在過去的40年里秸妥，我們已經(jīng)見到工業(yè)機器人在大多數(shù)制造領(lǐng)域里從事那些勞動強度大或重復性高的工作方面勝過了人類焰宣。但在一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域——機械裝配，迄今為止谭溉，機器人的應(yīng)用技術(shù)仍落后于工業(yè)產(chǎn)業(yè)對它的期望墙懂。由于裝配工作要求快速、精密和可靠扮念，傳統(tǒng)的工業(yè)機器人似乎還不能完成某些裝配作業(yè)和熟練技術(shù)工人的工作损搬。    

        把一個燈泡旋入燈座這樣簡單的任務(wù)就可以說明為什么傳統(tǒng)的工業(yè)機器人干不了這件事。要施加一個大小正好合適的力柜与，在正好合適的時間把燈泡轉(zhuǎn)動一個正確的角度功跑，這是人類憑直覺來做的工作，一個依靠編程的機器人怎么能干得了這樣的活呢谤变？     
   
與旋燈泡的工作類似
       
        汽車動力總成的裝配是一種傳統(tǒng)的手工作業(yè)荞谬，需要有熟練技巧和有經(jīng)驗的工人來完成，因為離合器和液力變矩器等部件的齒輪和其他重要零件都必須在一個狹小的空間里以非常高的精確度進行對中适系，這樣單調(diào)的多次重復動作會使工人容易疲勞字拗，并會降低產(chǎn)品質(zhì)量，工作效率無疑也會受到影響高骑。如果機器人操作可以達到人工操作同樣水平蝠盘，這將使自動化在這個領(lǐng)域中的應(yīng)用前景非常廣闊。    為了讓機器人能夠模仿人類在裝配線上的工作辈殃，機器人需要有對力的感覺能力和順從性苔免。機器人必須有一種控制方法能夠?qū)α土剡M行控制，并能夠?qū)佑|的信息作出反應(yīng)揉贡。ABB新型機器人的力控制技術(shù)可以做到這一點膛姊。    
   
具有位控制功能的機器人所面臨的問題     
   
        如果一個具有位控制功能的機器人試圖把兩個齒輪對準，而它的控制程序?qū)X的位置卻沒有精確的信息拣挪，這時擦酌，機器人唯一的選擇只能是反復進行試對中和找錯，一直反復進行菠劝，直到找對了齒的相對位置為止赊舶。機器人試圖把兩個齒輪裝配起來，如果沒對準赶诊，就會使一個齒輪緊緊地壓住另一個齒輪笼平，并產(chǎn)生很大的接觸力。為了便于安裝，即使我們把齒輪的齒進行倒角處理寓调，但對不準仍然會產(chǎn)生很大的側(cè)向應(yīng)力锌唾，因為機器人總是盡量讓齒輪沿著預先制定的路線向被插入物的中心線移動。不僅如此夺英，這種做法有時甚至會使齒輪發(fā)生卡死現(xiàn)象晌涕，除非事先已采取了某些機械順從性措施。    
   
        RCC（遠程中心順從性）裝置就是為解決這一問題而開發(fā)的痛悯。安放一些抗剪彈性墊塊可以減小齒輪接觸時的接觸力余黎，并能使裝配機器人補償因振動或公差不合適而引起的定位誤差。當順從性中心接近接觸點時凄在，被插入的外凸形的零件因受到強大的接觸力而能自動對準凹形零件才擒，而這個接觸力是由于沒對準而產(chǎn)生的，所以舞懦，無論是零件還是工具善瞧，都不會受到損壞。     
   
        不幸的是联缝，像RCC裝置這樣有用的設(shè)備卻不能廣泛應(yīng)用于汽車廠里的所有裝配作業(yè)上赢瘦。這里有幾個原因：首先，裝配零件的幾何形狀很復雜而且差別很大苇葫，因而需要頻繁地從一個零件的專用裝置換成另一個零件的專用裝置汇泰；此外，由于這種裝置本身不能使零件彼此進行定位并產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動堰聪，因而裝配所需時間比較長柄立。所有這一切，使發(fā)生故障的風險都比較高缝帝。     

機器人向人類學習    
        面對復雜零件的裝配問題绊寻，人類的思維和行動的敏捷性是驚人的，我們可以在適當?shù)牡胤? 在零件發(fā)生卡死之前產(chǎn)生并施加一個插入力悬秉。人類能夠“本能地”學會最合理地使用順從性澄步，感受到力和力矩以及零件邊緣和邊界的接觸情況，并能盡快獲得所希望的結(jié)果和泌。人類區(qū)別于工業(yè)機器人的一個明顯的特點就是我們具有觸覺并能對它作出反應(yīng)村缸。因此，如果要求機器人模仿人類的行為武氓，他們也需要具有類似的觸覺能力和順從性梯皿，還要能夠用一種控制方法對力和力矩進行控制，并對接觸的信息作出反應(yīng)县恕。所有這些都需要對傳統(tǒng)機器人的定位控制技術(shù)及規(guī)范進行一次徹底的變革东羹。    
   
