СИНТЕЗ НЕЧІТКОГО РЕГУЛЯТОРА ДЛЯ АДАПТИВНОЇ СИСТЕМИ БЕЗПЕКИ КОЛОБОРАТИВНОГО РОБОТА НА ОСНОВІ КОМП’ЮТЕРНОГО ЗОРУ

Анотація

Розглянуто актуальну науково-технічну проблему забезпечення функціональної безпеки в умовах тісної колаборації людини та робота на сучасних автоматизованих лініях. Дослідження проведено в контексті глобального переходу промисловості до парадигми Індустрії 5.0, що вимагає створення гнучких та людиноцентричних виробничих систем. Проаналізовано недоліки традиційних засобів захисту (фізичних бар’єрів, світлових завіс), головним з яких є жорстка бінарна логіка спрацювання. Вона ініціює повну аварійну зупинку обладнання за будь-якого порушення периметру, що призводить до розриву технологічних циклів, збільшення часу простоїв та прискореного механічного зносу приводів.

Як альтернативу запропоновано метод динамічного моніторингу швидкості та розділення на основі безконтактного технічного зору. Авторами розроблено трирівневу архітектуру інтелектуальної системи безпеки. На першому (сенсорному) рівні використовується нейромережевий фреймворк MediaPipe, який обробляє відеопотік у режимі реального часу та генерує просторові 3D-координати суглобів скелета оператора. На рівні обробки даних програмний модуль розраховує мінімальну дистанцію між людиною та небезпечними вузлами робота, а також диференціює її зміну для визначення кінематики руху.

Наукова новизна роботи полягає у синтезі нечіткого регулятора (Fuzzy Controller) типу Мамдані для адаптивного керування швидкістю маніпулятора, який, на відміну від наявних рішень, реалізує проактивну стратегію. Більшість відомих систем враховують виключно статичну відстань або навантаження на привід (реактивний підхід). Запропонована система використовує дві лінгвістичні змінні: «Відстань до оператора» та «Швидкість наближення». Це дозволяє контролеру діяти на випередження: система здатна заздалегідь сповільнювати робота, якщо людина наближається до зони з високим прискоренням. Такий підхід забезпечує ефективне та безпечне динамічне масштабування віртуальних робочих зон (зелена, жовта, червона).

Для верифікації розробленого алгоритму проведено математичне моделювання у середовищі MATLAB з використанням пакету Fuzzy Logic Toolbox. Застосування процедури дефазифікації методом центру ваги дозволило отримати гладку поверхню відгуку. Результати порівняльного аналізу підтверджують, що синтезований нечіткий регулятор гарантує безступінчасту, плавну зміну швидкості, повністю усуваючи ефект «брязкоту» керувального сигналу на межах віртуальних бар’єрів. Практичне значення роботи полягає у можливості інтеграції запропонованої архітектури у системи керування промисловими роботами для оптимізації балансу між продуктивністю та безпекою праці.