İnsansı robotların ve bileşenlerinin test edilmesi
İnsansı robotlar giderek araştırma laboratuvarlarından çıkmakta ve endüstriyel, lojistik, hizmet odaklı ve gelecekte bakımla ilgili uygulamalar için geliştirilmektedir. Geleneksel endüstriyel robotların aksine, bu robotlar dinamik ortamlarda hareket eder, insanlarla etkileşime girer ve mekanik, elektronik, sensör teknolojisi, yazılım ve enerji sistemlerini son derece entegre bir bütün halinde birleştirir. Bu durum, değer zincirinin tamamı boyunca zorlu test görevlerinin ortaya çıkmasına neden olmaktadır.
Her bir montaj grubu, gerçek kullanım koşullarında güvenilir bir şekilde çalışmalıdır. Hareket, yük değişimi, çevresel etkenler ve olası düşmelerden kaynaklanan yükler, güvenlik, güvenilirlik ve hizmet ömrü açısından yüksek gereksinimler ortaya koymaktadır.
ZwickRoell, insansı robot sistemlerinin malzeme, bileşen ve işlev testlerinde üreticilere, tedarikçilere, araştırma kurumlarına ve geliştirme ekiplerine destek olmaktadır. Malzeme geliştirmeden kalite güvencesine kadar, uygulamaya, test görevine ve geliştirme aşamasına uygun test çözümleri ortaya çıkar.
Temel zorluklar Aktüatörler ve güç aktarım elemanları Gövde ve yapısal bileşenler Eller ve uç efektörler Sensör teknolojisi Veri ve enerji sistemleri Standartlar ve güvenlik Talep edin
Kısaca en önemli bilgiler
- İnsansı robotlar, robotik, otomotiv, elektronik, pil teknolojisi, hafif yapı, biyomekanik/ortopedi ve malzeme testi alanlarındaki test gereksinimlerini bir araya getirir.
- Kritik test gereklilikleri, aşınma, yük değişimleri, düşme ve çarpma olayları, titreşimler, çevresel etkenler ile insan ve robot arasındaki güvenlikle ilgili temaslardan kaynaklanmaktadır.
- Temel test alanları arasında aktüatörler, eklemler, güç aktarımı, yapısal bileşenler, uç efektörler, sensörler ile veri ve enerji sistemleri yer almaktadır.
- Kullanım ömrü, yorulma, malzeme, işlevsellik ve güvenlik testleri, olası arıza mekanizmalarının erken aşamada tespit edilmesine yardımcı olur.
- İnsansı robotik alanında şu anda yeni standartlar geliştirilmektedir. Aynı zamanda, mevcut robotik ve makine güvenliği standartları da önemli bir kılavuz işlevi görmektedir.
- ZwickRoell, araştırma ve geliştirmeden doğrulamaya ve üretimde kalite güvencesine kadar ürün yaşam döngüsünün tamamı boyunca test çalışmalarını desteklemektedir.
İnsansı robotlar neden test edilmelidir?
İnsansı robot sistemlerinin güvenli bir şekilde hareket etmesi, güvenilir bir şekilde çalışması ve uzun süreler boyunca tekrarlanabilir bir şekilde işlev görmesi beklenir. Aynı zamanda, yüksek mekanik, termal ve çevresel yükler altında kalmaktadırlar. Testler, gerçekçi kullanım koşulları altında malzeme davranışını, bileşen güvenilirliğini ve güvenlik gerekliliklerini doğrulamak için temel oluşturur.
Temel zorluklar:
- İnsan-robot etkileşim ortamında güvenlik: İnsansı robotlar, insanların çalıştığı, yaşadığı veya bakım gördüğü yerlerde giderek daha fazla kullanılmaktadır. Bu nedenle, kuvvetlerin, hareketlerin ve olası hata senaryolarının kontrolü daha da önem kazanmaktadır.
- Uzun çalışma süreleri boyunca güvenilirlik: Mafsal, dişli kutusu, sensörler ve aktüatörler sürekli çalışabilmeli ve milyonlarca yük değişimi sonrasında bile özelliklerini korumalıdır.
- Kullanım ömrü ve yorulma: Yürümek, taşımak, tutmak ve dengede durmak, malzeme yorgunluğuna ve aşınmaya neden olabilecek sürekli döngüsel yükler oluşturur.
- Düşme ve çarpma olayları: Sabit sistemlerin aksine, insansı robotlar düşme risklerine maruz kalır. Yapısal bileşenler ve bağlantı elemanları, bu tür yükleri taşıyabilecek kapasitede olmalıdır.
