Industrirobotten som servomekanisme

Servoteknik til styring af industrirobotters bevægelser og kræfter, byder på mange tekniske og matematiske udfordringer, som skal løses før robotten kan leve op til en acceptabel performance. Nogle af de største problemer styreteknikeren møder når sådanne servostyringer skal konstrueres, springer i øjnene når man ser på den kinematiske opbygning af industrirobottens arm. Robotter indeholder servoakser som er indbyrdes koblede. Gængse robotarme er som bekendt opbygget som en mekanisme med en række stive elementer (eng. links), der er indbyrdes forbundet ved hjælp af bevægeled (eng. joints). Bevægeleddene er typisk enten roterende drejeled, eller lineære forskydningsled. Rotationen eller forskydningen mellem to bevægeled varetages af en servostyret motor. Selve robotarmen er forbundet til robottens base gennem et bevægeled (servoakse) som bærer hele armen - det vil sige alle armens elementer og servoakser. Vi har således en kæde af servoakser, hvor nogle servoakser bærer andre servoakser og elementer. De kræfter motorerne skal yde i disse bærende servoakser er derfor afhængige af inertikræfter, koblede reaktionskræfter og tyngdekraftens påvirkning på alle de led og elementer som bæres vi har således at gøre med koblede servoakser som ikke umiddelbart kan styres uafhængigt af hinanden. Robotter er ulineære. Styring af industrirobotters bevægelser drejer sig typisk om at styre positionen, hastigheden og orienteringen af robottens værktøj med en nøjagtighed og præcision dikteret af anvendelsen. Her møder vi en anden udfordring idet der er en stærkt ulineær sammenhæng mellem servoaksens bevægelser og den tilsvarende bevægelse af robottens værktøjsflange. Sammenhængen er ulineær da den kun kan beskrives matematisk ved brug af ulineære funktioner såsom sinus og cosinus mm. Sådanne ulineære og koblede servomekanismer kræver, ideelt set, moderne digitale computerstyringer, og der har da også gennem de sidste årtier været forsket en hel del i forskellige computerbaserede metoder og principper til styring af robottens koblede og ulineære natur. Af metoder kan blandt andet nævnes: Styringer baseret på Fuzzy Logic, neurale netværk, samt styringer baseret på en nøjagtig, eller tilnærmet, analytisk, dynamisk model af robotten. Tilsvarende har der været foreslået og afprøvet mange styretekniske principper for kraft og positionsstyring. Disse principper har enten har deres udspring i multivariable tilstandsstyringer eller i "Independent Joint Control". Af principper kan her f.eks. nævnes: Adaptiv styring, impedans styring, hybrid styring, Computed Torque, Resolved Motion Control, osv.