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El secreto de la tecnología de control de fuerza: ¿Por qué es más ventajoso que el control de posición tradicional?
En robótica y fabricación de maquinaria, el control de fuerza se ha convertido en un campo de investigación cada vez más importante. A diferencia del control de posición tradicional, el control de fuerza no sólo considera la posición de la máquina, sino también la fuerza que ejerce sobre los objetos y el entorno. El control de estas fuerzas no sólo ayuda a proteger la máquina, sino que también evita daños durante el procesamiento y posibles lesiones al interactuar con humanos.
"El control de fuerza compensa los errores y reduce el desgaste manteniendo una fuerza de contacto uniforme, lo que da como resultado resultados más consistentes."
La fuerza operativa de la tecnología de control de fuerza generalmente se mide mediante sensores de fuerza o se predice mediante la corriente del motor. Durante los últimos treinta años, el rango de aplicaciones del control de fuerza se ha ampliado gradualmente debido a los avances en la tecnología de sensores y actuadores. Este método de control no sólo funciona bien en tareas de contacto, sino que también se utiliza ampliamente en diferentes campos como la telemedicina, los robots de servicio y el escaneo de superficies.
Antecedentes de la tecnología de control de fuerza
El núcleo de la tecnología de control de fuerza es controlar la fuerza de contacto en la operación mecánica. Con el desarrollo de la automatización industrial, la interacción entre los robots y el medio ambiente se ha vuelto más compleja y también aumenta la necesidad de control de la fuerza. En muchos eslabones de producción, el movimiento de la máquina puede verse bloqueado por obstáculos, afectando su correcto funcionamiento, por lo que es especialmente importante ajustar la fuerza máxima de la máquina a través del sistema de control de fuerza.
"El control de fuerza puede reaccionar de forma proactiva durante el funcionamiento de la máquina, reduciendo así eficazmente el riesgo de daños y mejorando la eficiencia de la producción."
En el proceso de fabricación mecánica, las irregularidades de la pieza de trabajo pueden causar problemas en el control de posición tradicional y, en última instancia, afectar el efecto de procesamiento. Sin embargo, la tecnología de control de fuerza garantiza una eliminación uniforme del material en estas tareas de contacto, lo que da como resultado una mejor calidad del mecanizado.
Ámbito de aplicación y ventajas
Las aplicaciones de la tecnología de control de fuerza se pueden dividir principalmente en aplicaciones de contacto obvias y aplicaciones de contacto potenciales. En aplicaciones de contacto explícito, el robot a menudo necesita controlar explícitamente el contacto con el entorno o la pieza de trabajo, como durante la deformación mecánica y el mecanizado de superficies. Sin embargo, cuando sea posible un contacto potencial, la máquina debe evitar fuerzas de contacto excesivas.
"Actualmente, la tecnología de control de fuerza se utiliza principalmente en operaciones de fabricación de máquinas, abarcando muchas tareas como rectificado, pulido y desbarbado."
Además, el control de fuerza también se usa ampliamente para escanear superficies desconocidas y usar sensores para establecer de manera estable la presión de contacto. El desarrollo de esta tecnología no sólo mejora la eficiencia de la producción, sino que también añade seguridad a escenarios de alto riesgo como la cirugía médica robótica.
La importancia de la medición de la fuerza
En el proceso de control de fuerza, captar con precisión la fuerza de contacto es la clave para el control de circuito cerrado. La fuerza de contacto se puede medir directamente mediante sensores de fuerza/par o indirectamente mediante estimación. Los modernos sensores de fuerza/par de seis ejes registran la fuerza y el par simultáneamente en tres dimensiones y proporcionan datos instantáneos con tiempos de respuesta rápidos.
“Con los avances tecnológicos, los controladores de máquinas modernas pueden controlar las fuerzas en tiempo real y lograr velocidades de reacción más altas”.
Sin embargo, el alto costo de los sensores de fuerza/par y su sensibilidad a la sobrecarga y la interferencia aún limitan sus aplicaciones prácticas. Por lo tanto, la medición o estimación indirecta de la fuerza se convierte en una opción rentable. Al monitorear la corriente del motor de la máquina, también se puede deducir la fuerza de contacto correspondiente.
Avances en conceptos de control
En el concepto de control de control de fuerza, se puede dividir principalmente en control de fuerza directo y control indirecto mediante la declaración de cumplimiento o impedancia mecánica. Estos conceptos de control incorporan control de movimiento para abordar el acoplamiento entre fuerza y posición.
"Los avances en el control de fuerza hacen que los robots sean más flexibles y adaptables al realizar diversas tareas."
Ya sea control de impedancia pasiva o control de impedancia activa, el desarrollo de varios métodos de control ha hecho que la máquina sea más inteligente al procesar acciones. Especialmente en las interacciones con humanos, la seguridad y confiabilidad que brinda la tecnología de control de fuerza son una de sus ventajas más importantes.
Con la continua evolución y mejora de la tecnología futura, las perspectivas de aplicación de Likong en los campos de la industria, la automatización y los robots de servicios serán cada vez más amplias. Esto también plantea una pregunta: en el futuro entorno laboral, ¿puede la tecnología de control de fuerza reemplazar completamente el espacio de control tradicional?
