Robot công nghiệp truyền thống có khối lượng lớn và hệ số an toàn thấp do không có người được phép vào trong bán kính hoạt động. Với nhu cầu ngày càng tăng về sản xuất phi cấu trúc năng động như sản xuất chính xác và sản xuất linh hoạt, sự tồn tại chung của robot với con người và robot với môi trường đã đặt ra yêu cầu cao hơn cho thiết kế robot. Robot có khả năng này được gọi là robot cộng tác.
Robot cộng táccó nhiều ưu điểm, bao gồm trọng lượng nhẹ, thân thiện với môi trường, nhận thức thông minh, sự hợp tác giữa người và máy và dễ lập trình. Đằng sau những ưu điểm đó còn có một chức năng rất quan trọng đó là phát hiện va chạm – chức năng chính là giảm tác động của lực va chạm lên thân robot, tránh làm hư hỏng thân robot hoặc các thiết bị ngoại vi và quan trọng hơn là ngăn chặn robot khỏi bị va chạm. gây thiệt hại cho con người.
Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, có nhiều cách để đạt được khả năng phát hiện va chạm cho robot cộng tác, bao gồm động học, cơ học, quang học, v.v. Tất nhiên, cốt lõi của các phương pháp triển khai này là các thành phần có chức năng phát hiện khác nhau.
Phát hiện va chạm của robot cộng tác
Sự xuất hiện của robot không nhằm mục đích thay thế hoàn toàn con người. Nhiều nhiệm vụ đòi hỏi sự hợp tác giữa con người và robot để hoàn thành, đó là nền tảng cho sự ra đời của robot cộng tác. Mục đích ban đầu của việc thiết kế robot cộng tác là tương tác và cộng tác với con người trong công việc nhằm nâng cao hiệu quả và an toàn công việc.
Trong một kịch bản làm việc,robot cộng táccộng tác trực tiếp với con người nên vấn đề an toàn không thể được nhấn mạnh quá mức. Để đảm bảo an toàn cho sự hợp tác giữa con người và máy móc, ngành đã xây dựng nhiều quy định và tiêu chuẩn liên quan, với mục đích xem xét các vấn đề an toàn trong hợp tác giữa con người và máy móc từ việc thiết kế robot cộng tác.
Trong khi đó, bản thân robot cộng tác cũng phải đảm bảo tính an toàn và tin cậy. Do mức độ tự do không gian cao của robot cộng tác, chủ yếu thay thế công việc của con người trong môi trường phức tạp và nguy hiểm, nên cũng cần phát hiện nhanh chóng và đáng tin cậy các va chạm tiềm ẩn trong quá trình mài, lắp ráp, khoan, xử lý và các công việc khác.
Để ngăn ngừa va chạm giữa robot hợp tác với con người và môi trường, các nhà thiết kế chia việc phát hiện va chạm thành bốn giai đoạn:
01 Phát hiện trước va chạm
Khi triển khai robot cộng tác trong môi trường làm việc, các nhà thiết kế hy vọng rằng những robot này có thể làm quen với môi trường như con người và lên kế hoạch cho lộ trình di chuyển của riêng mình. Để đạt được điều này, các nhà thiết kế cài đặt bộ xử lý và thuật toán phát hiện với sức mạnh tính toán nhất định trên các robot cộng tác và xây dựng một hoặc một số camera, cảm biến và radar làm phương pháp phát hiện. Như đã đề cập ở trên, có những tiêu chuẩn ngành có thể được tuân theo để phát hiện trước va chạm, chẳng hạn như tiêu chuẩn thiết kế rô-bốt cộng tác ISO/TS15066, yêu cầu rô-bốt cộng tác ngừng chạy khi có người đến gần và phục hồi ngay lập tức khi mọi người rời đi.
02 Phát hiện va chạm
Đây là biểu mẫu có hoặc không, biểu thị liệu robot cộng tác có va chạm hay không. Để tránh gây ra lỗi, các nhà thiết kế sẽ đặt ra ngưỡng cho robot cộng tác. Việc thiết lập ngưỡng này rất tỉ mỉ, đảm bảo không thể kích hoạt thường xuyên đồng thời cực kỳ nhạy để tránh va chạm. Do việc điều khiển robot chủ yếu dựa vào động cơ nên các nhà thiết kế kết hợp ngưỡng này với các thuật toán thích ứng với động cơ để đạt được khả năng dừng va chạm.
03 Cách ly va chạm
Sau khi hệ thống xác nhận đã xảy ra va chạm, cần xác nhận điểm va chạm cụ thể hoặc khớp va chạm. Mục đích của việc thực hiện cách ly lúc này là để ngăn chặn hiện trường va chạm. Sự cách ly va chạm củarobot truyền thốngđạt được thông qua các lan can bên ngoài, trong khi robot cộng tác cần được triển khai thông qua các thuật toán và khả năng tăng tốc ngược do không gian mở của chúng.
04 Nhận dạng va chạm
Tại thời điểm này, robot cộng tác đã xác nhận rằng đã xảy ra va chạm và các biến liên quan đã vượt quá ngưỡng. Lúc này, bộ xử lý trên robot cần xác định xem vụ va chạm có phải là va chạm vô tình hay không dựa trên thông tin cảm nhận được. Nếu kết quả phán đoán là có, robot cộng tác cần tự sửa lỗi; Nếu được xác định là va chạm không phải ngẫu nhiên, robot cộng tác sẽ dừng lại và chờ con người xử lý.
Có thể nói, phát hiện va chạm là một đề xuất rất quan trọng để rô bốt hợp tác đạt được khả năng tự nhận thức, mang lại khả năng ứng dụng quy mô lớn cho rô bốt hợp tác và tham gia vào nhiều tình huống khác nhau. Ở các giai đoạn va chạm khác nhau, robot cộng tác có những yêu cầu khác nhau về cảm biến. Ví dụ, trong giai đoạn phát hiện trước va chạm, mục đích chính của hệ thống là ngăn chặn va chạm xảy ra, do đó, trách nhiệm của cảm biến là nhận biết môi trường. Có nhiều lộ trình thực hiện, chẳng hạn như nhận thức về môi trường dựa trên tầm nhìn, nhận thức về môi trường dựa trên radar sóng milimet và nhận thức về môi trường dựa trên lidar. Vì vậy, các cảm biến và thuật toán tương ứng cần phải được phối hợp.
Sau khi xảy ra va chạm, điều quan trọng là robot cộng tác phải nhận biết được điểm và mức độ va chạm càng sớm càng tốt để thực hiện các biện pháp tiếp theo nhằm ngăn chặn tình hình xấu đi hơn nữa. Cảm biến phát hiện va chạm đóng một vai trò vào lúc này. Các cảm biến va chạm phổ biến bao gồm cảm biến va chạm cơ học, cảm biến va chạm từ tính, cảm biến va chạm áp điện, cảm biến va chạm loại biến dạng, cảm biến va chạm tấm áp điện và cảm biến va chạm loại công tắc thủy ngân.
Chúng ta đều biết rằng trong quá trình hoạt động của robot cộng tác, cánh tay robot phải chịu mô men xoắn từ nhiều hướng khiến cánh tay robot di chuyển và hoạt động. Như thể hiện trong hình bên dưới, hệ thống bảo vệ được trang bị cảm biến va chạm sẽ tác dụng lực phản ứng tổng hợp mô-men xoắn, mô-men xoắn và tải trọng dọc trục khi phát hiện va chạm và robot cộng tác sẽ ngay lập tức ngừng hoạt động.
Thời gian đăng: 27-12-2023