- Çevresel ve sıcaklık etkileri: Çevresel koşulların neden olduğu sıcaklık değişimleri ile aktüatörlerin ve elektronik bileşenlerin çalışma sırasında ısınması, malzemeleri, elektronik aksamı ve mekanik montaj gruplarını etkiler. Buna ek olarak, nem, toz, aşındırıcı maddeler veya radyasyon da işlevselliği, hizmet ömrünü ve güvenilirliği daha da olumsuz etkileyebilir.
- Eksik veya geliştirilmekte olan standartlar: İnsansı robotik alanındaki standardizasyon şu anda gelişme aşamasındadır. Üreticiler, şimdiden sağlam güvenlik ve dayanıklılık kanıtları sunmak zorundadır.
Aktüatörler ve güç aktarım elemanları
Aktüatörler ve güç aktarım elemanları, insansı robotların her hareketinin temelini oluşturur. Elektrik motorları, pnömatik silindirler, dişli kutuları, rulmanlar, mafsallar, yay-sönümleyici sistemleri ve yapısal bağlantı elemanları, elektrik enerjisini harekete dönüştürür ve sistem içinde kuvvetleri iletir. İşlevleri açısından, insan vücudundaki kaslar, tendonlar, bağlar ve iskeletin birbiriyle etkileşimine karşılık gelirler. Hassas hareketlere olanak sağlamalı, yüksek kuvvetleri iletmeli ve aynı zamanda milyonlarca yük döngüsü boyunca güvenilir bir şekilde çalışmalıdır. Bu bağlamda, hafif yapı, sınırlı montaj alanı, yüksek yükler ve sürekli olarak tekrarlanabilir işlevselliğin bir arada bulunması özellikle zorlayıcıdır.
Tipik zorluklar:
- Eklemler, yataklar ve dişli kutularında yüksek çevrimsel yükler
- Sürekli hareket ve yük değişimleri nedeniyle oluşan aşınma
- Yüksek kuvvetler ve torklar ile birlikte dar kurulum alanı ve düşük ağırlık
- Sıcaklıktan kaynaklanan tahrik sistemleri, yataklar ve yapısal bileşenler üzerindeki yükler
- Hassas uç efektörlerden yüksek yük altındaki kalça ve diz eklemlerine kadar değişen gereksinimler
- Hafif yapı malzemeleri ve bağlantı elemanlarının uzun ömürlülüğü
Tipik test görevleri
ZwickRoell, malzeme, aşınma, yorulma ve hizmet ömrü testleri ile aktüatör ve güç aktarım bileşenlerinin geliştirilmesini ve doğrulanmasını destekler. Bu sayede kritik yükler erken aşamada değerlendirilebilir ve geliştirme, doğrulama ve sonraki seri üretim uygulamaları için güvenilir kanıtlar elde edilebilir:
- Termal yük altında ve kullanılan malzemelerin farklı genleşme katsayıları koşullarında bileşenlerin değerlendirilmesine yönelik sıcaklık ve çevre testleri.
- Halatların ve güç aktarım elemanlarının maksimum kuvvet, aşınma ve yıpranma açısından test edilmesi.
- Aşınma, hizmet ömrü ve döngüsel yük altında davranışın incelenmesine yönelik rulman, mafsal ve dişli kutusu testleri.
- İnsansı robot sistemleri için temel oluşturan biyomekanik test konseptleri
- Dayanıklılık ve hizmet ömrüne odaklanılarak, ellerdeki ve uç efektörlerdeki yüksek hassasiyetli tahrik sistemlerinden, yüksek yüke maruz kalan kalça ve diz eklemlerine kadar uzanan aktüatör testleri.
- Kuvvet ve mesafe davranışını ve yorulma dayanımını değerlendirmek için yapılan yay testleri.
- Yüksek yük altındaki tahrik ve yapısal bileşenlerde kullanılan malzemelerin malzeme testi:
- Taşıyıcı yapı ve gövde için alüminyum alaşımları
- Yüksek yük değişimlerine maruz kalan bileşenler için titanyum alaşımları; örneğin kalça blokları veya eklem aksları
- Mili, cıvata ve aşınmaya maruz kalan bileşenler için paslanmaz çelik
- Hafif ve rijit yapı ve tutucu elemanlar için PEEK ve CFK malzemeleri
- Hareketli temas çiftlerinde sürtünme ve aşınmayı en aza indirgemek için PTFE kayma katmanları, katı yağlayıcılar ve DLC kaplamaları gibi yüzey ve aşınma koruma sistemleri.