ABB的解決方案    
   
        ABB 一直都在不斷地研究和開發(fā)機器人應(yīng)用的新技術(shù)剂桥，有一部分研究活動是與大學進行合作的，其中一項是ABB的科學家和工程師同美國俄亥俄州的Case Western Reserve大學和瑞典的Lund大學的研究人員合作在ABB目前的S4Cp1us機器人控制器的基礎(chǔ)上共同開發(fā)一個新型的力量/位置混合平臺属提。與此同時权逗，這個研究組還開始同福特汽車公司開展合作研究，以便了解更多的有關(guān)應(yīng)用方面的特殊要求和知識冤议。目前驶滚，這個項目在以力控制為基礎(chǔ)的裝配應(yīng)用方面已經(jīng)形成了一個解決方案。    
   
        這項工作的最終成果是開發(fā)出一個總體解決方案北拔，它能使ABB的機器人既具有“感覺”又堅強有力，更為重要的是悦级，獲得這種新的感覺功能不會使機器人現(xiàn)有的能力或功能受到影響以搏，比如ABB機器人的能快速控制加速度的先進性、通信能力強和可靠性高等卓越的功能特點全都被保留了下來斑渠。 

        這項技術(shù)最初是在IRB4400 和 IRB6400機器人上進行試驗的钉拯，其有效負載范圍為30～200kg，用于裝配汽車動力總成的不同零件榕诬。這些工作是比較復雜的决榔，其中包括向前插入離合器的盤殼和F/N液力變矩器的裝配（見圖1）。所有試驗都一致證明了這兩款機器人在循環(huán)時間菜犀、可接受的插入力乡鼻、可靠性和便于編程等方面具有優(yōu)異的性能。

位和力的和諧控制    
   
        目前栽斑，機器人的快速運動已達到了人們可以接受的程度艇挨，但要保證接觸的穩(wěn)定性卻依然是一個問題。雖然人們已經(jīng)對很多有前途的智能控制方法進行過研究韭赘，但是, 采用慢慢地不斷施加力的方法來對位置進行控制缩滨，其效果與性能大多數(shù)還是不太好。     
   
        阻抗和導納的概念也有助于理解機器人的力控制（力和速度的關(guān)系非常重要泉瞻，阻抗被定義為力除以速度脉漏，而導納則是它的倒數(shù)。在力控制中袖牙，“導納”是作為在穩(wěn)定性和性能方面了解系統(tǒng)行為的一種方法）侧巨。沿著每個自由度，在兩個或更多的物理系統(tǒng)之間的瞬時能流通量（power flow）可以定義為兩個共軛變量〔作用力/力和流量/速度〕的乘積贼陶，但是, 這里有一個明顯的物理制約刃泡，那就是一個系統(tǒng)不能確定兩個變量。一個機械手可以沿著任何一個自由度對它的外界物體施加一個力或一個位移或速度碉怔，但不能兩者都兼顧到烘贴，因此，一個裝配機器人應(yīng)該有導納的特性，可以接受力（輸入）并產(chǎn)生運動（輸出）庸伏，這可以理解為：在裝配時一旦感覺到有接觸力与笛，機器人就應(yīng)該按照控制的規(guī)則來改變其運動，接觸力不會繼續(xù)增加技乡。
   
        以可能實現(xiàn)的最大無源導納的概念為基礎(chǔ)得惩，ABB的工程師已構(gòu)思出智能的控制方法，可以與現(xiàn)有先進的位控制方法實現(xiàn)無縫集成技碍，并保證在大多數(shù)普通生產(chǎn)環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的皇苫、輕柔的接觸。這種設(shè)計還能保證在力控制方式和位控制方式兩者之間的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換云许。      
    
編程容易     

            具有主動的力控制功能的機器人雖然有很多優(yōu)點烈拉，例如適應(yīng)性強、對不同用途可分別進行編程等辣候，但它還需要更先進的控制系統(tǒng)和合適的編程來規(guī)定機器人應(yīng)該怎樣與外部的制約條件實現(xiàn)互動∨Ｊ茫現(xiàn)在，ABB已把研究工作的重點放在控制策略及其能力上大熟，使機器人能夠在實現(xiàn)穩(wěn)定而輕柔地接觸的同時割扬，還能夠與外界物體實現(xiàn)互動。    
   
