智能機(jī)器人用于汽車零部件的測驗(yàn)

　　ACTS公司位于巴伐利亞省Sailauf市，是全球最先進(jìn)的汽車安全研發(fā)試驗(yàn)中心之一—Magna International旗下的子公司。該公司以各種碰撞試驗(yàn)設(shè)備、碰撞模擬系統(tǒng)及測試頭部沖擊和系固牢度的部件試驗(yàn)站等設(shè)施為基礎(chǔ)，開展名目繁多的汽車安全試驗(yàn)。

　　目標(biāo)試驗(yàn)要求非常精確地掌握測試對象的相關(guān)數(shù)據(jù)及對象在實(shí)際情況下的受力情況。唯有如此才能建立正確的參數(shù)，開發(fā)出針對性的試驗(yàn)方案。

　　利用傳統(tǒng)試驗(yàn)方法來滿足上述技術(shù)要求是一項(xiàng)極其費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作，通常需要安裝無數(shù)個(gè)氣壓缸、各種力度和距離測量系統(tǒng)及其它傳感裝置。而且每次有新試驗(yàn)任務(wù)，必須重新組裝所有試驗(yàn)裝置。隨著試驗(yàn)裝置的復(fù)雜度日益提高，系統(tǒng)故障的機(jī)率也是不斷增加。針對這一問題，ACTS公司專家著手研制復(fù)雜度較低的試驗(yàn)系統(tǒng)，嘗試采用融合機(jī)器人技術(shù)的試驗(yàn)方法，最后終于成功開發(fā)出F.R.I.T.S.系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用機(jī)器人創(chuàng)造出近似人類實(shí)際使用情況的試驗(yàn)條件，從而進(jìn)行相應(yīng)地汽車部件測試。

　　F.R.I.T.S.提高了各類車用系統(tǒng)的測試效率，最重要的是，更加真實(shí)地反映了其耐久和耐磨損特性。F.R.I.T.S.系統(tǒng)的核心是具有力控制（FC）機(jī)加工功能的IRB 6600工業(yè)機(jī)器人，由ABB機(jī)器人業(yè)務(wù)部提供。FC ABB公司專為機(jī)器人零件機(jī)加工開發(fā)的創(chuàng)新系統(tǒng)，由智能軟件和高敏傳感器組成，亮點(diǎn)之一是簡化了機(jī)器人的人工示教模式。該系統(tǒng)摒棄了復(fù)雜的編程工作，只需操作員引導(dǎo)機(jī)器人手臂沿工件上的近似位置走一遍加工路線，不必考慮數(shù)毫米上下的精度誤差。機(jī)器人在后續(xù)自適應(yīng)調(diào)試過程中對工件的實(shí)際輪廓線進(jìn)行探測，獨(dú)立采集路徑數(shù)據(jù)。人工編程一般需要花費(fèi)數(shù)小時(shí)乃至數(shù)天，而機(jī)器人僅需幾分鐘即可完成此項(xiàng)工作。ACTS公司工程師看準(zhǔn)了FC技術(shù)的發(fā)展?jié)摿�，已對其進(jìn)行了改良，使之完全符合汽車試驗(yàn)的特定要求。

　　在試驗(yàn)中，機(jī)器人能引導(dǎo)假人沿預(yù)定路徑運(yùn)行，當(dāng)力測量裝置測得的阻力達(dá)到規(guī)定值時(shí)，即停止。通過比較目標(biāo)力值與實(shí)際力值，機(jī)器人可判斷是否沿預(yù)定路徑提供了必要的力。在達(dá)到規(guī)定力值之前，機(jī)器人保持運(yùn)行狀態(tài)；一旦達(dá)到，機(jī)器人即根據(jù)應(yīng)用程序的設(shè)置或停止運(yùn)行，或改變動作。機(jī)器人的這種“學(xué)習(xí)過程”是此項(xiàng)全新控制技術(shù)的核心部分。ACTS公司服務(wù)業(yè)產(chǎn)品線試驗(yàn)經(jīng)理Alexander Martellucci 指出：“這是‘正宗’力控制技術(shù)與機(jī)器人柔性的完美結(jié)合。ABB的力控制功能是獨(dú)一無二的，它幫助我們實(shí)現(xiàn)了最復(fù)雜的試驗(yàn)過程�！�
 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 IRB 6600利用力控制技術(shù)測試汽車座椅

