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刚柔并济!拳拳到位的机器触觉!
[作者 林隆發]   2024年02月19日 星期一 浏览人次: [1294]

本文叙述如何运用机器视觉当中的力觉感测器,加以完善机械自动化的应用层面,并且举出实例说明,让智慧制造更向前迈一大步。



力觉感测器,它完成了机械自动化在产业应用上的最後一哩路。


以往传统的产业自动化常使用视觉应用,当然也包含近年来才陆续加入的3D视觉。但离完全无人化还缺少了一个重要的因素机器力觉。力觉感应器更像是人类触觉的延伸应用,是最直接的力量反??机制。除了感受力量之外,还能将其机械优势加以利用,解决传统机械力的单一出力问题,配合力量控制功能以及机器人手部动作可以应用的层面广泛,例如必须依赖大量人力的传统组装制程,在现代人力资源难以满足的状况下,产业转型的方针势在必行。


Epson Force Sensor

Epson起源於SEKIO精工表,大家都晓得石英表内有一个不可或缺的材料石英,钟表利用这个材料的高稳定及高灵敏特性来达到精确的计时效果。而Epson运用独家的石英压电技术来研发力觉感应器,并且利用石英材料的高灵敏特性让Epson力觉感测器解析度最小可达到0.1 N。


适用的制程类别,包括精密零件/连结器组装、Dip件??件、FPC/FFC组装、精密螺丝锁附、研磨、抛光等需要大量仰赖人体感知的制程。


Force Sensor有六个方向的力控制。以工具座标为基准,分别为X、Y、Z轴向及X、Y、Z的旋转轴向。



图一 : 力方向表示图
图一 : 力方向表示图

Force Sensor功能

●触碰


图二 : 触碰功能
图二 : 触碰功能

Force Sensor执行力控制模式,可以锁定单一轴或多轴向的力回??侦测进而达成效果。当达到设定力量时手臂将停止,而碰触常应用在工件水平高度不一的制程中,利用力觉感应器的回??机制,能够让机器人知晓动作中物体与机器人的位置关系,配合加压、探测或其他功能完成想要达成的制程结果。


●对齐


图三 : 对齐功能
图三 : 对齐功能

对齐功能常用在Force Sensor执行精密??件应用,透过力觉控制可针对X、Y、Z旋转轴向做Align补偿的动作,当侦测到扭力为零时,手臂将停止转动,降低Align时工件受力变形的风险。


●探测


图四 : 探测功能
图四 : 探测功能

探测,在精密组装制程中是一个非常实用的功能。设定单一轴向(通常为Z轴)的力控制叁数,透过设定机器人建立一个规律且逐渐缩小的Arc移动范围。手臂将维持这个设定的力量运行,移动的同时执行力侦测,当移动过程中力回??为零时停止运转。


●追踪


图五 : 追踪功能
图五 : 追踪功能

追踪这个功能可以让工业机器人发挥如同协作行手臂一般拖曳教点;也可以应用在任何不规则路径的移动。让使用者调校机器人位置设定时更加简单,仅需要设定力控制条件且Target Force为0,运行时机器人会跟随受力的方向移动,直到侦测的力量为零时停止运行而达到跟随(追踪)效果!


●加压


图六 : 加压功能
图六 : 加压功能

加压功能,顾名思义就是针对工件施加压力,加压的方向能依照实际操作设定而Epson force sensor的工作力范围为0.1N~ 250N。可以设定加压力条件,运行後机器人会依照设定的力条件运作,在未达到设定的力量前将持续加压作业。


自动化方案柔性组装应用

A.力觉感应器:力觉感测器可以给予机械手臂接近人体触觉的感受。当机械手臂上的夹持物受力时,透过力觉感应器回??力道给机械手臂,让机械手臂可以根据这个回??力道的大小与方向来做出下一个相对应动作。


B.柔性组装产品案例:以组装LCD Module与PCB对应Pin为例说明,标准做法会需要利用工业相机透过影像运算来确定目标LCD的位置,取件後再次透过相机进行二次定位来确定针脚位置,进而完成整个??件流程。而在这中间主要透过力觉感测器的探测、跟随、加压等功能完成整个流程。


C.流程动作说明



图七 : 柔性组装产品的流程动作
图七 : 柔性组装产品的流程动作

D.组装调机要点说明


状况一、LCD Module无法??到底



图八 : LCD Module??件状况
图八 : LCD Module??件状况

解决方式:


*判断当前??件力量设定是否大於??件摩擦力量。


*设定工作平面Plane。利用RC+内建GetRobotInsidePlane叁数控制??件深度,维持一定的??件品质。


状况二、LCD Module针脚歪斜与对位问题



图九 : LCD Module针脚歪斜与对位
图九 : LCD Module针脚歪斜与对位

解决方式:


*??件前侦测Z轴力回??。


*分两个模式处理:


--模式A:当Z轴力回??大於等於设定的力量时,使用力觉感测器的跟随功能Release x、y轴方向,同时维持Z轴力量加压往??件位置移动。


冘 模式B:当Z轴力回??小於设定力量,则针脚歪斜。不??件。


结论

力觉感应器完善了机械自动化的应用层面,让智慧制造更向前迈一大步。Epson的产品优势在於「省」、「小」、「精」。Epson力觉感应器内部使用石英压电设计,让感应器解析度达到0.1N,更利用这项特点常应用到精密组装制程中。


自动化产线的评估可以透过力觉感应器的规划来取代现阶段需要大量仰赖人体力感知的制程,更能落实无人化工厂的推动!


(本文作者林隆发为茂纶公司技术工程??理)


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