Tani czujnik bezpieczeństwa dla robotów przemysłowych

Inżynierowie z niemieckiego Fraunhofer Institute for Silicon Technology (ISIT) prowadzą projekt taniego czujnika siły mechanicznej, zainspirowany podobnym projektem stworzenia robotów dla małych i średnich przedsiębiorstw, finansowanym przez UE.

Projektowany przez ISIT czujnik przeznaczony dla robotów przemysłowych pozwoliłby na bezpieczne ich umiejscowienie w hali produkcyjnej obok pracowników. W większości środowisk produkcyjnych roboty mają bardzo duże rozmiary i pracują bez przerwy, wykonując jedno zadanie na nieruchomej stacji produkcyjnej, np. operacje spawalnicze w przemyśle motoryzacyjnym. Wiele robotów przemysłowych wymaga zabezpieczenia stanowiska w formie ogrodzenia, gdyż nie mogą prowadzić operacji w tym samym miejscu, gdzie pracują ludzie – ze względu na grożące im niebezpieczeństwo.

Zdaniem dyrektora ISIT, Jörga Eichholza: "Małe i średnie przedsiębiorstwa potrzebują mniejszych, inteligentniejszych, lżejszych i bardziej elastycznych robotów – zatem muszą one być tańsze i łatwiej programowalne, raczej przez operatorów niż programistów-ekspertów".

Czujniki z sześcioma stopniami detekcji ruchu i przyrządy pomiarowe do detekcji kolizji są dostępne na rynku, ale ich cena jest zbyt wysoka jak na szerokie zastosowanie w automatyce przemysłowej (kosztują około 5.000 EUR). Posiada je zaledwie kilka uniwersytetów i instytutów naukowych.

"Zakładając, że tani czujnik byłby dostępny, trzeba spełnić kilka warunków, aby roboty mogły być przystosowane dla małych i średnich przedsiębiorstw" – mówi J.Eichholz. "Jeden to możliwość ‘własnoręcznego’ nauczenia robota jak wykonywać daną operację. Użytkownik trzymałby w dłoni nadgarstek robota i poruszając nim, pokazywałby krok po kroku jak wykonać konkretne zadanie. Zastosowanie czujników pozwoliłoby robotowi na opracowanie własnego programu na użytek tego zadania".

Ponieważ w wielu małych i średnich przedsiębiorstwach ludzie pracują w dużej bliskości robotów, systemy powinny gwarantować bezpieczną pracę robota bez konieczności instalowania ogrodzenia. Projektanci taniego czujnika chcą instalować kamery sieciowe wokół przestrzeni pracy robota wykrywające ruch kogokolwiek wkraczającego w tę przestrzeń.

Czujnik siły mechanicznej jest wymagany w przypadku, gdy robot wchodzi w kontakt z człowiekiem lub elementem wyposażenia hali produkcyjnej, ponieważ zachodzi konieczność redukcji tego kontaktu. Roboty z Instytutu Fraunhofera stosowałyby czujniki siły i momentu obrotowego. Jeśli sygnał przekroczyłby zaprogramowany limit, zostałby zatrzymany i przywrócony do pierwotnego punktu.

Instytut Fraunhofera zakłada sens takiego rozwiązania tylko pod warunkiem niskiej ceny czujników. Da się ją osiągnąć poprzez zastosowanie płytki krzemowej z 4 mostkami i czterech rezystorów w każdym mostku działających jako tensometry. J.Eichholz twierdzi, że byłoby to zrobione w ten sam sposób jak standardowe układy scalone – przy użyciu precyzyjnej litografii z dokładnością do 0.1 mikrometra.

Czujnik mierzy siły mechaniczne i momenty obrotowe dzięki zawartemu w nim długiemu przewodowi, przez który przepływa prąd elektryczny. Jeśli przewód rozciąga się, staje się dłuższy i cieńszy, wzrasta rezystancja i wtedy przepływ prądu jest mniejszy. Jeśli robot natrafi na przeszkodę, kształt krzemu zmienia się, powodując mniejszy lub większy przepływ prądu.

Przetwornik jest przyklejony do stalowej płytki, może być więc przykręcony pomiędzy ramieniem i chwytakiem na zewnętrznym stawie ramienia robota. Tensometry wymagają kompleksowej kalibracji. Nowa technologia pozwala na uniknięcie błędów dzięki wykorzystaniu jednego kawałka krzemu z precyzyjnie dopasowanymi rezystorami.

Specjaliści z ISIT zakładają powodzenie projektu pod warunkiem masowej produkcji tanich czujników. Następnym krokiem będzie stworzenie prototypu, co ma nastąpić w ciągu 2 lat.

Źródło: http://www.theengineer.co.uk