Direct Torque Control w robotach Universal Robots – precyzyjne sterowanie momentem w przegubach

Direct Torque Control w cobotach Universal Robots – sterowanie momentem w przegubach

Direct Torque Control (DTC) to niskopoziomowy interfejs robotów Universal Robots, który umożliwia zadawanie momentu bezpośrednio w przegubach ramienia, wykraczając poza standardowe programowanie pozycji i trajektorii. Funkcja ta odpowiada na potrzeby aplikacji wymagających świadomej reakcji robota na kontakt z otoczeniem – obszaru, w którym klasyczne metody programowania w środowisku PolyScope okazują się niewystarczające.

Na czym polega działanie interfejsu

Standardowe programowanie cobotów Universal Robots opiera się na definiowaniu pozycji, trajektorii i gotowych funkcji ruchu w środowisku PolyScope. Podejście to sprawdza się doskonale przy paletyzacji, obsłudze maszyn, operacjach pick and place czy prostym montażu. Jednak tam, gdzie robot musi reagować na opór lub kontakt – przy montażu z małymi tolerancjami, wciskaniu, pasowaniu, wkręcaniu czy prowadzeniu narzędzia po powierzchni – klasyczne sterowanie pozycją przestaje być wystarczające.

Direct Torque Control rozwiązuje ten problem, dając dostęp do sterowania momentem na poziomie każdej z sześciu osi robota. W URScript funkcja wywoływana jest komendą direct_torque(torques, friction_comp=True), gdzie parametr torques przyjmuje sześć wartości momentu w niutonometrach, przypisanych kolejnym przegubom. Kontroler robota automatycznie kompensuje zarówno tarcie w napędach (parametr friction_comp=True), jak i grawitację, dzięki czemu użytkownik przekazuje wyłącznie momenty wynikające z własnego algorytmu sterowania – bez konieczności samodzielnego modelowania tych składowych.

Dzięki DTC robot może ograniczać generowaną siłę, kompensować niewielkie odchyłki w położeniu detalu oraz utrzymywać różną sztywność w zależności od kierunku ruchu, co czyni jego zachowanie bardziej podatnym i adaptacyjnym.

Dane dynamiczne i zastosowania badawcze

Sterowanie momentem osiąga pełnię możliwości w połączeniu z danymi dynamicznymi robota. Interfejs umożliwia dostęp do macierzy mas, efektów Coriolisa i sił odśrodkowych, przyspieszeń przegubów, jakobianu oraz jego pochodnej czasowej. Pozwala to regulatorowi uwzględniać rzeczywiste zachowanie fizycznego ramienia, a nie jedynie zadane pozycje i prędkości.

Ma to szczególne znaczenie w podejściu sim-to-real, gdzie algorytm opracowany w środowisku symulacyjnym musi zostać przeniesiony na rzeczywiste stanowisko bez utraty jego właściwości. Poza tym DTC znajduje zastosowanie w sterowaniu siłowym i impedancyjnym, robotyce badawczej, uczeniu maszynowym ze wzmocnieniem (reinforcement learning) oraz w projektach z obszaru Physical AI i badań nad interakcją człowiek-robot.

Wymagania kompatybilności i architektura pętli sterowania

Direct Torque Control działa z rodzinami robotów Universal Robots e-Series oraz UR Series. Wymagana jest wersja oprogramowania PolyScope X 10.10+ lub PolyScope 5.23+. Interfejs pracuje z częstotliwością 500 Hz, co oznacza budżet 2 ms na jeden krok pętli sterowania. Komenda direct_torque() musi być wywoływana cyklicznie w każdym kroku – jeśli pętla nie zmieści się w wyznaczonym cyklu, moment przestaje być zadawany w sposób przewidywalny, a zachowanie robota w kontakcie staje się niestabilne.

W praktyce wymaga to podziału architektury: szybka pętla sterowania momentem realizowana jest po stronie URScript, blisko kontrolera, natomiast wartości zadane lub parametry przesyłane są z zewnątrz przez RTDE, sockety albo ROS2. Wolniejszy transport danych zewnętrznych nie blokuje wówczas krytycznej pętli momentu.

Dla kogo przeznaczone jest to rozwiązanie

Direct Torque Control jest narzędziem dla działów R&D, uczelni, laboratoriów robotyki, integratorów oraz firm rozwijających aplikacje wymagające własnych regulatorów, pracy w kontakcie lub testowania niestandardowych algorytmów sterowania. W typowych wdrożeniach produkcyjnych standardowe funkcje PolyScope pozostają optymalnym wyborem – DTC jest przeznaczony do projektów, w których niezbędna jest głębsza kontrola nad dynamiką ramienia.

Ocenę zasadności wdrożenia DTC w konkretnym procesie produkcyjnym, a także wsparcie techniczne w tym zakresie, oferuje Elmark Automatyka – dystrybutor robotów Universal Robots na rynku polskim.

Podsumowanie

Direct Torque Control rozszerza możliwości cobotów Universal Robots o sterowanie momentem na poziomie przegubów, umożliwiając budowanie adaptacyjnych i podatnych zachowań robota w kontakcie z otoczeniem. Funkcja wymaga oprogramowania PolyScope w odpowiedniej wersji, pracy z częstotliwością 500 Hz oraz świadomego projektowania architektury pętli sterowania. Jej głównym obszarem zastosowań są montaż precyzyjny, sterowanie siłowe, projekty badawcze oraz rozwój rozwiązań opartych na sztucznej inteligencji.

Źródło: Elmark Automatyka