Merhaba arkadaşlar, eğer insansı robotların neden insanlar için yapılmış alanlarda tökezleyen hantal, garip makineler gibi hissetmediklerini merak ettiyseniz, haydi bu pürüzsüz hareketin en isimsiz kahramanlarından birini, yani eklem parçalarını açıklayalım. İnsansı robot eklem bileşenleri tedarikçisi olarak, her gün yüksek teknolojili servolara veya gösterişli yapay zeka beyinlerine odaklanan ve her şeyin insanlarla (karşı değil) birlikte çalışmasını sağlayan küçük, ergonomik parçalar üzerinde uyuyan robot üreticileriyle, amatörlerle ve mühendislerle konuşuyorum. Bu eklemlerin bir robotun kullanılabilirliğini, güvenliğini ve genel havasını nasıl şekillendirdiğinin en ince ayrıntılarına inelim; sıkıcı ders kitabı jargonu olmayacağına söz veriyoruz.
Öncelikle robot bağlantılarının “ergonomik yönleri” nelerdir? Bir insansı için bu, her bir eklemin (omuzlar, dirsekler, bilekler, kalçalar, dizler, ayak bilekleri) insan vücudunun hareket şeklini taklit etmesi ve aynı zamanda etkileşime girmenin güvenli olması gerektiği anlamına gelir. Bir düşünün: Bir robotun dirsek eklemi tuhaf açılarla dışarı çıkıyorsa veya bir çocuğun çizimini çizecek kadar keskinse, bu bir sorundur. Birisi yardım için ona yaslandığında diz eklemi aniden kilitlenirse bu bir tehlikedir. Buradaki ergonomi, robotun yalnızca insan "görünümü" sağlamasıyla ilgili değil; insanların alanlarına karşı değil, onlarla birlikte çalışan parçalar tasarlamakla da ilgili.
Hareket aralığıyla başlayalım çünkü bu ilk ergonomik kontroldür. İnsanların her eklem için belirli bir hareket aralığı vardır: omuzlarımız 360 derece döner (yani neredeyse), dirseklerimiz 180 derece bükülür, dizlerimiz yalnızca bir yöne bükülür, değil mi? İnsansı robot eklemlerinin buna uyması gerekir ancak aşırıya kaçmamak gerekir; çok fazla menzil söz konusu olduğunda sallantılı, dengesiz hareketler elde edersiniz. Yaşlı bakımı için bir robot yapan bir müşterim bana, orijinal diz eklemlerinin yalnızca 90 derece büküldüğünü ve onu oturan bir kıdemli ile aynı yükseklikte diz çökmeye programlamaya çalıştıklarında bunu başaramadığını söyledi. Doğru bağlantı tasarımının devreye girdiği yer burasıdır. Biz sadece hazır parçaları satmıyoruz; Robotun aşırıya kaçmaması veya düşük performans göstermemesi için menzil sınırlarını ayarlamak için inşaatçılarla birlikte çalışıyoruz. Örneğin, omuz eklemlerimizde, insan benzeri bir maksimuma ulaşmadan önce dönüşü durduran yerleşik tork sınırlayıcılar bulunur; bu, hem eklemin hasar görmesini hem de yakındaki insanlara kazara çarpmayı önler.
Sırada kuvvet hassasiyeti var; bu, robotlar insanların etrafındayken ergonominin temelini oluşturan güvenlik açısından çok önemli. Bir insanın cildi baskıyı hissedebilir, dolayısıyla vücudumuz bir bardağa dokunduğumuzda veya birine sarıldığımızda ne kadar güç kullandığımızı otomatik olarak ayarlar. Robotların da aynı duyuya ihtiyacı var ama eklemlerinin bunu sert değil yumuşak bir harekete dönüştürmesi gerekiyor. Diyelim ki bir insansı bir çocuğa kitap uzatıyor: Dirsek ekleminde kuvvet sensörleri yoksa kitabı çok sıkıştırabilir veya kolunu bir lambayı devirecek kadar hızlı sallayabilir. Eklem parçalarımız, düşük profilli tork ve kuvvet sensörlerini doğrudan eklem eksenine entegre eder, böylece robot, hareketini gerçek zamanlı olarak ayarlayabilir. Bunun karşılığını, çocukların onları alıp kodlama egzersizleri için kollarını hareket ettirdiği eğitim amaçlı küçük insansı robotlarda gördük; eklem, insan dokunuşunu hissettiğinde hareket etmeyi bıraktığı için hiç kimse yaralanmadı.
