用于汽車動(dòng)力總成裝配的工業(yè)機(jī)器人
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阻抗和導(dǎo)納的概念也有助于理解機(jī)器人的力控制（力和速度的關(guān)系非常重要，阻抗被定義為力除以速度，而導(dǎo)納則是它的倒數(shù)。在力控制中，“導(dǎo)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）。沿著每個(gè)自由度，在兩個(gè)或更多的物理系統(tǒng)之間的瞬時(shí)能流通量（power flow）可以定義為兩個(gè)共軛變量〔作用力/力和流量/速度〕的乘積，但是, 這里有一個(gè)明顯的物理制約，那就是一個(gè)系統(tǒng)不能確定兩個(gè)變量。一個(gè)機(jī)械手可以沿著任何一個(gè)自由度對它的外界物體施加一個(gè)力或一個(gè)位移或速度，但不能兩者都兼顧到，因此，一個(gè)裝配機(jī)器人應(yīng)該有導(dǎo)納的特性，可以接受力（輸入）并產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)（輸出），這可以理解為：在裝配時(shí)一旦感覺到有接觸力，機(jī)器人就應(yīng)該按照控制的規(guī)則來改變其運(yùn)動(dòng)，接觸力不會(huì)繼續(xù)增加。
以可能實(shí)現(xiàn)的最大無源導(dǎo)納的概念為基礎(chǔ)，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(jìn)的位控制方法實(shí)現(xiàn)無縫集成，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、輕柔的接觸。這種設(shè)計(jì)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。
編程容易
具有主動(dòng)的力控制功能的機(jī)器人雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，例如適應(yīng)性強(qiáng)、對不同用途可分別進(jìn)行編程等，但它還需要更先進(jìn)的控制系統(tǒng)和合適的編程來規(guī)定機(jī)器人應(yīng)該怎樣與外部的制約條件實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。現(xiàn)在，ABB已把研究工作的重點(diǎn)放在控制策略及其能力上，使機(jī)器人能夠在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定而輕柔地接觸的同時(shí)，還能夠與外界物體實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。
引入力反饋的功能只能使工業(yè)機(jī)器人能夠?qū)ν饨缌ψ鞒龇磻?yīng)，但卻不能告訴機(jī)器人當(dāng)裝配零件時(shí)應(yīng)該怎樣運(yùn)動(dòng)，所以，力控制只能讓一個(gè)具有順從性的機(jī)器人盡量去避免大的接觸力，但沒有一種機(jī)制使它可根據(jù)零件的幾何形狀把幾個(gè)零件（例如齒輪）裝配起來。這時(shí)，裝配件之間的卡死雖然可以預(yù)防，但卻無助于讓這些零件對中。在不確定性較高的情況下進(jìn)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(xué)上仍不能對其進(jìn)行處理的情況，所以通過力的相互作用來修正機(jī)器人的位置的確是很困難的。
ABB的解決方案是通過引入吸引力的概念使用戶擺脫復(fù)雜編程的負(fù)擔(dān)。同以導(dǎo)納為基礎(chǔ)的快速力控制不僅保證了接觸是輕柔的，而且被裝配的零件能定位在準(zhǔn)確的對中位置上。所有的對中要求一旦得到滿足，機(jī)器人就可以開始對其專用零件進(jìn)行搜索并進(jìn)行裝配。一個(gè)典型的裝配程序可以簡化如下：
● 設(shè)定吸引力；
● 設(shè)定搜索參數(shù)；
● 設(shè)定目的地；
● 移動(dòng)到開始點(diǎn)；
● 啟動(dòng)力控制；
● 如果接觸，啟動(dòng)搜索；結(jié)束如果；
● 如果達(dá)不到目的地，繼續(xù)搜索；結(jié)束如果；
● 撤消搜索；撤消力控制；返回。
力量加敏捷
很明顯，被裝配的零件越輕，施加一個(gè)較輕的接觸力就越容易，即使在手工裝配時(shí)也是這樣。當(dāng)裝配重的零件時(shí)，要使允許的接觸力小于零件的重量，并把零件移動(dòng)到設(shè)定的位置上就不那么容易了，因?yàn)檫@需要機(jī)械手抓住零件，克服重力，同時(shí)還要完成若干個(gè)裝配步驟，這種工作是錯(cuò)綜復(fù)雜而且很繁重的。
現(xiàn)在舉一個(gè)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，殼體里面有一個(gè)雙花鍵的齒輪組，還要把一個(gè)齒輪泵插進(jìn)這個(gè)齒輪組里。齒輪泵的密封是很重要的，因此在插入時(shí)要非常小心, 無論如何都要確保不能損壞，同時(shí)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(fù)雜。
為完成這項(xiàng)任務(wù)，ABB的機(jī)器人解決方案最終選擇了IRB6400機(jī)器人，這種機(jī)器人的有效負(fù)載能力為150kg，它能在無需幫助的情況下支撐零件的重量，并且不會(huì)出現(xiàn)任何額外有的接觸力。試驗(yàn)表明，IRB6400機(jī)器人能處理的總重量為75kg（包括零件、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。
正如試驗(yàn)所證明的那樣，ABB機(jī)器人具有先進(jìn)的力控制裝置，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，因此適合于各種工業(yè)部門進(jìn)行裝配工作。
性能優(yōu)越，工作可靠
在汽車工業(yè)中, 對先進(jìn)的力控制器所進(jìn)行的試驗(yàn)已令人信服地證明：它具有提高循環(huán)時(shí)間和在不同裝配作業(yè)中靈活應(yīng)用的能力。在離合器裝配的例子中，安裝了IRB4400機(jī)器人的工作單元把部件插入的時(shí)間平均只需要5.7s（如果用手工裝配，插入時(shí)間一般需要15～20s），最初接觸時(shí)的反作用力小于100N，在裝配時(shí)小于80N。另一個(gè)例子是F/N液力變矩器的裝配，平均需要時(shí)間6.98s，接觸力限制在200N。值得注意的是，該裝配過程允許的定位誤差僅為±2mm。
ABB的S4Cplus機(jī)器人控制器受到整個(gè)制造工業(yè)的稱贊，因?yàn)樗目煽啃允箼C(jī)器人能夠表現(xiàn)出很多優(yōu)越的性能。
有利于擴(kuò)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(jìn)一步提高了其聲譽(yù)。
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(jìn)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，尤其是對于要求“裝配完全正確，時(shí)間第一”的機(jī)械裝配工作中。(end)
評(píng)論