211service.com
Hoe leer je een robot om te schroeven?
In het pantheon van technologieën die onze moderne samenleving mogelijk maken, is de schroefdraadbevestiging, beter bekend als de schroef, een van de meest ondergewaardeerde en verwaarloosde. Deze technologie ontstond aan het begin van het industriële tijdperk, toen het mogelijk werd om op grote schaal metalen gadgets als deze te maken.
Tegenwoordig houden deze apparaten letterlijk de wereld bij elkaar. Onze levensstijl van de 21e eeuw zou niet mogelijk zijn zonder hen, en ze zullen in de nabije toekomst waarschijnlijk een onmisbare rol spelen.
Maar in een wereld waar productietechnieken steeds meer geautomatiseerd worden, is er een probleem. Het proces van schroeven en losschroeven is nog steeds een proces waarin mensen beter presteren dan machines. Robotachtige apparaten hebben moeite om schroeven en hun doppen te lokaliseren en vervolgens schroeven en schroevendraaiers effectief te manipuleren.
De axiale krachten bij het in- en uitschroeven blijken evenredig te zijn met het koppel.
Enter Dima Mironov en collega's van het Skolkovo Institute of Science and Technology in Moskou, die het proces voor de slimme fabrieken van de toekomst willen automatiseren.
Hun plan is eenvoudig. Met behulp van haptiek, de studie van de tastzin, willen Mironov en co begrijpen hoe mensen deze taken uitvoeren en vervolgens robots bouwen die dezelfde techniek gebruiken. En hun werk heeft een fundamentele wet van schroeven (en losschroeven) blootgelegd die dit mogelijk begint te maken.
Mensen gebruiken twee verschillende soorten kracht om een schroef naar huis te draaien of los te laten. Ze oefenen eerst een druk of axiale kracht uit om de schroef in de houder te duwen. Ze passen ook een draaikracht of koppel toe om de schroef te draaien. Het vereiste koppel is afhankelijk van de wrijving tussen de schroef en het materiaal van de sok, en dit hangt ook af van de toestand van de schroefdraad.
Een belangrijk probleem bij het schroeven is hoe u cam-outs kunt voorkomen, waarbij de schroevendraaier zijn grip op de schroefkop verliest en wegglijdt. Dus Mironov en co zijn vooral geïnteresseerd in hoe mensen dit vermijden.
Om dit te onderzoeken, bouwde het team een apparaat om zowel de axiale kracht als het koppel te meten tot resoluties van minder dan 0,1 Newton in de axiale richting en 0,003 Newton-meter koppel.
Vervolgens vroegen ze 10 mannen en vrouwen om herhaaldelijk een kleine schroef - het soort dat wordt gebruikt bij het monteren van smartphones - in een stopcontact van drie millimeter te draaien. De schroeven hadden ofwel een kruiskop of een zeskantige kop. Het team heeft vervolgens de betrokken krachten gemeten.
Het blijkt dat mensen voor succesvol schroeven en losschroeven een axiale kracht uitoefenen die evenredig is met het koppel. Tijdens het schroeven bereikt deze kracht een maximum aan het einde van de aandrijving; dit patroon keert om tijdens het losschroeven.
Er is ook een periodiciteit van deze krachten die voortkomen uit het feit dat mensen hun greep veranderen terwijl ze hun handen draaien en opnieuw aangrijpen op de schroef. Dus Mironov en co kijken gewoon naar de maximale kracht die tijdens elke bocht wordt uitgeoefend.
Zo vonden ze het universele patroon van schroef- en loskrachten waarmee een schroef met succes kan worden aangedraaid of verwijderd. Resultaten laten zien dat mensen axiale kracht uitoefenen op de schroeven om slippen van schroevendraaiers (cam-outs) te voorkomen en deze axiale kracht is evenredig met het koppel dat nodig is voor het schroeven, zeggen Mironov en co.
Het team ontdekte ook dat de benodigde kracht afhangt van het type schroefkop: schroeven met een kruiskop hebben aanzienlijk meer axiale kracht nodig om cam-outs te voorkomen dan schroeven met een zeskantige kop. Dus bij dezelfde axiale kracht hebben zeskantige koppen minder kans om te slippen dan kruiskopkoppen.
Tot slot programmeerden Mironov en co een robot om hetzelfde patroon van krachten na te bootsen. Deze robot is uitgerust met een schroevendraaier, een grijper om de schroef vast te houden en machinevisie om de schroef in de houder te lokaliseren.
Het team mat vervolgens de krachten terwijl de robot zijn werk deed, met bijzondere aandacht voor cam-outs, die zich manifesteren als een plotselinge daling van de krachten. Wanneer hij een cam-out detecteert, verhoogt de robot de axiale kracht en gaat verder.
De robot presteerde goed. De resultaten van het robot losschroeven komen overeen met de resultaten van de menselijke experimenten en demonstreren de universaliteit van de voorwaarden voor het succesvol losschroeven, zeggen Mironov en co.
Deze onderzoekers maken deel uit van een team dat robots bouwt die elektronische apparaten, zoals smartphones, uit elkaar kunnen halen voor recycling. Het project heet RecyBot en het doel is om een supersnel intelligent robotsysteem te creëren voor het ontmantelen van elektronica.
Dat is een flinke uitdaging, en een van de grootste kopzorgen is het losschroeven. Dus het team heeft dit in ieder geval onder hun riem. Maar dezelfde technologie zou kunnen worden toegepast in een breed scala aan slimme fabrieken die componenten moeten monteren en demonteren.
Hoe dan ook, de eenvoudige schroef lijkt in de toekomst net zo'n belangrijke rol te spelen als in het verleden.
Referentie: arxiv.org/abs/1801.10386 : Haptiek van schroeven en losschroeven voor zijn toepassing in slimme fabrieken voor demontage