- Gelecekteki aktüatör konseptleri için şekil hafızalı alaşımlar
Halat çekme testleri
Çekme mukavemeti ve malzeme özellikleri
Termal yük altında test
Biyomekanikten insan benzeri robotik alanına aktarılan, kendini kanıtlamış test yöntemlerine ilişkin örnekler
4-Nokta-Eğme testi
Sürtünme ve Aşınma Testleri
Gövde ve yapısal bileşenler
Gövde ve yapısal bileşenler, insansı robotların iç sistemlerini korurken aynı zamanda bu robotların taşıyıcı yapısını oluşturur. Alüminyum, çelik veya fiber kompozit malzemelerden üretilen çerçeveler, mümkün olduğunca düşük ağırlıkta yüksek sertlik sağlamalıdır. Buna ek olarak, örneğin cilde benzer yüzeyler, tekstil dış kaplamalar veya zorlu ortamlar için koruyucu katmanlar gibi, insanlarla etkileşime yönelik gereksinimler de söz konusudur.
Tipik zorluklar:
- Mümkün olduğunca düşük ağırlıkta yüksek sertlik ve yük taşıma kapasitesi
- Sıcaklık, nem, kimyasallar ve diğer çevresel etkenlere karşı koruma
- Kaplamaların, dış kabukların ve koruyucu malzemelerin uzun süreli dayanıklılığı
- Uygun yüzey ve yumuşak kaplama malzemeleriyle güvenli insan-robot etkileşimi
Tipik test görevleri
ZwickRoell, malzeme, kaplama, hafif yapı, çarpışma ve işlev testleri yoluyla gövde ve yapısal bileşenlerin geliştirilmesini ve doğrulanmasını desteklemektedir. Testler, gerçekçi kullanım koşulları altında yapısal bileşenlerin, yüzeylerin ve koruyucu malzemelerin dayanıklılığını kanıtlamaya yardımcı olur:
- Kaplamaların ve yüzeylerin yapışma ve dayanıklılık açısından test edilmesi; örneğin 90°/180° soyma testleri veya Z yönlü testler yoluyla.
- Tekstil dış kaplamaların ve koruyucu malzemelerin aşınma direnci, mukavemet ve uzama özelliklerinin test edilmesi. Bunlar arasında hem tekstil kaplamalar hem de özel kullanım ortamları için fonksiyonel malzemeler yer almaktadır.
- Mekanik yük altında hafif yapı konseptlerinin değerlendirilmesi amacıyla fiber kompozit yapısal elemanların test edilmesi.
- Parça ve yüzeyler için hammadde olarak plastiklerin erime indisi testleri yoluyla karakterizasyonu
- Yapısal ve gövde bileşenleri için metalik malzemelerin karakterizasyonu; örneğin mukavemet, deformasyon davranışı veya işlenebilirlik özellikleri açısından.
- Düşme veya çarpışma olaylarını simüle etmek ve olası arıza mekanizmalarını incelemek amacıyla yapılan çarpışma ve darbe testleri.
- Silikon veya TPU gibi yumuşak malzemelerin, insan-robot etkileşiminin doğrudan gerçekleştiği uygulamalar için test edilmesi.
Kauçuk parçalarda Shore sertlik test
Çekme ve yırtılma testleri
90°/180° soyulma testleri ve Z yönü testleri
Kollar ve uç efektörler
Eller ve uç efektörler, insansı robotların çevreleriyle etkileşime girmesini sağlar. Nesneleri güvenli bir şekilde kavramalı, kuvvetleri hassas bir şekilde ayarlamalı ve aynı zamanda hem hassas hem de ağır nesneleri idare edebilmelisiniz. Bu süreçte, yüksek hassasiyet, tekrarlanabilirlik ve yorulma dayanıklılığı gereklilikleri, genellikle sınırlı bir montaj alanı ile karşı karşıya kalmaktadır.
Tipik zorluklar:
- Dar kurulum alanlarında hassas güç aktarımı ve hareket kontrolü
- Çeşitli nesnelerin güvenilir bir şekilde kavranması
- Sürekli kullanımda yüksek tekrarlama hassasiyeti
- Sürekli hareket ve yük çevrimlerinden kaynaklanan aşınma
Tipik test görevleri
ZwickRoell, kuvvet, işlev ve ömür testleri ile el ve uç efektörlerin geliştirilmesini ve doğrulanmasını desteklemektedir. Bu sayede kavrama işlevleri tekrarlanabilir bir şekilde değerlendirilebilir ve kritik yükler geliştirme aşamasında tespit edilebilir:
- Farklı nesneleri kavrarken güvenli kullanım ve kuvvet aktarımını değerlendirmek amacıyla yapılan kavrama kuvveti ölçümleri.
- Tek tek kavrama ve manipülasyon hareketlerinin yanı sıra hassas aktüatörlerin yük taşıma kapasitesinin analizine yönelik parmak kuvveti ölçümleri.
