Tradičné priemyselné roboty majú veľký objem a nízky bezpečnostný faktor, keďže v prevádzkovom okruhu nie sú povolené žiadne osoby. So zvyšujúcim sa dopytom po dynamickej neštruktúrovanej výrobe, ako je presná výroba a flexibilná výroba, koexistencia robotov s ľuďmi a robotov s prostredím kladie vyššie požiadavky na dizajn robotov. Roboty s touto schopnosťou sa nazývajú kolaboratívne roboty.
Kolaboratívne robotymajú mnoho výhod, vrátane nízkej hmotnosti, šetrnosti k životnému prostrediu, inteligentného vnímania, spolupráce medzi človekom a strojom a jednoduchosti programovania. Za týmito výhodami sa skrýva veľmi dôležitá funkcia, ktorou je detekcia kolízie – hlavnou funkciou je znížiť vplyv kolíziovej sily na telo robota, zabrániť poškodeniu tela robota alebo periférnych zariadení a čo je dôležitejšie, zabrániť robotovi spôsobiť škodu na ľuďoch.
S rozvojom vedy a techniky existuje mnoho spôsobov, ako dosiahnuť detekciu kolízií pre kolaboratívne roboty, vrátane kinematiky, mechaniky, optiky atď. Samozrejme, jadrom týchto metód implementácie sú komponenty s rôznymi detekčnými funkciami.
Detekcia kolízií kolaboratívnych robotov
Zámerom objavenia sa robotov nie je úplne nahradiť ľudí. Mnohé úlohy si vyžadujú spoluprácu medzi ľuďmi a robotmi, čo je základom zrodu kolaboratívnych robotov. Pôvodným zámerom navrhovania kolaboratívnych robotov je interakcia a spolupráca s ľuďmi pri práci s cieľom zlepšiť efektivitu a bezpečnosť práce.
V pracovnom scenárikolaboratívne robotyspolupracovať priamo s ľuďmi, takže otázky bezpečnosti nemožno príliš zdôrazňovať. Aby sa zaistila bezpečnosť spolupráce človeka a stroja, priemysel sformuloval mnoho relevantných nariadení a noriem s cieľom zvážiť otázky bezpečnosti spolupráce človeka a stroja už od návrhu kolaboratívnych robotov.
Bezpečnosť a spoľahlivosť musia zabezpečiť aj samotné kolaboratívne roboty. Vzhľadom na vysoký stupeň priestorovej voľnosti kolaboratívnych robotov, ktoré nahrádzajú najmä ľudskú prácu v zložitých a nebezpečných prostrediach, je potrebné rýchlo a spoľahlivo odhaliť aj prípadné kolízie pri brúsení, montáži, vŕtaní, manipulácii a iných prácach.
Aby sa zabránilo kolíziám medzi kolaboratívnymi robotmi a ľuďmi a prostredím, dizajnéri rozdelili detekciu kolízií zhruba do štyroch fáz:
01 Detekcia pred zrážkou
Pri nasadzovaní kolaboratívnych robotov v pracovnom prostredí dizajnéri dúfajú, že tieto roboty dokážu poznať prostredie ako ľudia a plánovať si vlastné cesty pohybu. Aby to dosiahli, dizajnéri inštalujú do kolaboratívnych robotov procesory a detekčné algoritmy s určitým výpočtovým výkonom a ako metódy detekcie vybudujú jednu alebo niekoľko kamier, senzorov a radarov. Ako už bolo spomenuté vyššie, existujú priemyselné štandardy, ktoré je možné dodržať pri detekcii pred kolíziou, ako je štandard ISO/TS15066 pre návrh kolaboratívneho robota, ktorý vyžaduje, aby kolaboratívne roboty prestali bežať, keď sa ľudia priblížia, a okamžite sa zotavili, keď ľudia odídu.
02 Detekcia kolízie
Toto je formulár áno alebo nie, ktorý predstavuje, či sa kolaboratívny robot zrazil. Aby sa zabránilo spúšťaniu chýb, dizajnéri nastavia prah pre kolaboratívne roboty. Nastavenie tohto prahu je veľmi dôsledné, zaisťuje, že ho nemožno spúšťať často, a zároveň je mimoriadne citlivé, aby sa predišlo kolíziám. Vzhľadom na skutočnosť, že riadenie robotov sa spolieha hlavne na motory, dizajnéri kombinujú tento prah s algoritmami adaptívnymi na motor, aby dosiahli zastavenie kolízie.
03 Izolácia kolízie
Potom, čo systém potvrdí, že došlo ku kolízii, je potrebné potvrdiť konkrétny bod kolízie alebo kolíziu. Účelom implementácie izolácie v tomto čase je zastaviť miesto kolízie. Kolízna izoláciatradičné robotysa dosahuje pomocou vonkajších zábradlí, zatiaľ čo kolaboratívne roboty je potrebné implementovať pomocou algoritmov a spätnej akcelerácie kvôli ich otvorenému priestoru.
04 Rozpoznanie kolízie
V tomto bode kolaboratívny robot potvrdil, že došlo ku kolízii a príslušné premenné prekročili prah. V tomto bode musí procesor na robote na základe informácií zo snímania určiť, či kolízia je náhodná. Ak je výsledok úsudku áno, kolaboratívny robot sa musí sám opraviť; Ak je to určené ako nenáhodná kolízia, kolaboratívny robot sa zastaví a počká na spracovanie človekom.
Dá sa povedať, že detekcia kolízií je pre kolaboratívne roboty veľmi dôležitým návrhom na dosiahnutie sebauvedomenia, poskytuje možnosť rozsiahlej aplikácie kolaboratívnych robotov a vstupuje do širšieho spektra scenárov. V rôznych fázach kolízie majú kolaboratívne roboty rôzne požiadavky na senzory. Napríklad v štádiu detekcie pred kolíziou je hlavným účelom systému zabrániť kolíziám, takže zodpovednosťou snímača je vnímať prostredie. Existuje mnoho spôsobov implementácie, ako je vnímanie prostredia založené na vízii, vnímanie prostredia založené na radare s milimetrovými vlnami a vnímanie prostredia založené na lidare. Preto je potrebné koordinovať zodpovedajúce senzory a algoritmy.
Keď dôjde ku kolízii, je dôležité, aby si kolaboratívne roboty čo najskôr uvedomili bod a stupeň kolízie, aby mohli prijať ďalšie opatrenia, aby sa situácia ďalej nezhoršovala. V tejto chvíli zohráva úlohu snímač detekcie kolízie. Bežné kolízne snímače zahŕňajú mechanické kolízne snímače, magnetické kolízne snímače, piezoelektrické kolízne snímače, kolízne snímače typu deformácie, piezorezistívne kolízne snímače a kolízne snímače typu ortuťového spínača.
Všetci vieme, že počas prevádzky kolaboratívnych robotov je robotické rameno vystavené krútiacemu momentu z mnohých smerov, aby sa robotické rameno pohybovalo a fungovalo. Ako je znázornené na obrázku nižšie, ochranný systém vybavený kolíznymi senzormi pri detekcii kolízie aplikuje kombinovanú reakčnú silu krútiaceho momentu, krútiaceho momentu a axiálneho zaťaženia a spolupracujúci robot okamžite prestane pracovať.
Čas odoslania: 27. decembra 2023
