Niedrogie czujniki bezpieczeństwa dla robotów przemysłowych

Niedrogie czujniki bezpieczeństwa dla robotów przemysłowych

Niemiecki Fraunhofer Institute for Silicon Technology (ISIT) pracuje w ramach finansowanej przez Unię Europejską inicjatywy nad skonstruowaniem niskobudżetowego czujnika siły dla robotów przemysłowych, który umożliwiłby mniejszym firmom bezpiecznie wykorzystywać je do współpracy z ludźmi.

W większości środowisk produkcyjnych roboty są ogromne, stacjonarne i na okrągło wykonują jedno zadanie, jak na przykład spawanie elementów montowanych samochodów.

Jednakże, według Jörga Eichholza z ISIT: „małe i średnie przedsiębiorstwa potrzebują mniejszych, lżejszych i bardziej elastycznych robotów, które do tego są tańsze i prostsze w obsłudze.”

Wiele robotów przemysłowych musi być odgrodzonych i nie może pracować w obszarach, gdzie przebywają ludzie, gdyż stanowią zagrożenie.

Czujniki wykrywające sześć stopni ruchu oraz wrażliwe czujniki naprężeń wykrywające kolizje są dostępne, są jednak drogie, gdyż kosztują około 5 tysięcy euro za sztukę. Dysponuje nimi ledwie kilka uniwersytetów i instytutów, a dla powszechnego stosowania w automatyce przemysłowej są za drogie.

„Zakładając, że skonstruowanie niedrogiego czujnika jest możliwe, wiele trzeba wziąć pod uwagę czynników, by roboty mogły być stosowane w małych i średnich przedsiębiorstwach.” – stwierdził Eichholz. „Jednym z nich jest łatwość uczenia robota. Dzięki nowym czujnikom zamontowanym na przegubie kończyny robota, użytkownik mógłby ją chwycić jak rękę dziecka i pokazać jak wykonać określone zadanie. Na tej podstawie robot opracowuje swój własny program wykonania zadania.” – dodał Eichholz.

Biorąc pod uwagę to, że ludzie w małych i średnich przedsiębiorstwach będą musieli pracować w bezpośredniej bliskości robotów, systemy muszą mieć możliwość bezpiecznego funkcjonowania bez konieczności ich odgradzania. Rozwiązaniem zaproponowanym przez naukowców przewiduje instalację sieci kamer umieszczonych wokół miejsca pracy tak by robot zatrzymywał się, gdy ktoś wkroczy w jego zasięg.

Kluczem do udostępnienia tych rozwiązań małym i średnim przedsiębiorstwom jest wyprodukowanie tych czujników tanio. „Myślimy, że możliwe jest obniżenie kosztów poprzez zastosowanie jednego elementu krzemowego z czterema mostkami i czterema rezystorami w każdym mostku, pracującymi jako czujniki naprężenia.” – powiedział Eichholz. „Można to osiągnąć, tak jak w procesorach i elektronice, przy użyciu precyzyjnej litografii z dokładnością do 0,1 mikrometra.” – dodał.

Czujnik mierzy siłę przy pomocy długiego przewodu przez który płynie prąd. Gdy przewód się rozciąga, staje się dłuższy i cieńszy, a rezystancja wzrasta. Na jednym jego końcu znajdują się mostki, które również stanowią rezystancję. Ddy ramię robota uderzy w przeszkodę, kształt krzemu nieznacznie się zmienia, co powoduje zmiany przepływu prądu.

Czujniki naprężeń są bardzo podatne na błędy i wymagają złożonej kalibracji. Zastosowanie nowej technologii w postaci pojedynczego elementu krzemowego z dokładnie umieszczonymi rezystorami pozwala wyeliminować tę niedoskonałość.

Inżynierowie z Fraunhofer wierzą, że wprowadzenie czujników do masowej produkcji uczyniłoby je na tyle dostępnymi, że mogły być one powszechnie wykorzystywane również przez mniejsze firmy. Kolejnym krokiem jest budowa działającego prototypu, który ma być gotowy w przeciągu dwóch lat.

(lk)