Force Control (Kontrola siły) – co to?

Force Control to funkcja sterowania, w której robot utrzymuje zadaną siłę lub moment nałożony na obiekt, zamiast (lub obok) klasycznego sterowania pozycją. W praktyce oznacza to pętlę sprzężenia zwrotnego, gdzie odczyty z czujnika siły–momentu (zwykle montowanego między nadgarstkiem a narzędziem) są na bieżąco porównywane z wartością referencyjną. Regulator modyfikuje prędkość i położenie osi tak, aby błąd siły dążył do zera, dzięki czemu manipulator potrafi „wyczuć” kontakt i reagować jak operator manualny, ale z dokładnością ≤ 1 N.

Jak działa system kontroli siły w robocie przemysłowym?

Sterownik robota uruchamia równolegle dwie pętle – pozycyjną i siłową. Do momentu kontaktu pracuje tradycyjna kinematyka odwrotna. Gdy czujnik zarejestruje siłę przekraczającą próg, regulator przełącza się w tryb impedancyjny lub admisyjny: prędkość końcówki jest regulowana tak, aby utrzymać stały nacisk, a ewentualne odchyłki kompensowane są w kilka milisekund. W zaawansowanych aplikacjach używa się sterowania 6D, gdzie wektor siły-momentu jest przekształcany przez macierz Jacoba, co pozwala równocześnie kontrolować docisk i moment skręcający – niezbędne np. przy wkręcaniu śrub z zadanym momentem.

Gdzie stosuje się Force Control w automatyce przemysłowej?

Technikę tę wykorzystuje się przede wszystkim tam, gdzie liczy się równomierny nacisk lub wyczuwanie punktu styku. W operacjach szlifowania, polerowania i gratowania robot utrzymuje stałą siłę, kompensując zużycie narzędzia i nierówności powierzchni. W montażu precyzyjnym (wtykanie pinów, osadzanie łożysk, składanie elektroniki) kontrola siły zapobiega uszkodzeniom delikatnych elementów i podnosi powtarzalność. W aplikacjach klejenia i uszczelniania pozwala zachować równą grubość warstwy, a w cobotach ułatwia bezpieczną współpracę z człowiekiem, ograniczając siłę kontaktu do wartości normatywnych ISO/TS 15066.

Najważniejsze wyzwania i dobre praktyki wdrożeniowe

Skuteczność zależy od odpowiedniego doboru czujnika – musi on pokrywać pełen zakres sił procesu, a jednocześnie mieć wysoką rozdzielczość przy niskich wartościach. Konieczna jest kalibracja w globalnym układzie robota oraz filtrowanie szumów poniżej 10 Hz, aby uniknąć niestabilności. W przypadku narzędzi obrotowych należy kompensować siły odśrodkowe, a w zrobotyzowanych celach polerskich – brać pod uwagę zużycie padów i zmiany temperatury. Dobrą praktyką jest implementacja ograniczników miękkich (virtual fixtures) oraz monitorowanie widma drgań, co umożliwia predykcyjną wymianę narzędzia i minimalizuje ryzyko uszkodzenia detalu.