Bir de eklemin fiziksel uyumu var, çünkü gerçekçi olalım; hiç kimse bir insanın iki katı kadar yer kaplayan hantal bir robot istemez. Burada ergonomi, insansı bir kişinin çerçevesine sığacak şekilde kompakt, aerodinamik eklemler anlamına gelir; böylece insansı bir insan gibi kapı aralıklarında hareket edebilir, bir kanepede oturabilir veya bir rafa ulaşabilir. Bunun büyük bir kısmı kullandığımız malzemelerdir. Durun, "malzemeler mi? Bu ergonomi değil robotikle ilgili bir şey" diye düşünüyor olabilirsiniz ama beni dinleyin. Bir eklem ucuz, ağır metalden yapılmışsa, bu durum robotun tamamının üst kısmının ağırlaşmasına neden olur, bu da dengeyi bozar ve hareket etmesini zorlaştırır. Bu nedenle, kullanım durumlarına bağlı olarak doğru malzemeleri seçmek için inşaatçılarla birlikte çalışıyoruz. Örneğin, dar perakende alanlarında çalışması amaçlanan robotlar daha hafif, dayanıklı parçalardan yararlanır; hatta bağlantı düzeneklerimizi, güçten ödün vermeden tüm donanımın ince kalmasını sağlayan CNC Makine Robot Kolu bağlantıları gibi hafif yapısal parçalarla eşleştirmenizi öneririz. Lojistik için daha ağır eşyaları kaldırması gereken (ancak yine de depo çalışanlarının yanında çalışan) robotlar için yüksek torklu çelik alaşımlı bağlantılar kullanıyoruz, ancak bunları kenarları yumuşatmak için Plastik Robot Kabuğu gibi daha hafif, esnek kapaklarla eşleştiriyoruz. Bahsi geçmişken, bu kapaklar sadece görünüş için değildir; birleşim yerlerindeki yuvarlak, keskin olmayan kenarlar, kazara kesilme riskinin daha az olduğu anlamına gelir, bu da tamamen ergonomik bir tasarımdır.
Ayrıca hem inşaatçılar hem de son kullanıcılar için büyük bir ergonomik kazanım olan modülerlik hakkında da konuşmak istiyorum. Nasıl? Bir eklem kırılırsa robotun tamamını değiştirmenize gerek yoktur; yalnızca hatalı parçayı değiştirirsiniz. Bu sadece onarımlar için uygun değildir; inşaatçıların robotun tasarımını ilerledikçe ayarlamalarına olanak tanır. Örneğin, bir üniversite robot ekibi temel bir diz eklemiyle başlayabilir, daha sonra bunu koşu için geliştirebilir (tüm bacak düzeneğini yeniden inşa etmeden daha yüksek torklu modüler diz eklemimizi değiştirebilirler). Modülerlik aynı zamanda robotun hareketlerinin kalibre edilmesini de kolaylaştırır, bu da her eklemin gerçek bir insan gibi senkronize çalışmasını sağlar. Modüler bağlantılarımız standart Robot Aksesuarları hub'larına takıldığı için ekiplerin testlerde aylarca zaman tasarrufu sağladığını gördük, böylece her şeyi sıfırdan kablolamak zorunda kalmıyorlar.
Durun, gördüğüm yaygın hatalar konusunda gerçekçi olalım. Pek çok yeni robot üreticisi, eklemin tüm insansı sistemle nasıl etkileşime girdiğini düşünmeden, maksimum tork, hız, fiyat gibi özelliklere odaklanıyor. Örneğin, ağır kaldırmaya uygun bir eklem o kadar titreyebilir ki robotun (navigasyon sensörleri olan) kafası titreyebilir, bu da robotun bir insan yüzünü tanımasını veya bir odada gezinmesini zorlaştırabilir. Bu ergonomik bir başarısızlıktır çünkü robotun hareketleri güçlü olsa bile çevresiyle sorunsuz bir şekilde etkileşime giremez. Eklemlerimiz, titreşim sönümleyici özelliği yerleşik olarak tasarlanmıştır, böylece robotun diğer sistemlerini bozmazlar. Başka bir hata mı? Ağırlık dağılımını göz ardı etmek. Bir robotun kalça eklemleri çok ağırsa, ayakta durmak için ekstra çaba sarf etmesi gerekir, bu da pil ömrünü tüketir ve yavaş hareket etmesine neden olur. İnşaatçıların tüm vücut boyunca eklemlerin ağırlığını dengelemelerine yardımcı oluyoruz, böylece her bir parça diğerlerine karşı değil, diğerleriyle birlikte çalışır.
Yaşlılar veya çocuklar gibi savunmasız insanlarla etkileşime giren robotlar için ekstra bir ergonomi katmanı daha var: erişilebilirlik. Tekerlekli sandalye kullanan birinin kol dayama yerlerine erişmesine, alçak bir masadan atıştırmalıklar almasına ve sınırlı hareket kabiliyetine sahip birinin yetişebilmesi için yeterince yavaş hareket etmesine yardımcı olmak üzere tasarlanmış bir insansı robot. Bu, eklemlerin çok hızlı hareket edemeyeceği, hassas olması ve onları çok uzun veya kısa yapmayan bir çerçeveye sığması gerektiği anlamına gelir. Özel bağlantı setlerimiz inşaatçıların hareket aralığını ve hız ayarlarını ayarlamasına olanak tanır, böylece robotu belirli kullanım durumlarına göre uyarlayabilirler. Demanslı yaşlı yetişkinler için yardımcı bir robot yapan küçük bir ekiple çalıştık; bilek eklemini, bir hapı verirken yavaş ve nazikçe hareket edecek şekilde ve dirsek eklemini, zayıf bir kavrama algıladığında hareket etmeyi durduracak şekilde ayarladılar, bu da yaşlıların bir şeyleri düşürmesini engelliyor.
