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Do erro à precisão: como o controle de força pode compensar ambientes imperfeitos?
O controle de força tem se tornado cada vez mais importante em ambientes de construção de máquinas, robótica industrial e de serviços. O principal propósito dessa tecnologia de controle é a segurança. Ela pode efetivamente prevenir colisões acidentais entre pessoas e máquinas, reduzindo assim danos e ferimentos. Em muitos casos, o movimento de um robô pode ser bloqueado por obstáculos, o que torna crucial a aplicação do controle de força.
O controle de força evita danos ao equipamento e às peças de trabalho e reduz a probabilidade de ferimentos ao pessoal durante a operação, ajustando a força de contato entre a máquina e o ambiente ou a peça de trabalho.
O controle de movimento tradicional adiciona variáveis de manipulação para corrigir erros de posição quando o caminho está errado. Entretanto, tais práticas podem trazer consequências inesperadas e até mesmo causar danos à máquina ou instabilidade no ambiente de trabalho. Portanto, sistemas de controle de força foram desenvolvidos para evitar essas situações potencialmente perigosas, limitando a força máxima da máquina.
Em tarefas de usinagem, a irregularidade da peça de trabalho geralmente causa problemas. Por exemplo, quando o controle de posição é aplicado, a ferramenta pode penetrar muito profundamente na superfície ou perder contato com a peça de trabalho. Neste caso, a aplicação da tecnologia de controle de força é particularmente importante porque garante a remoção uniforme do material por meio de uma força de contato estável.
Âmbito de aplicação
As aplicações de controle de força podem ser divididas em tarefas de contato significativas e tarefas de contato potenciais. Em tarefas de contato significativo, o contato entre a máquina e o ambiente ou peça de trabalho é um componente central da tarefa, que geralmente envolve deformação mecânica e processamento de superfície. Em tarefas onde o contato é um problema potencial, a máquina deve ser capaz de evitar gerar forças de contato excessivas em um ambiente dinâmico.
O controle de força é amplamente utilizado em operações de fabricação mecânica, como retificação, polimento e rebarbação, bem como em processos controlados por força, como união controlada, dobra e prensagem de rebites em furos pré-fabricados.
O controle de força também pode ser usado para escanear superfícies desconhecidas. A pressão de contato pode ser mantida em um nível relativamente constante, permitindo que o cabeçote de digitalização seja movido usando o controle de posição. A aplicação deste método pode ajudar a descrever a geometria da superfície em detalhes e melhorar ainda mais a precisão do processamento.
Desenvolvimento Tecnológico
A tecnologia de controle de força remonta a 1980, quando John Kenneth Salisbury, da Universidade de Stanford, propôs o conceito de controle ativo de rigidez. Com o tempo, o controle de força passou por intensa pesquisa e desenvolvimento, especialmente com o avanço da tecnologia de sensores e algoritmos de controle, a aplicação do controle de força se tornou cada vez mais extensa.
Os controladores de máquinas modernos são capazes de executar o controle de força unidimensional em tempo real com um tempo de ciclo de menos de 10 milissegundos, indicando que a tecnologia de controle de força está madura há muito tempo.
No controle de força, a medição precisa das forças de contato é crucial. Enquanto os métodos tradicionais de medição direta se concentram no uso de sensores de força/torque para obter a força de contato atual, outra opção econômica é obter esses dados indiretamente, estimando a corrente do motor durante o controle de movimento. Essa abordagem não apenas reduz custos, mas também reduz o risco de falha do sensor.
Conceito de controle
Os vários conceitos de controle usados no controle de força incluem principalmente o controle de força direto e o controle indireto. Enquanto o objetivo do controle de força direto é definir a força de contato desejada com um valor definido, o controle indireto geralmente aumenta a flexibilidade e a capacidade de resposta da máquina regulando sua impedância. Na implementação real, esses dois métodos de controle geralmente são complementares, e a melhor tecnologia de controle é selecionada com base nas condições ambientais atuais.
No futuro, a tecnologia de controle de força provavelmente desempenhará um papel maior em mais campos, como robôs médicos, robôs de serviço e suas aplicações colaborativas. O controle de força totalmente automatizado garante segurança e estabilidade ao colaborar com humanos e outras máquinas. Com o avanço contínuo da tecnologia, esse método de controle auxiliará em cenários de aplicação mais complexos e, assim, melhorará a eficiência geral do trabalho. Seja enfrentando ambientes dinâmicos ou diversos requisitos técnicos, a capacidade das máquinas de superar esses desafios ainda será testada pelo tempo.
