Een revolutie in robotschuren en polijsten:Force Sensing Material Abrasion Tech voor precisie

Zonder krachtdetectietechnologie kunnen polijst- en schuurtoepassingen niet worden ontwikkeld. (Afbeelding:Flexiv)

Het productielandschap ondergaat een transformatie, aangedreven door de behoefte aan innovatieve, efficiënte en nauwkeurige technologie die dure handarbeid effectief kan vervangen. Dit artikel onderzoekt de vooruitgang in de materiaalschuurtechnologie van Flexiv, waarbij de nadruk specifiek ligt op schuur- en polijsttoepassingen en het nut van krachtcontroletechnologie.

De onzichtbare held:nauwkeurige en duurzame krachtsensoren

Een van de kenmerkende kenmerken die het geautomatiseerde materiaalslijtageproces mogelijk maken, zijn krachtsensoren. Meestal geïntegreerd in de end-of-arm-schuurgereedschappen van traditionele collaboratieve robots, bieden ze de robot de mogelijkheid om het oppervlak waarmee hij in wisselwerking staat te voelen en de kracht die hij op het werkstuk uitoefent dienovereenkomstig aan te passen.

Adaptieve robots gebruiken dezelfde basistechnologie, maar in plaats van alleen een krachtsensor aan het einde van de arm te gebruiken, gebruiken ze nauwkeurige koppelsensoren die zijn ingebed in elk van de zeven vrijheidsgraden van een adaptieve robot, samen met een krachtsensor aan het uiteinde van de arm. Deze configuratie maakt de verwerking van krachtgegevens uit meerdere invoer mogelijk, waardoor een meer gedetailleerd en genuanceerd inzicht ontstaat in de manier waarop het gereedschap aan het einde van de arm in wisselwerking staat met het werkstuk.

Dit is alleen mogelijk dankzij de ontwikkeling van gepatenteerde verplaatsingsdetectietechnologie die adaptieve robotoperatoren twee essentiële voordelen biedt:

• Stabiliteit en nauwkeurigheid:weerstand tegen thermische drift zorgt voor verbeterde precisie.

• Duurzaamheid:De sensoren zijn ontworpen om miljoenen overbelastingscycli aan te kunnen en zijn klaar voor de industrie.

Vergeleken met conventionele rekstrookjestransducers zorgen deze kritische kenmerken voor betrouwbare prestaties, zelfs wanneer ze worden geconfronteerd met thermische contractie- en uitzettingsschommelingen die traditionele meters moeilijk kunnen opvangen.

Zonder krachtdetectietechnologie kunnen polijst- en schuurtoepassingen niet worden ontwikkeld. Weten hoeveel kracht er op een object moet worden uitgeoefend, is van cruciaal belang, net als het omgaan met concave en convexe oppervlaktevariaties.

Flexibiliteit ontketend:het ontwerp met zeven gewrichten

Met directe krachtcontrole is het niet nodig om extra passieve of actieve compliance-apparaten te installeren tussen de flens van de robot en de schuurmachines/slijpmachines. Dit maakt de gehele schuuroplossing lichter, betrouwbaarder, compacter en kostenefficiënter. (Afbeelding:Flexiv)

Robots moeten net zo flexibel en aanpasbaar zijn als mensen om handarbeid effectief te kunnen vervangen. De menselijke arm is een evolutionair wonder met zeven scharnierpunten, en dat is de reden waarom adaptieve robots gewoonlijk zeven vrijheidsgraden (DOF) hebben. Vergeleken met de zes DOF van een traditionele collaboratieve robot, zorgt deze extra bewegingsdimensie voor meer flexibiliteit en manoeuvreerbaarheid in complexe operationele omgevingen.

Omdat elk gewricht zijn eigen koppelsensor heeft, krijgt de robot nauwkeurige controle over elke DOF, waardoor de algehele nauwkeurigheid van zijn activiteiten wordt verbeterd. Deze precisie is van cruciaal belang, vooral bij toepassingen zoals schuren.

De krachtcontroleprestaties kunnen ook verder worden verbeterd door het optimaliseren van gewrichtsconfiguraties. Met behulp van de extra DOF kan de robot de meest efficiënte ‘gewrichts’-configuratie gebruiken om de best mogelijke krachtcontrolerespons en nauwkeurigheid te bereiken.