        引入力反饋的功能只能使工業(yè)機器人能夠?qū)ν饨缌ψ鞒龇磻?yīng)偿荷，但卻不能告訴機器人當裝配零件時應(yīng)該怎樣運動窘游，所以，力控制只能讓一個具有順從性的機器人盡量去避免大的接觸力遭顶，但沒有一種機制使它可根據(jù)零件的幾何形狀把幾個零件（例如齒輪）裝配起來张峰。這時，裝配件之間的卡死雖然可以預防棒旗，但卻無助于讓這些零件對中喘批。在不確定性較高的情況下進行裝配并非不可，但由于有許多可能的接觸狀態(tài)在數(shù)學上仍不能對其進行處理的情況铣揉，所以通過力的相互作用來修正機器人的位置的確是很困難的饶深。    
   
        ABB的解決方案是通過引入吸引力的概念使用戶擺脫復雜編程的負擔。同以導納為基礎(chǔ)的快速力控制不僅保證了接觸是輕柔的逛拱，而且被裝配的零件能定位在準確的對中位置上敌厘。所有的對中要求一旦得到滿足，機器人就可以開始對其專用零件進行搜索并進行裝配朽合。一個典型的裝配程序可以簡化如下：    
    *設(shè)定吸引力俱两；    
    *設(shè)定搜索參數(shù)；    
    *設(shè)定目的地祖擦；    
    *移動到開始點舶酒；    
    *啟動力控制装魁；    
    *如果接觸，啟動搜索缰橘；結(jié)束如果逐程；    
    *如果達不到目的地，繼續(xù)搜索赞拼；結(jié)束如果飒自；    
    *撤消搜索；撤消力控制璃锻；返回秘驻。     

力量加敏捷     

        很明顯，被裝配的零件越輕玫葡，施加一個較輕的接觸力就越容易闪铸，即使在手工裝配時也是這樣。當裝配重的零件時茶月，要使允許的接觸力小于零件的重量，并把零件移動到設(shè)定的位置上就不那么容易了鹉动，因為這需要機械手抓住零件轧坎，克服重力，同時還要完成若干個裝配步驟泽示，這種工作是錯綜復雜而且很繁重的缸血。     
   
        現(xiàn)在舉一個福特汽車裝配F/N液力變矩器殼體的例子。該殼體重量約25kg械筛，殼體里面有一個雙花鍵的齒輪組捎泻，還要把一個齒輪泵插進這個齒輪組里。齒輪泵的密封是很重要的埋哟，因此在插入時要非常小心, 無論如何都要確保不能損壞笆豁，同時在內(nèi)部還必須裝上一根花鍵軸，這使裝配工作變得更加復雜赤赊。     
   
        為完成這項任務(wù)闯狱，ABB的機器人解決方案最終選擇了IRB6400機器人，這種機器人的有效負載能力為150kg抛计，它能在無需幫助的情況下支撐零件的重量哄孤，并且不會出現(xiàn)任何額外有的接觸力。試驗表明嫡澄，IRB6400機器人能處理的總重量為75kg（包括零件旅霍、抓手和力傳感器的重量），而且仍然能把接觸力限制在200N以下改擂。正如試驗所證明的那樣铣翁，ABB機器人具有先進的力控制裝置租触，能夠勝任非常精密的裝配工作，即使裝配一些重的零件也不成問題臊瞬，因此適合于各種工業(yè)部門進行裝配工作误扯。    
   
性能優(yōu)越，工作可靠    
   
        在汽車工業(yè)中, 對先進的力控制器所進行的試驗已令人信服地證明：它具有提高循環(huán)時間和在不同裝配作業(yè)中靈活應(yīng)用的能力银景。在離合器裝配的例子中骇瓦，安裝了IRB4400機器人的工作單元把部件插入的時間平均只需要5.7s（如果用手工裝配，插入時間一般需要15～20s）诽粪，最初接觸時的反作用力小于100N庶咨，在裝配時小于 80N。另一個例子是F/N液力變矩器的裝配君铁，平均需要時間6.98s检碗，接觸力限制在200N。值得注意的是码邻，該裝配過程允許的定位誤差僅為±2mm折剃。ABB的S4Cplus機器人控制器受到整個制造工業(yè)的稱贊，因為它的可靠性使機器人能夠表現(xiàn)出很多優(yōu)越的性能像屋。     

有利于擴大應(yīng)用市場     

        現(xiàn)在ABB又開發(fā)出一種可供選用的力控制器, 進一步提高了其聲譽怕犁。這次開發(fā)的技術(shù)本來主要是用于汽車工業(yè)裝配作業(yè)的，但這種先進的力控制技術(shù)有可能使很多其他工業(yè)領(lǐng)域也能受益己莺，尤其是對于要求“裝配完全正確奏甫，時間第一”的機械裝配工作中。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)凌受，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享阵子，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責，也不構(gòu)成任何其他建議胜蛉。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布挠进、編輯整理上傳，對此類作品本站僅提供交流平臺誊册，不為其版權(quán)負責浩出。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻、圖片靡隔、文字如涉及作品版權(quán)問題扶蜻，請第一時間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認版權(quán)并按國家標準支付稿酬或立即刪除內(nèi)容谆纸，以保證您的權(quán)益搔绿！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。