로봇 공학 응용 분야의 토크 측정 최적화

Dec 22, 2023

글로벌 모바일 로봇 시장은 빠르게 성장하고 있다. 더 쉽고 저렴하게 배포할 수 있는 저비용 로봇의 출현으로 협동 로봇이나 코봇은 새로운 산업 및 소비자 응용 분야를 찾고 있습니다. 코봇은 관절에 내장된 위치 및 토크 감지 기능을 사용하여 자동화된 제어와 안전한 작동을 가능하게 합니다. ISO 10218-1은 산업용 로봇의 안전 및 설계 지침에 대한 요구 사항을 제시하는 국제 표준입니다.

이를 위해서는 일반적으로 관절의 전기 모터를 모니터링하는 것 외에도 하나 이상의 힘 토크 센서를 사용해야 합니다. 두산이 만든 코봇과 최신 KUKA LBR iiwa 기계와 같은 일부 최신 코봇은 모든 관절에서 토크 감지 기능을 갖추고 있습니다.

ISO 10218-1 안전 표준을 충족하는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 다중 토크 센서를 사용하면 로봇 제조업체는 토크 센서의 입력을 사용하여 로봇 팔다리의 질량과 페이로드를 보상하는 고급 운동학으로 시스템 제어를 개선할 수 있습니다. 로봇의 빠르고 제어되며 안전한 움직임을 제공합니다.

도구의 작동을 제어하는 ​​데 도움이 되는 센서 시스템을 액세서리로 사용하거나 로봇 도구에 내장하는 시장도 있습니다. 현재 로봇 공학 응용 분야의 토크 측정에는 스트레인 게이지 센서와 변위 센서라는 두 가지 핵심 기술이 있습니다.

이는 로봇 관절의 플렉스 플레이트에 부착된 스트레인 게이지를 이용하여 회전 토크를 측정하는 기존 방식이다. 토크로 인한 변형률의 변화는 전기 신호의 변화로 기록됩니다.

스트레인 게이지의 장점은 상대적으로 비용이 저렴하고 테스트 실험실과 같이 적은 양으로 적용하기 쉽다는 것입니다. 그러나 로봇 관절의 스트레인 게이지에는 다음과 같은 단점도 있습니다.

측정 가능한 스트레인을 제공하려면 휘트스톤 브리지 회로에 배열된 4개의 게이지와 플렉스 구조를 사용해야 합니다. 이로 인해 시스템의 기계적 무결성이 손상되어 센서가 없을 때보다 로봇 팔이 덜 단단해집니다.

스트레인 게이지는 일반적으로 열악한 환경에 대해 견고하지도 탄력적이지도 않으며 출력은 온도의 영향을 받습니다.

배경 전자기 복사 및 자기장으로 인한 간섭을 받기 쉽습니다.

이 방법은 일반적으로 샤프트의 반대쪽 끝에 부착된 한 쌍의 측정 디스크를 사용하며 샤프트의 '비틀림 각도'는 광학 또는 자기 측정을 통해 둘 사이의 위상차로부터 측정됩니다. 이를 통해 토크를 계산할 수 있습니다.

가장 큰 장점은 "트위스트 샤프트"의 최대 부하 용량까지 센서에 과부하를 줄 수 있다는 것입니다. 이 방법의 단점은 다음과 같습니다.

비틀림 각도(길이 대 직경 비율 L/D = 5의 경우 최대 수 도)를 향상하려면 토션 바로 알려진 샤프트의 직경이 감소된 부분이 필요하며 이는 기계적 안정성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 체계.

온도에 민감합니다.

측정 정확도가 제한되어 있습니다.

토션 바 길이를 따라 샤프트 비틀림을 측정해야 하기 때문에 더 큰 포장 부피가 필요합니다.

이러한 기존 기술은 모두 로봇 관절에 비틀림이나 굴곡 요소가 필요합니다. 이는 로봇 팔이 작동 중에 구부러진다는 것을 의미합니다. 이는 코봇의 성능과 반복성을 제한하는 요인이 될 수 있습니다.

Transense의 SAW(Surface Acoustic Wave) 센서 기술은 로봇 시스템의 토크, 회전 및 온도를 측정하는 향상된 방법을 제공하여 관절 굴곡을 제거하고 더 작은 관절로 더 높은 성능과 더 반복 가능한 로봇을 만듭니다. SAW 기술은 두 가지 주요 구성 요소로 구성된 무선, 수동, 비접촉 감지 시스템입니다.

판독기는 RF 커플러를 통해 회전 샤프트로 전송되는 질의 신호를 생성합니다. 샤프트의 감지 요소는 다른 전원을 필요로 하지 않으며 질의 신호를 판독기 전자 장치로 다시 반사하는 수동 장치로 작동합니다. 후방 산란된 신호 진동 주파수는 변형률 및 온도와 같은 물리적 측정의 영향을 받습니다.