Om het belang van articulatie en gevoeligheid te illustreren, stel je voor dat je een stuk hout met de hand schuurt; de gecoördineerde bewegingen van uw pols, elleboog en schouder, in combinatie met uw voelbare feedback, zijn van fundamenteel belang voor het schuurproces. Als je zou proberen te schuren met dikke handschoenen aan of met een geïmmobiliseerde elleboog, zou de taak ongelooflijk moeilijk en tijdrovend worden.

Naleving in alle richtingen is ook van cruciaal belang, vooral bij apparatuur zoals bandschuurmachines waarbij de robot het werkstuk eraan vasthoudt. Om een ​​continu contact tussen het werkstuk en de bandschuurmachine te behouden, moet de robot tijdens het schuurproces voortdurend van krachtrichting veranderen. (Afbeelding:Flexiv)

Door een zevende vrijheidsgraad op te nemen in materiaalslijtagetaken wordt het proces in essentie niet alleen gemakkelijker om aan te voldoen, maar ook kinematisch efficiënter, met een hoger niveau van precisie.

Revolutionaire precisie met directe krachtcontrole

Centraal in het materiaalslijtageproces staat de implementatie van directe krachtcontrole. Deze methode zet krachtcommando's onmiddellijk om in gezamenlijke koppelcommando's, wat veel snellere responstijden oplevert bij het forceren van veranderingen. Deze methode vervangt de indirecte krachtcontrole die vaak wordt gebruikt door collaboratieve robots, waarbij kracht wordt omgezet in gezamenlijke snelheidscommando's en vervolgens in gezamenlijke koppel- of stroomcommando's.

Door deze tussenstappen over te slaan kan een adaptieve robot de stijfheid in de krachtrichting aanzienlijk verminderen, waardoor de nauwkeurigheid van de krachtcontrole aanzienlijk wordt verbeterd. Deze verbetering is van cruciaal belang bij fijne schuur- en polijstwerkzaamheden, waarbij het handhaven van een nauwgezette krachtcontrole absoluut noodzakelijk is voor het bereiken van een superieure oppervlakteafwerking.

Met directe krachtcontrole is het niet nodig om extra passieve of actieve compliance-apparaten te installeren tussen de flens van de robot en de schuurmachines/slijpmachines. Dit maakt de gehele schuuroplossing lichter, betrouwbaarder, compacter en kostenefficiënter.

Het voordeel van omnidirectionele compliance

Omnidirectionele compliance geeft adaptieve robots de mogelijkheid om krachten in alle richtingen binnen de cartesiaanse ruimte te controleren. Dit vertegenwoordigt een verbetering ten opzichte van traditionele oplossingen die alleen kracht in axiale of radiale richtingen konden beheersen.

Traditionele robotoplossingen zijn in dit opzicht beperkt vanwege hun afhankelijkheid van compliance-apparatuur. Hun inherente ontwerpbeperkingen beperken ze tot het produceren van lineaire of roterende bewegingen langs of rond specifieke assen. Hoewel deze traditionele technologie nog steeds kan worden gebruikt voor fundamentele schuurtaken, is krachtcontrole in meerdere richtingen vaak nodig in de echte productie.

Flexibiliteit in alle richtingen is essentieel voor ingewikkelde materiaalschuurtaken waarbij gelijktijdige krachtcontrole in meerdere richtingen vereist is. Als we ons een robot voorstellen die een object met complexe rondingen en oneffen oppervlakken schuurt, moet er meer zijn dan alleen axiale of radiale krachtcontrole. Complexe vormen vereisen behendigheid bij het beheersen van de kracht in alle richtingen in de driedimensionale cartesiaanse ruimte.

Robots die zijn uitgerust met deze omnidirectionele flexibiliteit kunnen de krachtadaptiviteit in elk Tool Center Point (TCP)-frame nauwkeurig definiëren. Deze mogelijkheid maakt een dynamische aanpassing van de uitgeoefende kracht mogelijk ten opzichte van de eindeffector van de robot, waardoor de veelzijdigheid bij complexe taken wordt vergroot.

Trillingsreductie is essentieel voor materiaalslijtagetaken. Overmatige trillingen kunnen werkstukken beschadigen en de operationele levensduur van mechanische systemen aanzienlijk verkorten, vooral bij toepassingen met veel trillingen, zoals slijpen. (Afbeelding:Flexiv)

Naleving in alle richtingen is ook van cruciaal belang, vooral bij apparatuur zoals bandschuurmachines waarbij de robot het werkstuk eraan vasthoudt. Om een ​​continu contact tussen het werkstuk en de bandschuurmachine te behouden, moet de robot tijdens het schuurproces voortdurend van krachtrichting veranderen. Om dit te bereiken kan een extern TCP worden ingesteld ten opzichte van de schuurmachine, wat resulteert in een consistente volgrichting, zelfs als de houding van de robot tijdens het gebruik verandert.

