Датчик защиты робота при аварии

[dimmich]

Имеется робот.



К его руке-манипулятору прикручен инструмент в виде пневмо-захвата. Этот инструмент во внештатных ситуациях бывает упирается в какое-либо препятствие, гнётся или ломается. Попадать на препятствие инструмент может совершенно в любом направлении, включая сдвиг вперед и назад, изгибы инструмента вбок или вверх-вниз.

Я подумал, что может получится обнаруживать подобные внештатные ситуации, и преостанавливать движения робота. Предполагал встроить вот этот тензодатчик в соединение между рукой робота и инструментом. Сделать что-то типа сэндвича из изоляционного материала, зажать этот сэндвич (с тензодатчиком посередине) штатными болтами. Пластины на инструменте и на руке робота - довольно толстые, размер каждой примерно 150*100*10мм, скреплены четырьмя болтами.



Но у меня нет опыта по реализации механической части этого проекта. Как реализовать этот сендвич? Какие материалы применить для электроизоляции тензодатчика? Чтобы эти материалы ещё и хорошо передавали механическое напряжение на тензодатчик, но в то же время не порвали его, не стёрли. Или такие плёночные сенсоры в сендвич не монтируются, а только клеются на поверхность? Если клеить, то чем? Робот суёт инструмент в печь, температура в зоне болтов до 100 градусов.

А главное не соображу: получится ли детектировать трехмерные механические нагрузки мостовым двумерным датчиком? Может это и возможно, но не смог придумать, как передать усилия сдвига инструмента вперед-назад на горизонтально расположенный тензодатчик. Если это невозможно реализовать механическими ухищрениями, что предпринять для детектирования этих усилий? Добавлять ещё тензодатчик? Куда? Как монтировать?

Робота нарисовал приблизительно, от руки робота до места где болты - практически нет гнущихся частей, там короткое расстояние и толстый металл. Приклеить туда датчик не получится.

[kreking]

Но у меня нет опыта по реализации механической части этого проекта

Рисунки очень убогие. Если с механикой связались, попробуйте освоить SolidWorks. В 98-м перешёл с AutoCad на SolidWoks по причине более дружественного интерфейса.
Пробуйте, примеров и уроков, предостаточно.
Один совет. Если у Вас образ изделия в голове и размеры не критичны (на последнем плане), используйте SolidWorks, но если без размеров не сможете представить конструкцию, осваивайте другую программу.
Добавьте фото своего чуда.

[Ан-162]

Этот инструмент во внештатных ситуациях бывает упирается в какое-либо препятствие, гнётся или ломается.

Ну, я так понимаю, что движения робота все-же ограничены сравнительно небольшим пространством около печи. И вокруг него в основном железки. Железки заземленные.
Улавливаете?
Проще, нет - НАМНОГО проще изолировать инструмент от всего остального, и контролировать касание инструментом металлических частей.
В тех положениях, когда он и так контактирует в процессе работы - поставить блокировку, которая разрывает сигнал. (в простейшем случае это концевики, но лучше что-то понадежней)
Как такой вариант?

[E_C_C]

А может подойти со стороны не механики а электрики ? например контролировать ток на приводных моторах ? или отслеживать положение руки посредством датчиков ?

[dimmich]

Проще, нет - НАМНОГО проще изолировать инструмент от всего остального, и контролировать касание инструментом металлических частей.

Хороший был бы вариант! Но к сожалению не прокатит. Робот манипулирует блоками из пеностекла. Это диэлектрический материал, для теплоизоляции используется. Чаще всего проблемы с упиранием робота во что-то связаны именно с выпавшими осколками этого пеностекла, в которые и упирается робот по пути своего следования.

Если с механикой связались, попробуйте освоить SolidWorks.

Вопрос не в чертежах для изготовления, а в идее. Не могу представить, придумать, что мне нужно для реализации защиты инструмента. Я хочу предложить модернизировать наше оборудование, то есть выдам нашим механикам идею, идея пока не сформирована, у вас и прошу помощи её додумать. А когда придёт понимание, сформируется идея, наши механики пусть рисуют, воплощают идею в жизнь, монтируют мой сенсор как я укажу. Но я пока не знаю какой сенсор применить и как его установить.

Добавьте фото своего чуда.

Пока не могу. Сам на больничном, робот на работе.

А может подойти со стороны не механики а электрики ? например контролировать ток на приводных моторах ?

Это уже реализовано, но слишком грубые уставки по току. То есть ограничение по току моторов срабатывают когда инструмент робота уже сломан. Эти уставки выставил тот кто писал прогу для робота, и выставил их не наобум. Среди всех движений робота есть одно место, где повышаются механические напряжения, прилагаемые к инструменту.

Поясняю. Робот несёт блок из пеностекла, зажатый в своём инструменте, несёт через фрезу, чтобы отшлифовать одну из поверхностей этого блока. При этом в зависимости от того сколько сантиметров материала фреза сострогает с блока, на инструмент во время срезания фрезой воздействуют механические напряжения сравнительно большие. Иногда виден небольшой изгиб инструмента от этих напряжений. Но эти механические напряжение в данном случае - норма! И если как вы предполагаете уменьшить уставки по защитным токам двигателей у робота, то робот будет уходить в аварию на фрезе.

