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De l'erreur à la précision : comment le contrôle de la force compense-t-il les environnements imparfaits
Le contrôle de la force est devenu de plus en plus important dans les environnements de construction de machines, d'industrie et de robotique de service. L'objectif principal de cette technologie de contrôle est la sécurité. Elle permet de prévenir efficacement les collisions accidentelles entre les personnes et les machines, réduisant ainsi les dommages et les blessures. Dans de nombreux cas, le mouvement d’un robot peut être bloqué par des obstacles, ce qui rend l’application du contrôle de la force cruciale.
Le contrôle de la force évite d'endommager l'équipement et les pièces et réduit la probabilité de blessure du personnel pendant le fonctionnement en ajustant la force de contact entre la machine et l'environnement ou la pièce.
Le contrôle de mouvement traditionnel ajoute des variables de manipulation pour corriger les erreurs de position lorsque le chemin est erroné. Cependant, de telles pratiques peuvent entraîner des conséquences inattendues et peuvent même provoquer des dommages à la machine ou une instabilité de l’environnement de travail. Des systèmes de contrôle de force ont donc été développés pour éviter ces situations potentiellement dangereuses en limitant la force maximale de la machine.
Lors des tâches d'usinage, les irrégularités de la pièce posent souvent des problèmes. Par exemple, lorsque le contrôle de position est appliqué, l’outil peut creuser trop profondément dans la surface ou perdre le contact avec la pièce. Dans ce cas, l’application de la technologie de contrôle de la force est particulièrement importante car elle garantit un retrait uniforme du matériau grâce à une force de contact stable.
Champ d'application
Les applications de contrôle de force peuvent être divisées en tâches de contact significatives et en tâches de contact potentielles. Dans les tâches impliquant un contact important, le contact entre la machine et l'environnement ou la pièce est un élément essentiel de la tâche, qui implique généralement une déformation mécanique et un traitement de surface. Dans les tâches où le contact constitue un problème potentiel, la machine doit pouvoir éviter de générer des forces de contact excessives dans un environnement dynamique.
Le contrôle de la force est largement utilisé dans les opérations de fabrication mécanique telles que le meulage, le polissage et l'ébavurage, ainsi que dans les processus à force contrôlée tels que l'assemblage contrôlé, le pliage et le pressage de rivets dans des trous préfabriqués.
Le contrôle de la force peut également être utilisé pour scanner des surfaces inconnues. La pression de contact peut être maintenue à un niveau relativement constant, ce qui permet de déplacer la tête de numérisation à l'aide du contrôle de position. L’application de cette méthode peut aider à décrire la géométrie de la surface en détail et à améliorer encore la précision du traitement.
Développement technologique
La technologie de contrôle de la force remonte à 1980, lorsque John Kenneth Salisbury de l'Université de Stanford a proposé le concept de contrôle actif de la rigidité. Au fil du temps, le contrôle de la force a fait l'objet de recherches et de développements intenses, en particulier avec l'avancement de la technologie des capteurs et des algorithmes de contrôle, l'application du contrôle de la force est devenue de plus en plus étendue.
Les contrôleurs de machines modernes sont capables d'effectuer un contrôle de force unidimensionnel en temps réel avec un temps de cycle inférieur à 10 millisecondes, ce qui indique que la technologie de contrôle de force est mature depuis longtemps.
Dans le contrôle des forces, une mesure précise des forces de contact est cruciale. Alors que les méthodes de mesure directe traditionnelles se concentrent sur l’utilisation de capteurs de force/couple pour obtenir la force de contact actuelle, une autre option économique consiste à obtenir ces données indirectement en estimant le courant du moteur pendant le contrôle du mouvement. Cette approche réduit non seulement les coûts, mais réduit également le risque de défaillance du capteur.
Concept de contrôle
Les différents concepts de contrôle utilisés dans le contrôle de force comprennent principalement le contrôle de force direct et le contrôle indirect. Alors que l'objectif du contrôle de force direct est de définir la force de contact souhaitée avec une valeur définie, le contrôle indirect augmente généralement la flexibilité et la réactivité de la machine en régulant l'impédance de la machine. Dans la mise en œuvre réelle, ces deux méthodes de contrôle sont souvent complémentaires et la meilleure technologie de contrôle est sélectionnée en fonction des conditions environnementales actuelles.
À l’avenir, la technologie de contrôle de la force jouera probablement un rôle plus important dans davantage de domaines, tels que les robots médicaux, les robots de service et leurs applications collaboratives. Le contrôle de force entièrement automatisé garantit la sécurité et la stabilité lors de la collaboration avec les humains et d'autres machines. Avec l’avancement continu de la technologie, cette méthode de contrôle aidera à des scénarios d’application plus complexes et améliorera ainsi l’efficacité globale du travail. Qu'il s'agisse d'environnements dynamiques ou d'exigences techniques diverses, il reste à vérifier si les machines sont capables de surmonter avec succès ces défis.
