Что дают датчики силы и энкодеры в приводах робота

В аппаратной части роботизированной платформы датчики силы и энкодеры стоят рядом с моторами, редукторами и приводами — и вместе с вычислительным и доменным контроллерами определяют, какие операции платформе доступны. Разница между роботом, который переносит груз по заданной траектории, и роботом, который работает в контакте с деталью или оснасткой, лежит именно здесь: без обратной связи по силе контактная операция выполняется по жёсткой программе и не допускает отклонений реальной среды от расчётной.

Ниже разобрано, что дают эти датчики на практике, какие операции они открывают и что проверить в платформе при выборе. Линейка платформ и состав архитектуры приведены на странице Человекоподобные роботы для производства.

Что измеряет каждая группа датчиков

• Энкодеры в приводах дают положение и скорость каждого звена. На них построено управление траекторией: контроллер знает текущую конфигурацию платформы и рассчитывает движение к целевой точке. Разрешение энкодера определяет повторяемость позиционирования.
• Датчики силы и момента измеряют усилие на звене или на кисти. Это позволяет задавать операцию не координатой, а усилием: прижать с заданной силой, вставить до появления сопротивления, остановиться при превышении порога.
• Оценка момента по току привода — косвенный способ получить ту же информацию без отдельного датчика. Он дешевле, но менее точен и хуже работает на малых усилиях, где собственное трение в редукторе сравнимо с измеряемой величиной.

Практическое следствие: энкодеры есть в любом приводе, а наличие и расположение датчиков силы — отличительный признак платформы, рассчитанной на контактные операции.

Какие операции открывает обратная связь по силе

Из таблицы видно главное: датчики силы не повышают точность, а снижают требования к точности окружения. Операция, которая по положению требует жёстко закреплённой оснастки с малыми допусками, с обратной связью по силе выполняется в менее подготовленной среде. Именно это и имеет значение, когда робот работает в помещении, спроектированном под человека, без переделки под технику.

Где это влияет на подбор платформы

• Число звеньев с моментными датчиками. Датчик только на кисти измеряет усилие на инструменте; датчики в сочленениях дают распределение усилий по всей руке и позволяют обнаруживать контакт любым участком звена.
• Разрешение энкодеров и класс редукторов. Люфт в редукторе ограничивает повторяемость независимо от разрешения энкодера — эти параметры смотрят вместе.
• Частота контура управления. Для контактных операций обратная связь должна отрабатываться быстрее, чем меняется усилие; это требование к доменному контроллеру, а не только к датчику.
• Состав ловких кистей. Если операция подразумевает манипуляцию предметами разной формы, возможности кисти определяют сценарий сильнее, чем характеристики руки.
• Доступ к управлению на нижнем уровне. Для отработки собственных контактных алгоритмов нужен комплект для разработки с открытым доступом к управлению, а не только готовая платформа с закрытым набором сценариев.

Что проверить до пилота

Решение о составе датчиков принимается по конкретной операции, и до пилота фиксируются её параметры.

• Что берётся и куда переносится, с какой точностью и цикличностью — базовое описание операции.
• Требуемое усилие и допустимое его отклонение, если операция контактная.
• Разброс геометрии заготовок и точность их подачи — от этого зависит, компенсируется ли допуск силой или достаточно управления по положению.
• Требования безопасности участка и наличие людей в зоне работы — они определяют необходимость моментных датчиков в сочленениях.
• Планировка, покрытие пола, проходы и освещение: среда влияет на тип платформы, а тип платформы — на доступную оснащённость датчиками.
• Метрика успеха: что считается результатом, сколько часов в день робот работает, кто его обслуживает.

Проверка сценария на ограниченном участке до масштабирования позволяет уточнить и цикл, и реально необходимый состав обратной связи. Это дешевле, чем закладывать максимальную оснащённость датчиками на весь парк заранее.

Частые вопросы

Можно ли добавить датчик силы к уже поставленной платформе?
Датчик на кисти, как правило, устанавливается как отдельный узел между фланцем и захватом — это вопрос совместимости интерфейса и доступа к управлению. Моментные датчики в сочленениях встроены в приводы, и дооснастить ими платформу после поставки нельзя: это выбор на этапе подбора.

Насколько энкодеры определяют повторяемость?
Они задают предел, который на практике ограничивается люфтом редуктора, податливостью конструкции и температурным уходом. Поэтому повторяемость смотрят по заявленному для платформы значению, а не выводят из разрешения энкодера.

Нужна ли обратная связь по силе на транспортных операциях?
Для самого перемещения — нет, достаточно управления по положению и средств обнаружения препятствий. Датчик в кисти бывает полезен для контроля захвата: он позволяет обнаружить, что груз не взят или потерян по дороге.

Что прислать для подбора?
Описание операции с требуемой точностью и цикличностью, данные о заготовках и их подаче, планировку участка и требования безопасности. По ним подбирается тип платформы и состав обратной связи, затем планируется пилот.

Опишите операцию, которую нужно автоматизировать, с требуемой точностью и усилием — подберём тип платформы и состав датчиков, оценим цикл и подготовим план пилота. Почта для запроса: sale@tkasiatorg.ru.