Omnidirectionele compliance is een krachtig hulpmiddel dat het scala aan materiaalschuurtaken die een robot kan uitvoeren, vergroot. De integratie van geavanceerde krachtcontrole met omnidirectionele compliance vergroot niet alleen de flexibiliteit, maar stroomlijnt ook het kalibratie- en afstemmingsproces, waardoor de tijd en moeite die nodig is voor de implementatie en afstemming wordt verminderd.

Contacthoek en contour volgen

Met programmeerbare contacthoeken kunnen operators de gemiddelde kracht die op een oppervlak wordt uitgeoefend direct definiëren, een verbetering ten opzichte van conventionele methoden waarbij de contacthoek de kracht beïnvloedt. Dit heeft aanzienlijke gevolgen voor industriële slijptaken, waardoor operators de contacthoeken langs het slijppad kunnen variëren zonder de krachtcontrole-instellingen te veranderen, waardoor een consistente druk behouden blijft.

Contour volgen, een andere vooruitgang die gebruik maakt van omnidirectionele compliance, staat in contrast met traditionele systemen die moeite hebben met het handhaven van constante kracht tegen onregelmatige vormen. Contourtracking maakt realtime automatische aanpassingen aan de richting van de kracht mogelijk, waardoor een consistente inspanning wordt gegarandeerd, ongeacht de oppervlaktecontouren of robotbewegingen.

Deze dubbele kenmerken verhogen de uitvoerkwaliteit van de materiaalslijtagetaak en verminderen de tijd die nodig is voor trajectafstemming. Simpel gezegd:het volgen van de contacthoek en de contouren kan de inzettijd verkorten van uren naar minuten. Dit vergemakkelijkt het implementatieproces en minimaliseert de noodzaak van voortdurende aanpassingen, waardoor werkstukken sneller en volgens een hogere standaard kunnen worden voltooid dan voorheen mogelijk was.

Verbeterde duurzaamheid met vibratiereductie

Trillingsreductie is essentieel voor materiaalslijtagetaken. Overmatige trillingen kunnen werkstukken beschadigen en de operationele levensduur van mechanische systemen aanzienlijk verkorten, vooral bij toepassingen met veel trillingen, zoals slijpen.

Flexiv pakt dit probleem aan door trillingen met ongeveer 25-50 procent te verminderen via gezamenlijke koppelcontrole. Dit verlengt niet alleen de operationele levensduur van de apparatuur die door de robot wordt gebruikt, maar verbetert ook de algehele kwaliteit van het werkstuk door het elimineren van de ‘wervelingen en wervelingen’ op oppervlakken die trillingen kunnen veroorzaken tijdens het materiaalverwijderingsproces.

Toekomstperspectief

Het vakgebied van de robotica ontwikkelt zich snel en de recente ontwikkelingen op het gebied van adaptieve robotica hebben het mogelijk gemaakt baanbrekende oplossingen te creëren die eenvoudigweg onmogelijk waren met traditionele collaboratieve robottechnologie.

Robotisch materiaalschuren brengt nog steeds enorme uitdagingen met zich mee; Directe krachtcontrole, omnidirectionele flexibiliteit en trillingsreductie maken effectieve oplossingen echter haalbaar en praktisch.

Het nauwkeuriger kunnen waarnemen dan voorheen mogelijk was, opent een nieuw scala aan automatiseringsmogelijkheden. Wanneer we dit koppelen aan platforms als het kunstmatige-intelligentiesysteem NOEMA, zijn er vrijwel geen grenzen aan de processen die kunnen worden geautomatiseerd.

De automatisering van materiaalslijtage evolueert parallel met de vooruitgang op het gebied van hardware en intelligente softwareoplossingen, wat een verschuiving markeert ten opzichte van de traditionele arbeidsintensieve benaderingen en uitvoeringsmethoden die nog maar een paar jaar geleden gangbaar waren.

Als we vooruitkijken naar de toekomst, zou geautomatiseerde materiaalafschuring net zo gewoon kunnen worden als geautomatiseerde schroefbevestigingen of pick-and-place-toepassingen.

Dit artikel is geschreven door Ran Xu, Robotics Engineering Manager, Flexiv Robotics (Santa Clara, CA). Bezoek hier  . voor meer informatie