Управление на силата на робота: от откриване на контакт до стабилен процес

Позиционното управление работи добре, когато детайлът, приспособлението, инструментът и роботът остават там, където програмата очаква да бъдат. Шлифоването, полирането, отстраняването на мустаци, вмъкването, следването на повърхност и тестването на изделия нарушават това допускане: контактната сила се променя заради допуските на детайла, грешките на приспособлението, износването на абразива, топлинното разширение и локалната геометрия на повърхността.

Управлението по сила добавя обратна връзка от самото взаимодействие. Контролерът може да открива контакт, да позволява податливо движение, да регулира натиска или да адаптира скоростта, когато силата се отклонява от зададената стойност. Това прави процеса устойчив на ограничени вариации, но не премахва необходимостта от добра механика, калибрирани данни за товара, стабилен инструмент или система за намаляване на риска, сертифицирана за безопасност.

Сензорът на китката измерва контактната сила в процеса близо до инструмента, като същевременно отчита влиянието на товара, ускорението, кабелите и инерцията.

Изберете източника на обратна връзка според процеса

Някои роботи оценяват външния момент по тока на двигателите на ставите и динамичен модел. Това може да осигури общо откриване на сблъсъци и податливост, без да се добавя хардуер към китката. Точността зависи от триенето в задвижването, компенсацията на гравитацията, масата на товара, центъра на тежестта, позата на робота, температурата и ускорението. Малките контактни сили може да се отделят трудно от собствената динамика на робота.

Външен шестоосов сензор за сила и момент измерва силите и моментите по-близо до процеса. Той може да осигури по-добра чувствителност и пряка информация за контакта на инструмента, но добавя маса и височина на монтажния пакет, променя товара и инерцията, изисква окабеляване и интеграция на сигнала и има ограничена товароносимост при претоварване. Сензорът трябва да бъде оразмерен както за случайни натоварвания, така и за нормалния диапазон на процеса; устройство, избрано само за фина разделителна способност, може да се повреди при сблъсък или смяна на инструмента.

Трети вариант е механичната податливост, например плаващ инструмент, задвижващ механизъм с постоянна сила или податлива китка. Пасивната податливост може да бъде надеждна и бърза, докато активната обратна връзка по сила осигурява програмируемост и диагностични данни. Много успешни клетки комбинират двете: механичната податливост поглъща високочестотните вариации, а контурът на робота коригира по-бавните промени.

Съобразете режима на управление със задачата

Откриването на контакт следи за праг на сила или момент, след което променя състоянието или спира приближаването. То е полезно за намиране на повърхност или потвърждаване на правилното сядане, но прагът трябва да отчита шума, теглото на инструмента, скоростта на приближаване и инерционното натоварване. Праг, който работи при бавен тест, може да се задейства твърде късно при контакт със скоростта на производство.

Податливостта позволява движение под товар, често по избрани оси, докато останалите се ограничават. Управлението с постоянна сила регулира зададена нормална сила, докато роботът следва повърхност. Алгоритмите за търсене комбинират ограничена сила със спирално, растерно или насочено движение, за да локализират елемент за вмъкване. Адаптирането на скоростта може да забави траекторията при обработка, когато измереният товар се увеличи, като намали претоварването и същевременно запази напредъка.

Всеки режим се нуждае от ограничения: максимално преместване, максимална сила и момент, разрешени оси, ограничения на скоростта, времево ограничение, посока за оттегляне и поведение при загуба на сензора. Без тези ограничения контурът по сила може да продължи да натиска, защото зададената стойност така и не е достигната.

Стабилният контакт зависи от динамиката на робота, коравината на инструмента, скоростта на процеса, вариациите на повърхността, филтрирането и настройката на контура.

Съобразете честотната лента на контура с механичната податливост

Контактът променя динамиката на системата. Твърд инструмент върху твърд детайл може да създаде висока собствена честота и да усили малки закъснения или измервателен шум. Прекомерното усилване може да предизвика трептене; силното филтриране намалява шума, но добавя фазово закъснение и може да дестабилизира или забави реакцията. Меката контактна повърхност се управлява по-лесно, но може да намали точността на траекторията или постоянството на процеса.

