خلال شهر تقريبًا، اكتشفنا أن بعض العملاء ركزوا فقط على قوة التلامس لأداة نهاية الروبوت، لذا يعتقدون أن مستشعر القوة ثلاثي المحاور كافٍ للاستخدام.
غالبًا ما نواجه مثل هذه الحالة المماثلة. في الواقع، تصنيع مستشعر القوة سداسي المحاور أصعب من مستشعر القوة ثلاثي المحاور. يمكن لشركتنا توفير نطاقات متعددة من مستشعرات القوة سداسية المحاور وثلاثية المحاور، لكن لا تزال هناك قيود عديدة في استخدام مستشعرات القوة ثلاثية المحاور. نقترح أنه إذا كان موقع القوة بعيدًا عن المستشعر وكان اتجاه القوة عشوائيًا، حتى لو كنت بحاجة فقط إلى معلومات القوة في ثلاثة اتجاهات ولا تحتاج إلى معرفة نطاق عزم الانحناء، فمن الأفضل استخدام مستشعر القوة سداسي المحاور.
لشرح هذه المشكلة بشكل أوضح، دعونا ننظر إلى سيناريوهات تطبيق مستشعر القوة أحادي المحور.
نعلم أن القوة هي كمية متجهة، لذلك لها كل من المدى والاتجاه. فقط عندما يتطابق اتجاه القوة تمامًا مع محور القياس الخاص بمستشعر القوة أحادي المحور، يمكنه قياسها بدقة (الشكل 1). محور القياس هو عمومًا الخط المركزي الهندسي للمستشعر.
عندما يكون اتجاه القوة موازيًا لمحور القياس للمستشعر ولكن غير متطابق معه، فإن نتائج القياس للمستشعر ستكون خاطئة جدًا. وفقًا لمبدأ التكافؤ في الترجمة للقوة في الميكانيكا النظرية، فإن ذلك يعادل وجود قوة وعزم انحناء يعملان على المستشعر في نفس الوقت (الشكل 2). بعد الترجمة المتكافئة، يبقى مدى واتجاه القوة كما هما سابقًا بالنسبة للمستشعر، لكن يضاف عزم انحناء إضافي FL. سيؤدي هذا العزم إلى حدوث تشوه انحناء معين في المستشعر، وسيختلف نمط التشوه عن حالة المعايرة للمستشعر، مما يؤدي إلى خطأ كبير في القياس. بالطبع، بعض مستشعرات القوة أحادية البعد لديها بنية تتمتع بقدرة معينة على مقاومة عدم التمركز، لكن عندما تكون المسافة بين المركز وعدم التمركز كبيرة وعزم الانحناء كبير، فستحدث أيضًا أخطاء قياس واضحة.
دعونا نناقش مستشعر القوة ثلاثي الأبعاد. مركز المعايرة لمستشعر القوة ثلاثي المحاور يكون عمومًا على المستشعر أو قريبًا جدًا منه. لذلك، ولنفس السبب، طالما أن نقطة تحميل القوة بعيدة عن المستشعر، فإن القوة بعد التحليل المتعامد والترجمة إلى مركز المعايرة لمستشعر القوة ثلاثي المحاور، ستحمل المستشعر مكونات القوة Fx/Fy/Fz الثلاثة، بالإضافة إلى عزم الانحناء Mx/My/Mz الثلاثة (الشكل 3). لا بد أن تؤثر Mx/My/Mz على دقة قياس Fx/Fy/Fz؛ وكلما زاد عزم الانحناء، زادت نسبة الخطأ في قياس القوة ثلاثية المحاور. السبب في هذه الظاهرة هو أنه عند تحميل ومعايرة مستشعر القوة ثلاثي المحاور، من المستحيل أخذ متغير عزم الانحناء في الاعتبار. في هذه اللحظة، لا يمكن للنموذج الرياضي والمعايير المعايرة تصحيح وإزالة تداخل عزم الانحناء على القوة.
في الأسبوع الماضي فقط، أرسلنا نوعين من مستشعرات القوة إلى عميل شركتنا الشهير الذي ينتج روبوتات جراحية للاختبار، بما في ذلك مستشعر قوة ثلاثي المحاور بنية عادية ومستشعر قوة سداسي المحاور من كونوي. ومن أجل توفير التكلفة، اختار هذا العميل مستشعر القوة ثلاثي المحاور لتحقيق أداء المنتج. وبعد مقارنة تأثيرات الاختبار للحسّاسين، اختار هذا العميل أخيرًا مستشعر القوة سداسي المحاور.
إن خوارزمية الفصل لمستشعر القوة/العزم سداسي المحاور، التي تعتمد على التحميل المشترك ذي الأبعاد الستة، يمكنها تصحيح خطأ الترابط بين القوة في الاتجاهات الثلاثة وعزم الانحناء في الاتجاهات الثلاثة بدقة عالية، مما يقضي بشكل كبير على تداخل عزم الانحناء في قياس القوة، وبالتالي تصبح دقة قياس القوة أعلى بكثير من مستشعر القوة ثلاثي المحاور. ويستند ذلك إلى طريقة معايرة عالية الدقة للتحميل المشترك ذي الأبعاد الستة للحصول على نموذج رياضي مفصولة يتمتع بقدرة قوية على الملاءمة غير الخطية.
إذا واجهت مشكلات مماثلة، خاصة في تطبيقات التحكم في قوة الروبوت، فلا داعي للتفكير فيما إذا كنت ستستخدم مستشعر القوة ثلاثي المحاور أم سداسي المحاور (الشكل 5). باستخدام مستشعر القوة/العزم سداسي المحاور، يمكنك ليس فقط قياس قيمة القوة بدقة أكبر، بل أيضًا مراقبة عزم الانحناء في الوقت الحقيقي لمنع الأضرار التي لا رجعة فيها الناتجة عن الحمل الزائد لعزم الانحناء، ويمكن أيضًا استخدامه للتحكم في وضعية الأداة النهائية من خلال بيانات عزم الانحناء. عندما تكون قوة التلامس النهائية صغيرة جدًا، فإن عزم الانحناء المقابل لهذه القوى سيكون أكثر حساسية نسبيًا، ويمكن استخدام عزم الانحناء لمراقبة قوة التلامس بشكل غير مباشر، لأن ذراع القوة هو مضخم للقوة. هذه الطريقة شائعة أكثر في تطبيقات التحكم في القوة لروبوت أخذ عينات ورق الحلق.
يمكن أيضًا استخدام مستشعرات القوة ثلاثية المحاور في بعض الحالات، مثل عندما تكون نقطة التحميل قريبة من مركز المعايرة للمستشعر ولا تتطلب دقة قياس عالية، أو عندما يتم استخدام عدة مستشعرات قوة ثلاثية المحاور في وقت واحد. يتطلب ذلك ملاءمة ومعالجة بيانات أكثر احترافية، وسنقدم شرحًا عنها في مقال مستقبلي.
