استشعار قوة عزم الدوران للروبوتات: سبب أهميته وكيفية استخدامه

ما هو استشعار القوة وعزم الدوران

يقيس مستشعر قوة عزم الدوران (F/T) ستة مكونات للحمل الميكانيكي عند نقطة ما على الروبوت: ثلاث قوى (Fx، Fy، Fz) على طول كل محور وثلاثة عزم دوران (Tx، Ty، Tz) حول كل محور. يوفر مستشعر F/T المثبت على معصم الروبوت - بين وصلة الذراع الأخيرة والمؤثر النهائي - صورة كاملة للتفاعل الميكانيكي بين المقبض والبيئة: مقدار القوة التي يطبقها الروبوت، وفي أي اتجاه، ومقدار لحظة الانحناء التي يتم توليدها.

هذه المعلومات غير مرئية للكاميرات ولا يمكن استنتاجها بشكل موثوق من التيارات الحركية المشتركة وحدها (على الرغم من أن بعض الأذرع الحديثة، مثل فرانكا، توفر تقديرات عزم الدوران المفصلي على مستوى المعصم والتي تعطي إشارة خشنة تشبه F/T). يوفر مستشعر F/T المخصص الموجود على المعصم بيانات قوة معايرة ذات نطاق ترددي عالٍ يمكن استخدامها للتحكم المتوافق، واكتشاف جهات الاتصال، ومراقبة جودة الفهم، وكقناة مراقبة إضافية لسياسات المعالجة المستفادة.

عندما تحتاج إلى استشعار F/T

يعد استشعار F/T أكثر قيمة لمهام المعالجة الغنية بالتلامس: إدخال الربط في الفتحة، وموصلات التزاوج، وفتح الجرار، ومسامير اللولبة، والأدراج المنزلقة، وأسطح التلميع، ومهام التجميع حيث يجب على الروبوت تطبيق قوى خاضعة للتحكم بدلاً من مجرد اتباع مسار الموضع. في هذه المهام، تتسبب الأخطاء الصغيرة في تحديد الموقع في حدوث قوى تلامس كبيرة لا يستطيع الروبوت المتحكم في موضعه تعويضها دون رد فعل القوة - إما أن يخطئ الروبوت الهدف تمامًا أو يطبق قوة مفرطة ويلحق الضرر بالتجميع.

بالنسبة لمهام الاختيار والمكان الخالصة ذات التفاوتات الكبيرة، غالبًا ما يكون استشعار F/T المخصص غير ضروري. تعتبر مراقبة عزم الدوران المشترك كافية للكشف الأساسي عن الاصطدام، ويتعامل الإمساك الذي تمت معايرته جيدًا مع صلابة المقبض المناسبة مع معظم التعامل مع الأشياء دون تحكم واضح في القوة. أضف مستشعر F/T مخصصًا عندما تتضمن مهمتك إدخالًا دقيقًا، أو حركات الحفاظ على الاتصال، أو متابعة السطح الذي يتم التحكم فيه بالقوة.

خيارات الأجهزة

يعتبر ATI Mini45 وMini85 المعيار الذهبي للبحث في مجال استشعار F/T: الدقة العالية، وعرض النطاق الترددي العالي (7 كيلو هرتز)، والتوثيق الشامل. إنها باهظة الثمن (3000 إلى 7000 دولار اعتمادًا على نطاق القياس والموصل) ولكنها موثوقة ومدعومة جيدًا. يعد Robotiq FT 300-S خيارًا أقل تكلفة (2000 - 3000 دولار) مع نطاق ترددي أقل ولكن تكامل أسهل عبر USB وEthernet ودعم ROS المباشر. تدمج سلسلة OnRobot Hex مستشعر F/T مباشرة في واجهة ذراع القابض، مما يبسط الأسلاك على حساب قابلية أقل للتكوين.

بالنسبة للأبحاث ذات الميزانية المحدودة، تحسنت أجهزة استشعار F/T الأحدث منخفضة التكلفة من شركات مثل Bota Systems وWacoh Tech بشكل ملحوظ وأصبحت الآن مناسبة للعديد من تطبيقات البحث. عند اختيار جهاز استشعار، قم بمطابقة نطاق القياس مع مهمتك: جهاز الاستشعار شديد الحساسية المستخدم لاستيعاب الحمولة الثقيلة سوف يشبع؛ لن يكتشف المستشعر غير الحساس المستخدم للتجميع الدقيق أحداث الاتصال المهمة.

التكامل مع سياسات التلاعب

يمكن دمج بيانات F/T في سياسات المعالجة المستفادة بطريقتين. النهج الأكثر شيوعًا هو تضمين قراءات F/T كقنوات مراقبة إضافية إلى جانب الصور والحالات المشتركة - تستقبل السياسة متجه F/T سداسي الأبعاد في كل خطوة زمنية وتتعلم استخدامه ضمنيًا. وهذا أمر سهل التنفيذ ويعمل بشكل جيد عندما توفر بيانات F/T إشارة مفيدة يمكن للسياسة أن تتعلم كيفية استغلالها.

يستخدم النهج الأكثر تنظيماً بيانات F/T لتحديد معلمات طبقة التحكم المتوافقة الكلاسيكية: تُخرج السياسة المستفادة مفتاح الربط المطلوب أو معلمة الامتثال بدلاً من موضع مشترك، وتقوم وحدة التحكم في المعاوقة الكلاسيكية بترجمة ذلك إلى أوامر مشتركة مع الحفاظ على الامتثال المحدد. تفصل هذه البنية الهجينة تخطيط المهام (المتعلمة) عن التعامل مع ديناميكيات الاتصال (الكلاسيكية)، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى إنتاج سلوك أكثر موثوقية في المهام الغنية باتصالات أكثر من التعلم الشامل.

المهام الغنية بجهات الاتصال ومجموعة الاستشعار الخاصة بـ SVRC

قامت SVRC بنشر محطات روبوتية مجهزة بـ F/T لجمع البيانات حول مهام المعالجة الغنية بالتلامس بما في ذلك إدخال القابس وفتح الدرج ومهام التجميع التي تتطلب تطبيق قوة متحكم فيه. تشتمل مجموعة الاستشعار القياسية لدينا على ATI Mini45 عند معصم كل ذراع روبوت، مع تسجيل بيانات F/T بشكل متزامن جنبًا إلى جنب مع الكاميرات وحالات المفاصل عند 500 هرتز. يعد معدل التسجيل هذا كافيًا لالتقاط عابري جهات الاتصال ويتم تضمينه في عمليات تصدير مجموعة البيانات القياسية.

بالنسبة للفرق التي تجري أبحاثًا حول معالجة الاتصالات الغنية، تتوفر المحطات المجهزة بـ F/T في منشأة SVRC بالو ألتو من خلال موقعنا برنامج تأجير الروبوت. كما نقدم أيضًا استشارات بشأن اختيار ودمج مستشعرات F/T لإعدادات الأجهزة المخصصة. اتصل ب الفريق الهندسي SVRC لمناقشة متطلبات معالجة جهات الاتصال الغنية الخاصة بك، أو تصفح موقعنا كتالوج الأجهزة لتكوينات الاستشعار المتاحة.