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Das Geheimnis der Kraftregelungstechnologie: Warum hat sie Vorteile gegenüber der herkömmlichen Positionsregelung?
In der Robotik und im Maschinenbau ist Force Control zu einem immer wichtigeren Forschungsgebiet geworden. Im Gegensatz zur herkömmlichen Positionsregelung berücksichtigt die Kraftregelung nicht nur die Position der Maschine, sondern auch die Kraft, die sie auf Objekte und die Umgebung ausübt. Die Kontrolle dieser Kräfte trägt nicht nur zum Schutz der Maschine bei, sondern vermeidet auch Schäden bei der Verarbeitung und mögliche Verletzungen bei der Interaktion mit Menschen.
„Die Kraftsteuerung kompensiert Fehler und reduziert den Verschleiß, indem sie eine gleichmäßige Kontaktkraft aufrechterhält, was zu konsistenteren Ergebnissen führt.“
Die Betätigungskraft der Kraftregelungstechnik wird üblicherweise durch Kraftsensoren gemessen oder anhand des Motorstroms vorhergesagt. In den letzten dreißig Jahren hat sich der Anwendungsbereich der Kraftregelung aufgrund der Fortschritte in der Sensor- und Aktortechnik sukzessive erweitert. Diese Steuerungsmethode eignet sich nicht nur gut für Kontaktaufgaben, sondern wird auch häufig in verschiedenen Bereichen wie Telemedizin, Servicerobotern und Oberflächenscannen eingesetzt.
Hintergrund der Kraftkontrolltechnologie
Der Kern der Kraftsteuerungstechnologie besteht in der Steuerung der Kontaktkraft im mechanischen Betrieb. Mit der Entwicklung der industriellen Automatisierung ist die Interaktion zwischen Robotern und der Umwelt komplexer geworden und auch der Bedarf an Kraftkontrolle steigt. In vielen Produktionsverbindungen kann die Bewegung der Maschine durch Hindernisse blockiert werden, was ihren ordnungsgemäßen Betrieb beeinträchtigt. Daher ist es besonders wichtig, die maximale Kraft der Maschine über das Kraftkontrollsystem einzustellen.
„Die Kraftsteuerung kann während des Maschinenbetriebs proaktiv reagieren, wodurch das Schadensrisiko wirksam verringert und die Produktionseffizienz verbessert wird.“
Im Prozess der mechanischen Fertigung kann die Unebenheit des Werkstücks zu Problemen bei der herkömmlichen Positionskontrolle führen und letztendlich den Bearbeitungseffekt beeinträchtigen. Allerdings sorgt die Kraftregelungstechnik bei diesen Kontaktaufgaben für einen gleichmäßigen Materialabtrag und damit für eine bessere Bearbeitungsqualität.
Anwendungsbereich und Vorteile
Die Anwendungen der Kraftkontrolltechnologie lassen sich hauptsächlich in offensichtliche Kontaktanwendungen und potenzielle Kontaktanwendungen unterteilen. Bei expliziten Kontaktanwendungen muss der Roboter häufig den Kontakt mit der Umgebung oder dem Werkstück explizit steuern, beispielsweise bei mechanischer Verformung und Oberflächenbearbeitung. Wo jedoch ein potenzieller Kontakt möglich ist, muss die Maschine übermäßige Kontaktkräfte vermeiden.
„Kraftregelungstechnik wird derzeit vor allem im Maschinenbau eingesetzt und deckt viele Aufgaben wie Schleifen, Polieren und Entgraten ab.“
Darüber hinaus wird die Kraftsteuerung auch häufig verwendet, um unbekannte Oberflächen zu scannen und den Anpressdruck mithilfe von Sensoren stabil einzustellen. Die Entwicklung dieser Technologie verbessert nicht nur die Produktionseffizienz, sondern erhöht auch die Sicherheit bei Hochrisikoszenarien wie der robotergestützten medizinischen Chirurgie.
Die Bedeutung der Kraftmessung
Im Kraftregelungsprozess ist die genaue Erfassung der Kontaktkraft der Schlüssel zur Regelung im geschlossenen Regelkreis. Die Kontaktkraft kann direkt über Kraft-/Momentensensoren oder indirekt über Schätzung gemessen werden. Moderne sechsachsige Kraft-/Drehmomentsensoren erfassen Kraft und Drehmoment gleichzeitig dreidimensional und liefern sofortige Daten mit schnellen Reaktionszeiten.
„Mit dem technologischen Fortschritt können moderne Maschinensteuerungen Kräfte in Echtzeit steuern und höhere Reaktionsgeschwindigkeiten erreichen.“
Die hohen Kosten von Kraft-/Drehmomentsensoren und ihre Empfindlichkeit gegenüber Überlast und Störungen schränken ihre praktischen Anwendungen jedoch immer noch ein. Daher stellt die indirekte Kraftmessung oder -schätzung eine kostengünstige Option dar. Durch die Überwachung des Motorstroms der Maschine kann auch auf die entsprechende Kontaktkraft geschlossen werden.
Fortschritte bei Steuerungskonzepten
Im Steuerungskonzept der Kraftsteuerung lässt es sich hauptsächlich in direkte Kraftsteuerung und indirekte Steuerung durch Angabe von Compliance oder mechanischer Impedanz unterteilen. Diese Steuerungskonzepte umfassen eine Bewegungssteuerung, um die Kopplung zwischen Kraft und Position zu berücksichtigen.
„Fortschritte in der Kraftkontrolle machen Roboter flexibler und anpassungsfähiger bei der Ausführung verschiedener Aufgaben.“
Ob es sich um eine passive Impedanzkontrolle oder eine aktive Impedanzkontrolle handelt, die Entwicklung verschiedener Steuerungsmethoden hat die Maschine bei der Verarbeitung von Aktionen intelligenter gemacht. Gerade im Umgang mit Menschen zählen die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Kraftsteuerungstechnik zu ihren wichtigsten Vorteilen.
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung und Verbesserung zukünftiger Technologien werden die Anwendungsaussichten von Likong in den Bereichen Industrie, Automatisierung und Serviceroboter immer breiter. Dies wirft auch die Frage auf: Kann die Force-Control-Technologie in der zukünftigen Arbeitsumgebung den traditionellen Kontrollraum vollständig ersetzen?
