Kā iemācīt robotam skrūvēt

Tehnoloģiju panteonā, kas padara mūsu mūsdienu sabiedrību iespējamu, viens no nenovērtētākajiem un novārtā atstātajiem ir vītņotais stiprinājums, kas plašāk pazīstams kā skrūve. Šī tehnoloģija parādījās industriālās ēras rītausmā, kad kļuva iespējams plašā mērogā izgatavot šādus metāla sīkrīkus.

Mūsdienās šīs ierīces burtiski satur pasauli kopā. Mūsu 21. gadsimta dzīvesveids nebūtu iespējams bez tiem, un tiem, visticamāk, būs neaizstājama loma pārskatāmā nākotnē.

Tomēr pasaulē, kurā ražošanas metodes arvien vairāk tiek automatizētas, pastāv problēma. Skrūvēšanas un atskrūvēšanas process joprojām ir tāds, kurā cilvēki pārspēj mašīnas. Robotu ierīcēm ir grūtības atrast skrūves un to ligzdas un pēc tam efektīvi manipulēt ar skrūvēm un skrūvgriežiem.

Aksiālie spēki, kas darbojas skrūvēšanas un atskrūvēšanas laikā, izrādās proporcionāli griezes momentam.

Ievadiet Dima Mironovs un kolēģi Skolkovas Zinātnes un tehnoloģiju institūtā Maskavā, kuri vēlas automatizēt procesu nākotnes viedajām rūpnīcām.

Viņu plāns ir vienkāršs. Izmantojot haptiku, pieskāriena maņu izpēti, Mironovs un citi vēlas saprast, kā cilvēki veic šos uzdevumus, un pēc tam būvē robotus, kas izmanto to pašu tehniku. Un viņu darbs ir atklājis skrūvēšanas (un atskrūvēšanas) pamatlikumu, kas sāk to padarīt iespējamu.

Cilvēki izmanto divus dažādus spēka veidus, lai skrūvētu mājās vai atbrīvotu to. Viņi vispirms pieliek spiedienu vai aksiālu spēku, lai iespiestu skrūvi tās ligzdā. Tie arī pieliek pagrieziena spēku vai griezes momentu, lai pagrieztu skrūvi. Nepieciešamais griezes moments ir atkarīgs no berzes starp skrūvi un ligzdas materiālu, un tas ir atkarīgs arī no vītnes stāvokļa.

Galvenā skrūvēšanas problēma ir, kā izvairīties no izciļņiem, kuru gadījumā skrūvgriezis zaudē saķeri ar skrūves galvu un paslīd. Tāpēc Mironovs un viņa kolēģi ir īpaši ieinteresēti, kā cilvēki no tā izvairās.

Lai izpētītu, komanda izveidoja ierīci, lai izmērītu gan aksiālo spēku, gan griezes momentu ar izšķirtspēju, kas ir mazāka par 0,1 ņūtonu aksiālajā virzienā un 0,003 ņūtonmetriem griezes momentu.

Pēc tam viņi lūdza 10 vīriešus un sievietes trīs milimetru ligzdā atkārtoti iedzīt nelielu skrūvi — tādu, kādu izmanto viedtālruņa montāžā. Skrūvēm bija vai nu Phillips galva, vai sešstūra galva. Pēc tam komanda izmērīja iesaistītos spēkus.

Izrādās, ka veiksmīgai skrūvēšanai un atskrūvēšanai cilvēki pieliek aksiālo spēku, kas ir proporcionāls griezes momentam. Skrūvēšanas laikā šis spēks sasniedz maksimumu piedziņas beigās; šis modelis atskrūvēšanas laikā mainās.

Pastāv arī periodiskums šiem spēkiem, ko rada cilvēki, mainot satvērienu, pagriežot rokas un no jauna pieslēdzoties skrūvei. Tātad Mironovs un kolēģi vienkārši skatās uz maksimālo spēku, kas tiek pielikts katra pagrieziena laikā.

Tā viņi atrada universālo pieskrūvēšanas un atskrūvēšanas spēku modeli, kas var veiksmīgi iedzīt mājās vai noņemt skrūvi. Rezultāti liecina, ka cilvēki pieliek skrūvēm aksiālu spēku, lai izvairītos no skrūvgriežu izslīdēšanas (izslīdēšanas), un šis aksiālais spēks ir proporcionāls skrūvēšanai nepieciešamajam griezes momentam, saka Mironovs un citi.

Komanda arī atklāja, ka nepieciešamais spēks ir atkarīgs no skrūves galvas veida: skrūvēm ar Phillips galvu ir nepieciešams ievērojami lielāks aksiālais spēks, lai izvairītos no izciļņiem, nekā skrūvēm ar sešstūra galvu. Tādējādi, ņemot vērā to pašu aksiālo spēku, sešstūra galvām ir mazāka iespēja slīdēt nekā Phillips galvām.

Visbeidzot, Mironovs un kolēģi ieprogrammēja robotu, lai no jauna izveidotu tādu pašu spēku modeli. Šis robots ir aprīkots ar skrūvgriezi, satvērēju skrūves noturēšanai un mašīnredzi, lai atrastu skrūvi tās ligzdā.

Pēc tam komanda mērīja spēkus, robotam veicot savu darbu, īpašu uzmanību pievēršot izciļņiem, kas parādās kā pēkšņs spēku kritums. Kad robots konstatē izspiešanos, tas palielina aksiālo spēku un turpina darbu.

Robots darbojās labi. Robotiskās atskrūvēšanas rezultāti sakrīt ar cilvēku eksperimentu rezultātiem un parāda veiksmīgas atskrūvēšanas nosacījumu universālumu, saka Mironovs un citi.

Šie pētnieki ir daļa no komandas veidošanas robotiem, kas var sadalīt elektroniskās ierīces, piemēram, viedtālruņus, lai pārstrādātu. Projekta nosaukums ir RecyBot, un tā mērķis ir izveidot ātrdarbīgu inteliģentu robotu sistēmu elektronikas demontāžai.

Tas ir ievērojams izaicinājums, un viena no lielākajām galvassāpēm ir atskrūvēšana. Tātad komandai tas ir vismaz zem jostasvietas. Taču to pašu tehnoloģiju varētu izmantot daudzās viedās rūpnīcās, kurām ir jāsamontē un jāizjauc komponenti.

Jebkurā gadījumā šķiet, ka pazemīgajai skrūvei nākotnē būs tikpat svarīga loma kā pagātnē.

Atsauce: arxiv.org/abs/1801.10386 : Skrūvēšanas un atskrūvēšanas haptika tās pielietošanai viedās demontāžas rūpnīcās

paslēpties