רקע יישום:
ברקע של "Industry 4.0" ו-"Made in China 2025", על מנת להסתגל למאפיינים המשתנים במהירות של התעשייה המודרנית ולעמוד בדרישות המורכבות הגוברת, רובוטים צריכים לא רק להיות מסוגלים לבצע פעולות חוזרות ונשנות. לעבוד ביציבות במשך זמן רב, אבל גם להיות אינטליגנטי, מרושת, פתוח וידידותי למחשב אנושי.
כהיבט חשוב של המשך הפיתוח והחדשנות של רובוטים תעשייתיים, טכנולוגיית ההוראה מתפתחת לכיוון של הקלת תכנות הוראה מהיר ושיפור יכולות שיתוף הפעולה בין אדם למכונה. תיבת ההוראה המסורתית, בעלת היישומים המעשיים ביותר, דורשת מהמפעיל רמה מסוימת של ידע וניסיון בטכנולוגיית רובוט, ויעילות ההוראה נמוכה יחסית. בהשוואה לשיטת הלימוד בתיבת ההוראה, שיטת הוראת הדראג אינה מחייבת את המפעיל לשלוט בידע וניסיון רובוט כלשהו, והתפעול פשוט ומהיר, משפר מאוד את הידידותיות והיעילות של ההוראה.
מושגים קשורים:
1. הוראה גרור
הכוונה היא לתנועת זרוע ההפעלה לכיוון הכוח האנושי תחת המתיחה של המפעיל (קצה מתיחה או מתיחה של זרוע הפעלה מסוימת). פונקציה זו יכולה לתכנן בקלות מסלולים (למשימות עם דיוק מסלול תהליכים נמוך), ומאפשרת למפעילים להקליט ולשחזר מסלולים ללא צורך בתכנות ידני, להפחית את הסף למפעילים ולשפר את היעילות.
2. הוראת גרירה מבוססת חיישן
הוראת הגרר המסורתית מסתמכת על חיישני מומנט רב-ממדיים חיצוניים (כולל סוג בסיס, סוג מפרק וסוג קצה) של הרובוט, המשתמשים במידע המומנט המתקבל על ידי החיישנים כדי לחשב את כיוון ומהירות התנועה הרצויים. למרות ששיטה זו יכולה לשפר את דיוק הבקרה, היא גם מביאה לעלויות ולחוסר נוחות בהתקנה ובתחזוקה. העלות של חיישנים בעלי דיוק גבוה אפילו גבוהה מזו של המכונה עצמה.
3. הוראת גרירה המבוססת על בקרת מומנט לאיזון כוח אפס
עבור רובוטים תעשייתיים קשיחים, ללא הגדלת עלויות ייצור ותחזוקה, בעזרת המודל הדינמי של הרובוט, הבקר יכול לחשב את המומנט הנדרש לגרירת הרובוט בזמן אמת, ולאחר מכן לספק את המומנט הזה למנוע, מה שמאפשר את רובוט שיסייע ביעילות למפעיל בגרירה, עונה על הדרישות של אינטראקציה טובה בין אדם למכונה.
שיטות בקרה:
קיימות שיטות שונות לשליטה בתנועה של סדרה של זרועות רובוטיות, ביניהן שלוש מייצגות: בקרת לולאה כפולה מקוננת מפרק עצמאית, לולאה כפולה מקוננת מפרק עצמאית בתוספת בקרת פיצוי כבידה/חיכוך, בקרת מומנט מחושבת ובקרת הוראת גרר. . להלן השוואה קצרה:
1. בקרת לולאה כפולה מקוננת מפרק עצמאי: מתייחס לשימוש בשני בקרות נפרדות בלולאה סגורה עבור כל מפרק, כאשר לולאת הבקרה החיצונית היא לולאת הבקרה של זווית המפרק ולולאת הבקרה הפנימית היא לולאת בקרת מהירות הזווית המשותפת. שיטה זו היא שיטת השליטה הרובוטית המוקדמת ביותר, רק מתחילה מנקודת מבט פשוטה של בקרת מנוע, מבלי להתחשב בשינויים בעומס המנוע עם תנועה, כך שלשיטה זו יש דיוק מעקב גרוע.
2. לולאה כפולה מקוננת עצמאית עם בקרת פיצוי כבידה/חיכוך: על בסיס בקרת לולאה כפולה מקוננת משותף עצמאית, פיצוי ההזנה קדימה של כוח המשיכה והחיכוך מוחל ישירות על קצה פלט המומנט. אלגוריתם זה לוקח בחשבון את הגורמים העיקריים של מומנט, כוח משיכה וחיכוך, מכיוון ששני המומנטים הללו מהווים חלק גדול מכל המומנטים של הרובוט בתנאי עבודה רגילים. במהירויות גבוהות יותר, ניתן להוסיף גם מומנט תאוצה, כוח צנטריפוגלי ומומנט כוח קוריוליס (בדרך כלל זה לא נעשה מכיוון שרעש התאוצה הזווית המתקבל מהפרש החיישן גדול מדי). שיטת בקרה זו נמצאת בשימוש נפוץ יותר ברובוטים תעשייתיים, שזו השיטה בפועל שאומצה במקרה זה.
3. בקרת מומנט מחושבת: מצב בקרה זה מבוסס על הנחת היסוד שהדגם הדינמי מדויק מאוד. לאחר הוספת מומנט כבידה, כוח קוריוליס, מומנט כוח צנטריפוגלי ומומנט חיכוך למומנט ההזנה, ניתן לפשט את המערכת למערכת מסדר שני. לאחר מכן ניתן להציב את המערכת מסדר שני במצב שיכוך קריטי על ידי התאמת מקדם המשוב של הזווית ומהירות הזווית, ולמערכת בקרת הרובוט יש ביצועי בקרה טובים. הקושי של שיטת בקרה זו טמון ביכולת לבסס את המודל במדויק מספיק, שהוא אחד מכיווני המחקר האופייניים.
4. הוראת גרירה: הוראה היא לפצות את המומנט הכבד ומומנט החיכוך לפי המיקום והמהירות הנוכחיים, ואז זרוע ההפעלה נעה בכיוון הכוח המופעל על ידי האדם.