“触觉”机器人开辟汽车试验新天地

概要：汽车功能部件的磨损疲劳试验是一个耗时费料、代价不菲的过程，更重要的是，必须获得如实可靠的试验报告。凭借新型F.R.I.T.S.系统（智能化机器人力控制试验系统），德国汽车试验公司ACTS的机器人试验系统不但提升了灵活性和性价比，测试能力更是令传统产品望尘莫及。

关键词：F.R.I.T.S.系统 工业机器人

ACTS 公司位于巴伐利亚省Sailauf 市，是全球最先进的汽车安全研发试验中心之一—Magna International 旗下的子公司。该公司以各种碰撞试验设备、碰撞模拟系统及测试头部冲击和系固牢度的部件试验站等设施为基础，开展名目繁多的汽车安全试验。

目标试验要求非常精确地掌握测试对象的相关数据及对象在实际情况下的受力情况。唯有如此才能建立正确的参数，开发出针对性的试验方案。

利用传统试验方法来满足上述技术要求是一项极其费时费力的工作，通常需要安装无数个气压缸、各种力度和距离测量系统及其它传感装置。而且每次有新试验任务，必须重新组装所有试验装置。随着试验装置的复杂度日益提高，系统故障的机率也是不断增加。针对这一问题，ACTS 公司专家着手研制复杂度较低的试验系统，尝试采用融合机器人技术的试验方法，最后终于成功开发出F.R.I.T.S. 系统。该系统利用机器人创造出近似人类实际使用情况的试验条件，从而进行相应地汽车部件测试。

F.R.I.T.S. 提高了各类车用系统的测试效率，最重要的是，更加真实地反映了其耐久和耐磨损特性。F.R.I.T.S. 系统的核心是具有力控制（FC）机加工功能的IRB 6600 工业机器人，由ABB 机器人业务部提供。FC 是ABB公司专为机器人零件机加工开发的创新系统，由智能软件和高敏传感器组成，亮点之一是简化了机器人的人工示教模式。该系统摒弃了复杂的编程工作，只需操作员引导机器人手臂沿工件上的近似位置走一遍加工路线，不必考虑数毫米上下的精度误差。机器人在后续自适应调试过程中对工件的实际轮廓线进行探测，独立采集路径数据。人工编程一般需要花费数小时乃至数天，而机器人仅需几分钟即可完成此项工作。ACTS 公司工程师看准了FC 技术的发展潜力，已对其进行了改良，使之完全符合汽车试验的特定要求。

在试验中，机器人能引导假人沿预定路径运行，当力测量装置测得的阻力达到规定值时，即停止。通过比较目标力值与实际力值，机器人可判断是否沿预定路径提供了必要的力。在达到规定力值之前，机器人保持运行状态；一旦达到，机器人即根据应用程序的设置或停止运行，或改变动作。机器人的这种“学习过程”是此项全新控制技术的核心部分。ACTS 公司服务业产品线试验经理Alexander Martellucci 指出：“这是‘正宗’力控制技术与机器人柔性的完美结合。ABB 的力控制功能是独一无二的，它帮助我们实现了最复杂的试验过程。”

IRB 6600利用力控制技术测试汽车座椅举例说明，比如多次反复按一个装置的按钮开关，其弹簧会渐渐变松，也就是说，每次按下去的距离都要略微变长。在这种情况下，为达到触发开关的压力点，我们人类会不自觉地略微加重按压开关的力度。这种对情况变化的下意识反应，应归功于触觉与大脑的协调配合所形成的必要反馈。机械试验系统不具备这种自我调节机制，然而机器人却可以通过“学习”获得类似的能力，由此为汽车试验领域开辟了一片新天地。

该技术具体可应用于以下试验：杯托的施压关闭、CD/DVD 播放机的关闭、按钮开关、电子设备罩盖的开关、转向柱和方向盘的受力以及座椅试验。其中座椅试验在技术上最具挑战性。质量不佳的座椅会导致驾驶员紧张疲劳，构成安全隐患。不过在座椅试验中，疲劳测试不是针对人，而是针对座椅材料。

要模拟人类低身进入驾驶座这一举动，机器人必须执行一系列高度复杂的动作。为获得驾驶员落座时座椅受力的精确数据，试验人员先在座椅上安放一张压力分布测量垫，然后对试验对象实施落座试验。测得的路径与压力构成机器人试验程序的基础。在假人的帮助下，机器人能精确模拟人类落座时的动作和动态，整个过程依循的是力控制机制而非力引导机制。下面将这两种机制略作比较，即可看出显著区别。

在假人的帮助下，机器人能精确模拟人类落座时的动作首先看一下不配备力控制功能的传统试验机器人。这种机器人沿预定路径运动并测量受力情况。每一轮动作完成后机器人将对实测值与目标值作一比较，据以修正下一轮动作的路径。经过数轮调整可达到目标值。这就是所谓的力引导机制，其缺点是，仅当被试对象经过一个相对较完整的变化周期，机器人才能完成自我修正。如果受测部件因疲劳而发生渐变（如在落座试验中皮套的张力或弹性逐渐减弱），则试验过程中不精确的部分就会倍增。而F.R.I.T.S. 系统配备的机器人因采用力控制技术，可对被试对象的渐变作出实时反应，不仅加快了试验进程，还能得到更精确、更真切的试验结果。

力控制技术

“力控制机加工”技术在F.R.I.T.S. 系统中的创新应用并非其唯一用途。该技术还可广泛应用于各类机加工生产中，诸多优势不胜枚举：

● 优化加工，改善品质：严格控制磨削接触力，提升产品质量，长保优质生产；

● 缩短编程时间：利用机器人对加工表面的“触觉”，磨削工艺的编程时间缩短80% ；

● 加快生产节拍：机器人对加工表面缺陷具有高度适应能力，去毛刺速度加快20% ；

● 延长刀具寿命：有效防止刀具与工件间的碰撞，确保刀具只发生渐进性磨损，寿命延长最多20%。(end)