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Del error a la precisión: ¿cómo puede el control de fuerza compensar entornos imperfectos?
El control de fuerza se ha vuelto cada vez más importante en los entornos de construcción de máquinas, robótica industrial y de servicios. El objetivo principal de esta tecnología de control es la seguridad. Puede prevenir eficazmente colisiones accidentales entre personas y maquinaria, reduciendo así los daños y las lesiones. En muchos casos, el movimiento de un robot puede verse bloqueado por obstáculos, lo que hace que la aplicación del control de fuerza sea crucial.
El control de fuerza evita daños a los equipos y piezas de trabajo y reduce la probabilidad de lesiones al personal durante la operación al ajustar la fuerza de contacto entre la máquina y el entorno o la pieza de trabajo.
El control de movimiento tradicional agrega variables de manipulación para corregir errores de posición cuando la trayectoria es incorrecta. Sin embargo, estas prácticas pueden traer consecuencias inesperadas e incluso provocar daños en la máquina o inestabilidad del entorno de trabajo. Por lo tanto, se desarrollaron sistemas de control de fuerza para evitar estas situaciones potencialmente peligrosas limitando la fuerza máxima de la máquina.
En las tareas de mecanizado, las irregularidades de la pieza de trabajo suelen causar problemas. Por ejemplo, cuando se aplica el control de posición, la herramienta puede excavar demasiado profundamente en la superficie o perder contacto con la pieza de trabajo. En este caso, la aplicación de la tecnología de control de fuerza es especialmente importante porque garantiza una eliminación uniforme del material a través de una fuerza de contacto estable.
Ámbito de aplicación
Las aplicaciones de control de fuerza se pueden dividir en tareas de contacto significativo y tareas de contacto potencial. En las tareas en las que el contacto es importante, el contacto entre la máquina y el entorno o la pieza de trabajo es un componente central de la tarea, que normalmente implica deformación mecánica y procesamiento de superficies. En tareas donde el contacto es un problema potencial, la máquina debe poder evitar generar fuerzas de contacto excesivas en un entorno dinámico.
El control de fuerza se utiliza ampliamente en operaciones de fabricación mecánica como esmerilado, pulido y desbarbado, así como en procesos controlados por fuerza como unión controlada, doblado y prensado de remaches en orificios prefabricados.El control de fuerza también se puede utilizar para escanear superficies desconocidas. La presión de contacto se puede mantener a un nivel relativamente constante, lo que permite mover el cabezal de escaneo mediante el control de posición. La aplicación de este método puede ayudar a describir la geometría de la superficie en detalle y mejorar aún más la precisión del procesamiento.
Desarrollo tecnológico
La tecnología de control de fuerza se remonta a 1980, cuando John Kenneth Salisbury de la Universidad de Stanford propuso el concepto de control de rigidez activo. Con el tiempo, el control de fuerza ha sido objeto de una intensa investigación y desarrollo, especialmente con el avance de la tecnología de sensores y algoritmos de control, la aplicación del control de fuerza se ha vuelto cada vez más extensa.
Los controladores de máquinas modernos pueden realizar un control de fuerza unidimensional en tiempo real con un tiempo de ciclo de menos de 10 milisegundos, lo que indica que la tecnología de control de fuerza ha madurado desde hace mucho tiempo.
En el control de fuerza, la medición precisa de las fuerzas de contacto es crucial. Si bien los métodos tradicionales de medición directa se centran en el uso de sensores de fuerza/torque para obtener la fuerza de contacto actual, otra opción económica es obtener estos datos indirectamente estimando la corriente del motor durante el control del movimiento. Este enfoque no sólo reduce los costos, sino que también reduce el riesgo de falla del sensor.
Concepto de control
Los diversos conceptos de control utilizados en el control de fuerza incluyen principalmente el control de fuerza directo y el control indirecto. Si bien el objetivo del control de fuerza directa es establecer la fuerza de contacto deseada con un valor definido, el control indirecto generalmente aumenta la flexibilidad y la capacidad de respuesta de la máquina al regular la impedancia de la máquina. En la implementación real, estos dos métodos de control suelen ser complementarios y la mejor tecnología de control se selecciona en función de las condiciones ambientales actuales.En el futuro, la tecnología de control de fuerza probablemente desempeñará un papel más importante en más campos, como los robots médicos, los robots de servicio y sus aplicaciones colaborativas. El control de fuerza totalmente automatizado garantiza la seguridad y la estabilidad al colaborar con humanos y otras máquinas. Con el avance continuo de la tecnología, este método de control ayudará en escenarios de aplicación más complejos y mejorará así la eficiencia general del trabajo. Ya sea que se trate de entornos dinámicos o de diversos requisitos técnicos, el tiempo está a la espera de comprobar si las máquinas podrán superar con éxito estos desafíos.
