用于汽車動力總成裝配的工業(yè)機(jī)器人
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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)，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(jìn)行對中，這樣單調(diào)的多次重復(fù)動作會使工人容易疲勞，并會降低產(chǎn)品質(zhì)量，工作效率無疑也會受到影響。如果機(jī)器人操作可以達(dá)到人工操作同樣水平，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(jī)器人能夠模仿人類在裝配線上的工作，機(jī)器人需要有對力的感覺能力和順從性。機(jī)器人必須有一種控制方法能夠?qū)α土剡M(jìn)行控制，并能夠?qū)佑|的信息作出反應(yīng)。ABB新型機(jī)器人的力控制技術(shù)可以做到這一點。
具有位控制功能的機(jī)器人所面臨的問題
如果一個具有位控制功能的機(jī)器人試圖把兩個齒輪對準(zhǔn)，而它的控制程序?qū)X的位置卻沒有精確的信息，這時，機(jī)器人唯一的選擇只能是反復(fù)進(jìn)行試對中和找錯，一直反復(fù)進(jìn)行，直到找對了齒的相對位置為止。機(jī)器人試圖把兩個齒輪裝配起來，如果沒對準(zhǔn)，就會使一個齒輪緊緊地壓住另一個齒輪，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(jìn)行倒角處理，但對不準(zhǔn)仍然會產(chǎn)生很大的側(cè)向應(yīng)力，因為機(jī)器人總是盡量讓齒輪沿著預(yù)先制定的路線向被插入物的中心線移動。不僅如此，這種做法有時甚至?xí)过X輪發(fā)生卡死現(xiàn)象，除非事先已采取了某些機(jī)械順從性措施。
RCC（遠(yuǎn)程中心順從性）裝置就是為解決這一問題而開發(fā)的。安放一些抗剪彈性墊塊可以減小齒輪接觸時的接觸力，并能使裝配機(jī)器人補償因振動或公差不合適而引起的定位誤差。當(dāng)順從性中心接近接觸點時，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(zhǔn)凹形零件，而這個接觸力是由于沒對準(zhǔn)而產(chǎn)生的，所以，無論是零件還是工具，都不會受到損壞。
不幸的是，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。這里有幾個原因：首先，裝配零件的幾何形狀很復(fù)雜而且差別很大，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；此外，由于這種裝置本身不能使零件彼此進(jìn)行定位并產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，因而裝配所需時間比較長。所有這一切，使發(fā)生故障的風(fēng)險都比較高。
機(jī)器人向人類學(xué)習(xí)
面對復(fù)雜零件的裝配問題，人類的思維和行動的敏捷性是驚人的，我們可以在適當(dāng)?shù)牡胤? 在零件發(fā)生卡死之前產(chǎn)生并施加一個插入力。人類能夠“本能地”學(xué)會最合理地使用順從性，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。人類區(qū)別于工業(yè)機(jī)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)。因此，如果要求機(jī)器人模仿人類的行為，他們也需要具有類似的觸覺能力和順從性，還要能夠用一種控制方法對力和力矩進(jìn)行控制，并對接觸的信息作出反應(yīng)。所有這些都需要對傳統(tǒng)機(jī)器人的定位控制技術(shù)及規(guī)范進(jìn)行一次徹底的變革。
ABB的解決方案
ABB一直都在不斷地研究和開發(fā)機(jī)器人應(yīng)用的新技術(shù)，有一部分研究活動是與大學(xué)進(jìn)行合作的，其中一項是ABB的科學(xué)家和工程師同美國俄亥俄州的Case Western Reserve大學(xué)和瑞典的Lund大學(xué)的研究人員合作在ABB目前的S4Cp1us機(jī)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。與此同時，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。目前，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，它能使ABB的機(jī)器人既具有“感覺”又堅強有力，更為重要的是，獲得這種新的感覺功能不會使機(jī)器人現(xiàn)有的能力或功能受到影響，比如ABB機(jī)器人的能快速控制加速度的先進(jìn)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。
這項技術(shù)最初是在IRB4400 和IRB6400機(jī)器人上進(jìn)行試驗的，其有效負(fù)載范圍為30～200kg，用于裝配汽車動力總成的不同零件。這些工作是比較復(fù)雜的，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(jī)器人在循環(huán)時間、可接受的插入力、可靠性和便于編程等方面具有優(yōu)異的性能。
目前，機(jī)器人的快速運動已達(dá)到了人們可以接受的程度，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(jìn)行過研究，但是, 采用慢慢地不斷施加力的方法來對位置進(jìn)行控制，其效果與性能大多數(shù)還是不太好。
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