Şimdi yine malzemelerden bahsedelim çünkü bu her şeyle bağlantılı. Tüm bağlantılar için yalnızca tek bir malzeme kullanmıyoruz; onu işe uygun hale getiriyoruz. Örneğin, çok hareket eden ve strese maruz kalan omuz bağlantılarının dayanıklı olması gerekir, bu nedenle yüksek kaliteli alaşımlı çelik kullanıyoruz. Yürürken darbe alan alt bacaklardaki eklemler için, kuvvete karşı koyarken ağırlığı düşük tutmak amacıyla alüminyum ve hafif kompozit malzemelerin bir karışımını kullanıyoruz. Eklemlerimizi tamamlayan yapısal destekler için inşaatçıları her zaman Alüminyum Robot Şasi ve Paslanmaz Çelik Metal Robot Parçaları sayfalarımıza yönlendiririz; örneğin, sağlam bir şasi ile eşleştirilmiş diz eklemi, tüm bacağın daha stabil olmasını sağlar, sallanma hareketi olmaz. Eklem kapakları gibi insanlarla temas eden dış parçalar için gıda açısından güvenli, tahriş etmeyen, cildi çizmeyen plastikler kullanıyoruz; bu, çocuklarla veya sağlık hizmeti ortamlarındaki insanlarla etkileşime giren robotlar için çok önemli.
Durun, her zaman karşılaştığım bir soruya değinelim: "Normal bir robot eklemi ile ergonomik insansı eklemi arasındaki fark nedir?" Fabrikalarda hız, hassasiyet ve ağır kaldırma için sıradan bir robot eklemi inşa edilmiştir; fabrikalarda güvenlik kafesleri olduğundan bir işçiye çarpmaları umurlarında değildir. İnsansı eklemler mi? Hassasiyeti güvenlikle, hareket aralığını stabiliteyle ve gücü ağırlıkla dengelemeleri gerekiyor. Bu nedenle bağlantının her parçası insan etkileşimi göz önünde bulundurularak tasarlanmalıdır. Eklemin ne kadar düzgün döndüğü (gürültünün olmaması, sarsıntılı hareketin olmaması) gibi küçük ayrıntılar bile robotun daha doğal, gerçek bir insan gibi hissetmesini sağlar. Kimse kırık bir oyuncak gibi hareket eden bir robotla el sıkışmak istemez; Ergonomik eklemler bu etkileşimin kesintisiz olmasını sağlar.
Pek çok robot üreticisinin teknolojiyi ileriye taşımaya odaklandığını biliyorum, ancak bazen en önemli yenilikler robotların yalnızca kendi başlarına değil, insanlar için de çalışmasını sağlayan yeniliklerdir. Bir dahaki sefere sezgisel hisseden, korkutucu ya da hantal olmayan insansı bir robot gördüğünüzde daha yakından bakın; eklemleri büyük ihtimalle bahsettiğim ergonomik ilkelere göre tasarlanmış. Bunlar sadece metal ve plastik parçalar değil; Bir robotun bir çocukla konuşmak için diz çökebilmesinin, bir bardağı dökmeden uzatabilmesinin veya bir lambayı devirmeden oturma odasında dolaşabilmesinin nedeni bunlardır.
İnsansı bir robot yapıyorsanız ve performans, güvenlik ve ergonomiyi dengeleyen ortak parçalara ihtiyacınız varsa projeniz hakkında konuşmak için bizimle iletişime geçin. İster standart modüler bağlantılara ister özel kullanım durumunuz için özel tasarlanmış bağlantılara ihtiyacınız olsun, doğru bileşenleri seçmenize yardımcı olabiliriz. Hobi ekiplerinden endüstriyel ortaklara kadar herkesle çalışıyoruz, dolayısıyla hiçbir proje çok büyük veya çok küçük değil.
Referanslar
- Uluslararası Standardizasyon Örgütü (ISO). "Robotlar ve Robotik Cihazlar - İnsansı Robotlar için Güvenlik Gereksinimleri" ISO 13482:2014.
- Vukobratović, M. ve Potkonjak, V. "İnsansı Robotlar: Modelleme ve Kontrolün Temelleri" Springer, 2013.
- Ryu, J. ve Kim, W. "Güvenli İnsan-Robot Etkileşimi için Kuvvet Kontrolü: Bir İnceleme" IEEE Transactions on Robotics, cilt. 32, hayır. 3, 2016, s. 515-533.
- Zhang, L. ve diğerleri. "Evde Yardım Uygulamaları için İnsansı Robot Eklemlerinin Ergonomik Tasarımı" 2020 IEEE Uluslararası Robotik ve Otomasyon Konferansı (ICRA) Bildirileri, 2020, s. 5678-5684.