　　舉例說明，比如多次反復(fù)按一個(gè)裝置的按鈕開關(guān)，其彈簧會漸漸變松，也就是說，每次按下去的距離都要略微變長。在這種情況下，為達(dá)到觸發(fā)開關(guān)的壓力點(diǎn)，我們?nèi)祟悤�不自覺地略微加重按壓開關(guān)的力度。這種對情況變化的下意識反應(yīng)，應(yīng)歸功于觸覺與大腦的協(xié)調(diào)配合所形成的必要反饋。機(jī)械試驗(yàn)系統(tǒng)不具備這種自我調(diào)節(jié)機(jī)制，然而機(jī)器人卻可以通過“學(xué)習(xí)”獲得類似的能力，由此為汽車試驗(yàn)領(lǐng)域開辟了一片新天地。

該技術(shù)具體可應(yīng)用于以下試驗(yàn)：杯托的施壓關(guān)閉、CD/DVD 播放機(jī)的關(guān)閉、按鈕開關(guān)、電子設(shè)備罩蓋的開關(guān)、轉(zhuǎn)向柱和方向盤的受力以及座椅試驗(yàn)。其中座椅試驗(yàn)在技術(shù)上最具挑戰(zhàn)性。質(zhì)量不佳的座椅會導(dǎo)致駕駛員緊張疲勞，構(gòu)成安全隱患。不過在座椅試驗(yàn)中，疲勞測試不是針對人，而是針對座椅材料。

　　要模擬人類低身進(jìn)入駕駛座這一舉動，機(jī)器人必須執(zhí)行一系列高度復(fù)雜的動作。為獲得駕駛員落座時(shí)座椅受力的精確數(shù)據(jù)，試驗(yàn)人員先在座椅上安放一張壓力分布測量墊，然后對試驗(yàn)對象實(shí)施落座試驗(yàn)。測得的路徑與壓力構(gòu)成機(jī)器人試驗(yàn)程序的基礎(chǔ)。在假人的幫助下，機(jī)器人能精確模擬人類落座時(shí)的動作和動態(tài)，整個(gè)過程依循的是力控制機(jī)制而非力引導(dǎo)機(jī)制。下面將這兩種機(jī)制略作比較，即可看出顯著區(qū)別。
 　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　在假人的幫助下，機(jī)器人能精確模擬人類落座時(shí)的動作

　　首先看一下不配備力控制功能的傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)器人。這種機(jī)器人沿預(yù)定路徑運(yùn)動并測量受力情況。每一輪動作完成后機(jī)器人將對實(shí)測值與目標(biāo)值作一比較，據(jù)以修正下一輪動作的路徑。經(jīng)過數(shù)輪調(diào)整可達(dá)到目標(biāo)值。這就是所謂的力引導(dǎo)機(jī)制，其缺點(diǎn)是，僅當(dāng)被試對象經(jīng)過一個(gè)相對較完整的變化周期，機(jī)器人才能完成自我修正。如果受測部件因疲勞而發(fā)生漸變（如在落座試驗(yàn)中皮套的張力或彈性逐漸減弱），則試驗(yàn)過程中不精確的部分就會倍增。而F.R.I.T.S. 系統(tǒng)配備的機(jī)器人因采用力控制技術(shù)，可對被試對象的漸變作出實(shí)時(shí)反應(yīng)，不僅加快了試驗(yàn)進(jìn)程，還能得到更精確、更真切的試驗(yàn)結(jié)果。

力控制技術(shù)

　　“力控制機(jī)加工”技術(shù)在F.R.I.T.S. 系統(tǒng)中的創(chuàng)新應(yīng)用并非其唯一用途。該技術(shù)還可廣泛應(yīng)用于各類機(jī)加工生產(chǎn)中，諸多優(yōu)勢不勝枚舉：
　　● 優(yōu)化加工，改善品質(zhì)：嚴(yán)格控制磨削接觸力，提升產(chǎn)品質(zhì)量，長保優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)；
　　● 縮短編程時(shí)間：利用機(jī)器人對加工表面的“觸覺”，磨削工藝的編程時(shí)間縮短80% ；
　　● 加快生產(chǎn)節(jié)拍：機(jī)器人對加工表面缺陷具有高度適應(yīng)能力，去毛刺速度加快20% ；
　　● 延長刀具壽命：有效防止刀具與工件間的碰撞，確保刀具只發(fā)生漸進(jìn)性磨損，壽命延長最多20%。