Пускането в експлоатация трябва да започне с ниска скорост и консервативна сила, при проверени маса и център на тежестта на инструмента. Нулирайте отклонението на сензора в правилната поза и при необходимата температурна среда, след което оценете множество пози на робота, тъй като компенсацията на гравитацията и конструктивната коравина се променят в работното пространство. Следете действителната сила, зададената сила, корекцията на позицията, скоростта и флаговете за достигане на граници. Плавната усреднена стойност може да скрие опасни пикове, затова записвайте данни с достатъчно висока честота за контактното събитие.

Отделете регулирането на процеса от безопасността на машината

Прагът на сила, използван за управление на качеството, не е автоматично функция за безопасност. Опасностите за персонала могат да останат заради остри инструменти, горещи детайли, натрупана пневматична енергия, точки на притискане и инерцията на робота или товара. Съвместната работа също зависи от специфична за приложението оценка на риска, валидирани ограничения и функции, сертифицирани за безопасност, а не само от наличието на измерване на момента.

Конструкцията на машината трябва да определя какво се случва при авариен стоп, защитен стоп, повреда на сензора, прекъсване на мрежата, счупване на инструмента и загуба на детайла. Ако натрупаната сила може да освободи движение след отстраняване на захранването, процедурата за възстановяване трябва да го предвиди. Повторното стартиране трябва да изисква от клетката да установи известен инструмент, товар, състояние на сензора и състояние без контакт, преди управлението по сила да бъде възобновено.

Осигурете ясен интерфейс към PLC

Контурът по сила с висока честота принадлежи в робота или в специализиран контролер за движение. PLC трябва да обменя състояния на ниво машина, като готовност, разрешено приближаване, открит контакт, активен процес, завършен процес, резултат от качеството и повреда. Той трябва също да получава диагностичните стойности, необходими за производствени записи и поддръжка, без да се опитва да затваря контура по сила през по-бавна индустриална мрежа.

Определете кой управлява рецептите и ограниченията. Ако PLC избира рецепта за детайла, роботът трябва да потвърди заредените параметри за сила, скорост, инструмент и търсене преди движение. Промените в праговете и филтрите изискват контрол на версиите, тъй като влияят както на качеството, така и на натоварването на оборудването.

Използвайте данните за силата като доказателство за процеса

Графиките на силата могат да покажат повече от годен или негоден резултат. Увеличаващият се пик при вмъкване може да показва разцентроване, мустаци, загуба на смазване или разместване на приспособлението. Нарастващата средна сила при полиране при същата команда може да показва износване на инструмента или промяна в податливостта. Внезапна промяна в шестоосовия профил може да идентифицира разхлабен инструмент или неправилна ориентация на детайла.

Статистическите граници трябва да произлизат от данни за известен добър процес и инженерни допуски, а не от произволни проценти. Съхранявайте рецептата, идентификатора на инструмента, позицията на робота и съответните характеристики на силата заедно с резултата. Този контекст помага да се разграничи вариацията на изделието от отклонението на сензора или дейностите по поддръжката.

Компонентите на системите за движение могат да бъдат разгледани в Задвижвания и управление на движението, а хардуерът за роботи е наличен в колекцията ABB Robotics.

Инженерна гледна точка

Управлението по сила е най-ценно, когато приспособлението и процесът вече са достатъчно повторяеми, за да се определи стабилна контактна задача, но все още съдържат вариации, които чистото позиционно управление не може икономично да компенсира. То не бива да се превръща в софтуерен пластир за разхлабено приспособление или неконтролиран инструмент. Силната реализация съчетава подходящо измерване, ограничени режими на управление, механична податливост, отделяне на функциите за безопасност, диагностично проследяване и изпитвания на реалистични откази.