Hoe detecteert een collaborative robot een aanraking?

Wat een collaborative robot onderscheidt van een meer traditionele, industriële robot, is dat mensen ermee in aanraking mogen komen. Collaborative robots zijn zo gebouwd – zowel qua fysiek als sturing – dat een aanraking een mens geen pijn kan doen, laat staan verwonden.

De technische specificatie ISO/TS 15066 is zeer expliciet over dit aspect van collaborative robots. Een van de uitgangspunten van deze norm is immers een onderzoek dat aan de universiteit van Mainz werd verricht, waarbij bij 100 proefpersonen onderzocht werd welke kracht en druk ze kunnen verdragen op verschillende delen van het lichaam zonder zich pijn te doen.

Het is aan de producenten van collaborative robots om ervoor te zorgen dat hun machines deze grenzen niet overschrijden. Uiteraard moet er volgens de machinerichtlijn ook nog een risicoanalyse gebeuren op het niveau van de applicatie, eens zo een robot in gebruik genomen wordt.

Kracht en druk beperken

Er zijn verschillende technieken die door de fabrikanten van cobots gebruikt worden om ervoor te zorgen dat de kracht en druk die bij een eventuele aanraking door hun machines uitgeoefend worden, binnen de grenzen van de technische specificatie blijven.

Vooreerst zijn er een aantal passieve maatregelen in het ontwerp van de robots.

De meeste machines hebben een zachte bekleding met afgeronde hoeken. Die aanpassingen maken dat de kracht bij een aanraking verdeeld wordt over een groter oppervlak zodat de druk verlaagt.

Ingewerkte bekabeling en een minimum aan openingen moeten vermijden dat een operator gekneld kan raken.

Een minder zichtbare aanpassing die in sommige collaborative robots doorgevoerd wordt is het gebruik van elastische actuatoren, wat betekent dat zij in het geval van een aanraking een deel van de kracht kunnen absorberen.

Een evidente maatregel die genomen wordt bij collaborative robots is het verlagen van de snelheid zodat de uitgeoefende krachten en impulsen bij een aanraking eveneens beperkt worden. Eventueel kunnen aparte sensoren ingezet worden om de nabijheid van mensen te detecteren zodat de snelheid van de robot automatisch aangepast kan worden aan het reële risico op een aannraking.

Detectie van botsingen

Bovenop dit soort fysieke aanpassingen hebben alle collaborative robots gemeen dat ze op een of andere manier detecteren wanneer zich een aanraking voordoet. De robot houdt dan meteen halt en zal in sommige gevallen ook enigszins terugkeren op zijn beweging (reflex) zodat niemand gekneld kan raken.

Maar hoe weet zo een robot nu dat er een aanraking is?

De meest gebruikte methode is het plaatsen van sensoren die de krachten meten die op de robot uitgeoefend worden. Dergelijke sensoren worden overigens ook toegepast in traditionele robots om feedback te krijgen over de handelingen die door de robot uitgevoerd worden. Collaborative robots bevatten doorgaans meerdere van dergelijke sensoren zodat de kracht, of het moment, in meerdere assen gemeten kan worden. Deze krachtsensoren maken op hun beurt gebruik van druksensoren of van rekstrookjes om een signaal te genereren dat aangeeft hoeveel kracht er op de sensor uitgeoefend wordt. Als alternatief voor rekstrookjes worden soms ook capacitieve sensoren gebruikt. Net als rekstrookjes leveren die een signaal dat de verplaatsing aangeeft die door een uitgeoefende kracht tot stand gebracht wordt.

Een alternatief voor het gebruik van krachtsensoren is het meten van de stroom die door de actuatoren in de robot opgenomen wordt. Als een robotarm wordt tegengehouden, zal de motor in eerste instantie proberen om de beweging in stand te houden door het koppel te verhogen. Dit brengt een toename in het stroomverbruik met zich mee, wat door de robotsturing begrepen kan worden als het gevolg van een aanraking.

In sommige gevallen worden cobots ook uitgerust met een tactiele bekleding zodat ze aanrakingen op een meer directe manier kunnen detecteren. Een tactiele bekleding kan op basis van een resistieve of capacitieve meting werken, analoog aan de werking van een touch screen.

Uitgebreide risicoanalyse

Wie ervaring heeft met collaborative robots weet dat deze methodes bijzonder effectief zijn. De minste aanraking volstaat om de machines stil te leggen, ook bij krachten die een stuk lager zijn dan de capaciteit van de cobots.

Bij de uiteindelijke implementatie van collaborative robots is echter een meer uitgebreide risicoanalyse nodig zodat bijvoorbeeld ook gekeken wordt naar de grijper en/of andere tools die door de robot gebruikt worden. Ook de werkstukken zelf zouden in sommige applicaties een bijkomend risico kunnen vormen. Bijgevolg zou het kunnen dat de snelheden en krachten van de robot verder ingeperkt moeten worden om de volledige applciatie veilig te houden.

© Productivity.be, 30/10/2017