- Çevrimsel yük altında aşınma, tekrarlama doğruluğu ve yorulma dayanıklılığının değerlendirilmesi amacıyla eller ve uç efektörler üzerinde yapılan işlevsellik ve hizmet ömrü testleri. Bu testler, özellikle uzun süreler boyunca tekrarlanan kavrama ve manipülasyon işlemlerinin gerçekleştirildiği uygulamalar için önem kazanmaktadır.
Sensör teknolojisi
Sensörler, insansı robotların çevrelerini algılamalarını ve insanlarla nesnelerle güvenli bir şekilde etkileşime girmelerini sağlar. Bu uygulamalarda, diğerlerinin yanı sıra kuvvet ve basınç sensörleri ile doğrudan bileşenlere veya yüzeylere entegre edilmiş sensör sistemleri kullanılmaktadır.
Tipik zorluklar:
- Kuvvetlerin ve basınç yüklerinin güvenilir ölçümü
- Mekanik yük altında entegre sensörlerin uzun süreli çalışması
- Sensörlerin bileşenlere ve yüzeylere sağlam bir şekilde yapışması
Tipik test görevleri
- Ölçüm doğruluğu ve dayanıklılığını değerlendirmek amacıyla dokunsal kuvvet ve basınç sensörlerinin test edilmesi.
- El veya diğer bileşenlerdeki sensör kaplamaları gibi entegre sensör sistemlerinin yapışma, soyulma davranışı ve dayanıklılık açısından test edilmesi.
Veri ve enerji sistemleri
Veri ve enerji sistemleri, insansı robotlara enerji sağlar ve sensörler, kontrol sistemi ile aktüatörler arasındaki iletişimi mümkün kılar. Pil sistemlerinin yanı sıra, özellikle kablolar, konektörler ve elektronik devre kartları, mekanik yüklere uzun süre dayanabilmelidir.
Tipik zorluklar:
- Tüm kullanım ömrü boyunca güvenilir enerji tedariki
- Sürekli hareket nedeniyle kablolara ve konektörlere binen mekanik yükler
- Elektronik bileşenlerin ve bağlantıların yorulma dayanımı
Tipik test görevleri
- Batarya sistemlerinin malzeme özelliklerini, mekanik dayanıklılığını ve güvenilirliğini değerlendirmek amacıyla yapılan batarya testleri.
- Elektrik ve fiber optik kabloların maksimum mukavemet, eğme ve burulma yükleri açısından test edilmesi.
- Bağlantı elemanlarının tutma ve çekme kuvvetlerinin belirlenmesi amacıyla test edilmesi.
- Elektronik devre kartlarının (PCB) eğme gerilimi, soyulma davranışı ve yapıştırma bağlantıları açısından test edilmesi.
Üreticilere, tedarikçilere, araştırma kurumlarına ve geliştirme ekiplerine kritik yükleri belirlemeleri, uygun test yöntemlerini seçmeleri ve tekrarlanabilir test süreçleri oluşturmaları konusunda destek oluyoruz.
İnsansı robotunuzun hangi bileşenleri test edilmelidir?
İnsansı robot sistemleri için malzeme testi, uzun ömür araştırmaları, bileşen doğrulama ve güvenlikle ilgili belgelendirme konularında uzmanlarımızla görüşün.
Bağlayıcı olmayan danışmanlık talebinde bulunun
İnsansı robot sistemleri için güvenlik ve standartlar
İnsansı robotik alanındaki gelişmeler, şu anda standartlaştırma sürecinden daha hızlı ilerlemektedir. Bu nedenle, birçok üretici şimdiden robotik ve makine güvenliği alanındaki mevcut düzenlemeleri esas almaktadır. Aynı zamanda, insansı robot sistemleri için özel bir güvenlik standardı olan ISO 25875 de geliştirme aşamasındadır.
İlgili kılavuz ilkeler arasında şunlar yer almaktadır:
- İnsanların yakın çevresinde kullanılan hizmet robotları için ISO 13482
- Endüstriyel robot sistemleri için ISO 10218
- Risk değerlendirmesi ve risk azaltımı için ISO 12100
- Güvenlik odaklı kontrol sistemlerinin işlevsel güvenliği için IEC 62061
- Mobil robot sistemleri için ANSI RIA R15.08
- Dinamik olarak kararlı mobil robotlar (geliştirme aşamasında) ISO/CD 25785-1
Bu düzenlemelerin ortak noktası, dayanıklılık, aşınma davranışı, malzeme mukavemeti, çevresel dayanıklılık ve tüm yaşam döngüsü boyunca güvenli işlevselliğin kanıtlanmasına odaklanmalarıdır. Bu nedenle, malzeme testleri, işlev testleri ve ömür testleri, geliştirme sürecinin erken aşamalarında bile önem kazanmaktadır.