Я предполагал использовать промышленный контроллер или микроконтроллер, при помощи него и дополнительно установленного тензодатчика контролировать механические напряжения в инструменте робота. Они должны быть в разные моменты движения робота разными. Это будет мой дополнительный контроллер контролировать. На фрезе уставку в контроллере загрублю, в другие моменты напротив сделаю защиту по сигналу от датчика более чувствительной. В процессе работы автоматически изменять уставку по токам двигателя робота нет возможности.

или отслеживать положение руки посредством датчиков ?

Не представляю как именно можно контролировать положение робота. Или я вас не понял, или вы меня. Может вы недопоняли как именно функционирует наш робот? Извините что сразу плохо объяснил...

Робот запрограммирован делать всегда одни и те же движения. Всегда один маршрут. И если на пути этого маршрута образовалось препятствие, обычно в виде осколков пеностекла, то инструмент робота будет гнуться, ломаться. Какое же положение робота можно контролировать? Ведь в маршруте следования робота и в его движениях ничего не изменилось. Единственно что поменяется, как я вижу, это мааааленький физический изгиб инструмента. Далее - его излом.

[Ан-162]

Единственно что поменяется, как я вижу, это мааааленький физический изгиб инструмента. Далее - его излом

Может, датчик приклеить на инструмент, чтоб контролировать степень изгиба непосредственно инструмента, а не в месте его крепления болтами?

[genao]

Послушайте совет

А может подойти со стороны не механики а электрики ? например контролировать ток на приводных моторах ? или отслеживать положение руки посредством датчиков ?

Поскольку тензодатчик Вам придется наклеивать да деформируемую поверхность (упругий элемент). В месте сочленения сделать изгиб S или _Г образный и при квадратном сечении этого сочленения с манипулятором потребуется наклеить три тензодатчика, чтобы фиксировать поперечные (два датчика на прилегающих сторонах квадрата) и продольные изгибы (один на изгибе). Лучше чтобы этот изгиб был в виде отдельного, сЪемного изделия.

Назовем его датчиком изгиба. Так легче будет и ремонтировать, калибровать, наклеивать. Сигналы с этого датчика будут сильно зависить от положения манипулятора в пространстве. Технологию наклеивания найдете в поисковиках, геморрой еще тот. 12 проводов (витая пара) от тензодатчиков, защита этих проводов, разЪемы-клемники, защитные коробки, инструментальные усилители, источник питания для тензодатчиков, калибровка датчиков, и т.п. дополняют это геморройное дело.
Хотя в любом случае от построения кривых ограничений усилий в пространстве не уйти, из-за требований техники безопасности.

[genao]

Это уже реализовано, но слишком грубые уставки по току. То есть ограничение по току моторов срабатывают когда инструмент робота уже сломан.

Это защита приводов, предлагается получать текущие значения токов с датчиков тока приводов и положения в пространстве, построить кривые ограничений усилий в пространстве, и останавливать (ограничивать) движение (подачу) манипулятора. Ваш дополнительный контроллер это будет контролировать. А вот защиты, их уставки изменять (трогать) не следует.

[dimmich]

Может, датчик приклеить на инструмент, чтоб контролировать степень изгиба непосредственно инструмента, а не в месте его крепления болтами?

Тут трудности возникают и по температуре. Робот инструмент засовывает в печь, в печи температура около 400-500 градусов. Инструмент нагревается довольно сильно, особенно его поверхность. Если на поверхности расположить кабель до сенсора, кабель будет нагреваться как раз до этих 400, и однозначно расплавится. Около места крепления болтами у нас уже стоят два индуктивных датчика на приближение, контролируют захватился ли блок пневмоинструментом. Контролируют положение захватов инструмента. Так вот мы уже замучались бороться с оплавлением проводов до этих датчиков. Вроде справляемся, защитили, но всё же периодически приходится их менять. А на самом инструменте контролировать изгиб - это значит в разы выше температура будет. Так что к сожалению не вариант.

Послушайте совет...

Благодарю за разъяснения! Я не знал таких подробностей. Действительно геморрой ещё тот... Но в принципе реализуемо. Проставку механики изготовят. Как и чем наклеивать сенсоры, особенно при высоких температурах - погуглю.

Позвольте спросить, а видите ли Вы как-то иначе реализацию моей проблемы, без использования тензодатчиков (моя начальная идея)?

Это защита приводов, предлагается получать текущие значения токов с датчиков тока приводов и положения в пространстве, построить кривые ограничений усилий в пространстве, и останавливать (ограничивать) движение (подачу) манипулятора. Ваш дополнительный контроллер это будет контролировать. А вот защиты, их уставки изменять (трогать) не следует.

Я не знаю о доступности регистров тока приводов для программного обеспечения. Уточню этот момент когда выйду на работу. Предположительно через неделю. Думаю это неплохой вариант! Лишь бы получилось. Но и альтернативные варианты пока тоже желаю рассмотреть, чтобы и их иметь в виду.

---------
Ещё вопрос от любопытства и для самообразования: как называется этот жёлтенький плёночный материал, на котором изготавливают тензорезисторы? Из такого же бывает изготавливают шлейфы в HDD и радиоаппаратуре. Этот материал довольно большие температуры выдерживает, насколько я знаю. Когда я учился в техникуме, мы изучали и этот материал. Но название его я забыл. Гуглить не получилось, не нашёл. Скажите кто знает.

[metrA85]

А бредовое предположение можно?
Что насчет визуального контроля положения? Камеры, OpenCV да немного математики!