени пространственной свободы коллаборативных роботов, которые в основном заменяют работу человека в сложных и опасных средах, также необходимо быстро и надежно обнаруживать потенциальные столкновения при шлифовании, сборке, сверлении, погрузочно-разгрузочных работах и других работах.
Чтобы предотвратить столкновения между коллаборативными роботами, людьми и окружающей средой, дизайнеры грубо разделяют обнаружение столкновений на четыре этапа:
01 Обнаружение перед столкновением
Развертывая коллаборативных роботов в рабочей среде, дизайнеры надеются, что эти роботы смогут знакомиться с окружающей средой, как люди, и планировать свои собственные траектории движения. Для этого проектировщики устанавливают на коллаборативных роботов процессоры и алгоритмы обнаружения с определенной вычислительной мощностью, а также создают одну или несколько камер, датчиков и радаров в качестве методов обнаружения. Как упоминалось выше, существуют отраслевые стандарты, которым можно следовать для обнаружения перед столкновением, например стандарт проектирования совместных роботов ISO/TS15066, который требует, чтобы коллаборативные роботы прекращали работать при приближении людей и немедленно восстанавливались, когда люди уходят.
02 Обнаружение столкновений
Это форма ответа «да» или «нет», указывающая, столкнулся ли коллаборативный робот. Чтобы избежать возникновения ошибок, дизайнеры установят порог для коллаборативных роботов. Настройка этого порога очень тщательная, что гарантирует, что он не может срабатывать часто, а также чрезвычайно чувствителен, чтобы избежать столкновений. В связи с тем, что управление роботами в основном опирается на двигатели, конструкторы комбинируют этот порог с адаптивными алгоритмами двигателей для предотвращения столкновений.
03 Изоляция столкновений
После того, как система подтвердит, что столкновение произошло, необходимо подтвердить конкретную точку столкновения или место столкновения. Целью реализации изоляции на данный момент является остановка места столкновения. Изоляция при столкновениитрадиционные роботыдостигается за счет внешних ограждений, в то время как коллаборативные роботы должны быть реализованы с помощью алгоритмов и обратного ускорения из-за их открытого пространства.
04 Распознавание столкновений
На этом этапе коллаборативный робот подтвердил, что столкновение произошло и соответствующие переменные превысили пороговое значение. На этом этапе процессор робота должен определить, является ли столкновение случайным, на основе сенсорной информации. Если результат оценки положительный, коллаборативному роботу необходимо выполнить самокоррекцию; Если столкновение определяется как неслучайное, коллаборативный робот остановится и будет ждать обработки человеком.
Можно сказать, что обнаружение столкновений является очень важным предложением для коллаборативных роботов для достижения самосознания, предоставляя возможность крупномасштабного применения коллаборативных роботов и участия в более широком диапазоне сценариев. На разных стадиях столкновения коллаборативные роботы предъявляют разные требования к датчикам. Например, на этапе обнаружения перед столкновением основная цель системы — предотвратить столкновения, поэтому ответственность датчика — воспринимать окружающую среду. Существует множество путей реализации, таких как восприятие окружающей среды на основе видения, восприятие окружающей среды на основе радара миллиметрового диапазона и восприятие окружающей среды на основе лидара. Поэтому соответствующие датчики и алгоритмы необходимо согласовывать.
После того, как произошло столкновение, коллаборативным роботам важно как можно скорее узнать о точке и степени столкновения, чтобы принять дальнейшие меры для предотвращения дальнейшего ухудшения ситуации. В этот момент важную роль играет датчик обнаружения столкновений. Обычные датчики столкновений включают в себя механические датчики столкновений, магнитные датчики столкновений, пьезоэлектрические датчики столкновений, датчики столкновений натяжного типа, датчики столкновений с пьезорезистивными пластинами и датчики столкновений типа ртутного переключателя.
Мы все знаем, что во время работы коллаборативных роботов роботизированная рука подвергается крутящему моменту со многих направлений, заставляя роботизированную руку двигаться и работать. Как показано на рисунке ниже, система защиты, оснащенная датчиками столкновений, приложит комбинированную силу реакции крутящего момента, крутящего момента и осевой нагрузки при обнаружении столкновения, и коллаборативный робот немедленно прекратит работу.
Время публикации: 27 декабря 2023 г.
