概要：汽車功能部件的磨損疲勞試驗是一個耗時費料、代價不菲的過程，更重要的是，必須獲得如實可靠的試驗報告。憑借新型F.R.I.T.S.系統(tǒng)（智能化機器人力控制試驗系統(tǒng)），德國汽車試驗公司ACTS的機器人試驗系統(tǒng)不但提升了靈活性和性價比，測試能力更是令傳統(tǒng)產(chǎn)品望塵莫及。
關(guān)鍵詞：F.R.I.T.S.系統(tǒng) 工業(yè)機器人

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)試驗中心之一—Magna International 旗下的子公司。該公司以各種碰撞試驗設(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站等設(shè)施為基礎(chǔ)，開展名目繁多的汽車安全試驗。

目標(biāo)試驗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)出針對性的試驗方案。

利用傳統(tǒng)試驗方法來滿足上述技術(shù)要求是一項極其費時費力的工作，通常需要安裝無數(shù)個氣壓缸、各種力度和距離測量系統(tǒng)及其它傳感裝置。而且每次有新試驗任務(wù)，必須重新組裝所有試驗裝置。隨著試驗裝置的復(fù)雜度日益提高，系統(tǒng)故障的機率也是不斷增加。針對這一問題，ACTS 公司專家著手研制復(fù)雜度較低的試驗系統(tǒng)，嘗試采用融合機器人技術(shù)的試驗方法，最后終于成功開發(fā)出F.R.I.T.S. 系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用機器人創(chuàng)造出近似人類實際使用情況的試驗條件，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）機加工功能的IRB 6600 工業(yè)機器人，由ABB 機器人業(yè)務(wù)部提供。FC 是ABB公司專為機器人零件機加工開發(fā)的創(chuàng)新系統(tǒng)，由智能軟件和高敏傳感器組成，亮點之一是簡化了機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。機器人在后續(xù)自適應(yīng)調(diào)試過程中對工件的實際輪廓線進(jìn)行探測，獨立采集路徑數(shù)據(jù)。人工編程一般需要花費數(shù)小時乃至數(shù)天，而機器人僅需幾分鐘即可完成此項工作。ACTS 公司工程師看準(zhǔn)了FC 技術(shù)的發(fā)展?jié)摿Γ褜ζ溥M(jìn)行了改良，使之完全符合汽車試驗的特定要求。

在試驗中，機器人能引導(dǎo)假人沿預(yù)定路徑運行，當(dāng)力測量裝置測得的阻力達(dá)到規(guī)定值時，即停止。通過比較目標(biāo)力值與實際力值，機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，機器人保持運行狀態(tài)；一旦達(dá)到，機器人即根據(jù)應(yīng)用程序的設(shè)置或停止運行，或改變動作。機器人的這種“學(xué)習(xí)過程”是此項全新控制技術(shù)的核心部分。ACTS 公司服務(wù)業(yè)產(chǎn)品線試驗經(jīng)理Alexander Martellucci 指出：“這是‘正宗’力控制技術(shù)與機器人柔性的完美結(jié)合。ABB 的力控制功能是獨一無二的，它幫助我們實現(xiàn)了最復(fù)雜的試驗過程。”

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，我們?nèi)祟悤蛔杂X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。機械試驗系統(tǒng)不具備這種自我調(diào)節(jié)機制，然而機器人卻可以通過“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：杯托的施壓關(guān)閉、CD/DVD 播放機的關(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。其中座椅試驗在技術(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座椅受力的精確數(shù)據(jù)，試驗人員先在座椅上安放一張壓力分布測量墊，然后對試驗對象實施落座試驗。測得的路徑與壓力構(gòu)成機器人試驗程序的基礎(chǔ)。在假人的幫助下，機器人能精確模擬人類落座時的動作和動態(tài)，整個過程依循的是力控制機制而非力引導(dǎo)機制。下面將這兩種機制略作比較，即可看出顯著區(qū)別。

在假人的幫助下，機器人能精確模擬人類落座時的動作
首先看一下不配備力控制功能的傳統(tǒng)試驗機器人。這種機器人沿預(yù)定路徑運動并測量受力情況。每一輪動作完成后機器人將對實測值與目標(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)機制，其缺點是，僅當(dāng)被試對象經(jīng)過一個相對較完整的變化周期，機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（如在落座試驗中皮套的張力或彈性逐漸減弱），則試驗過程中不精確的部分就會倍增。而F.R.I.T.S. 系統(tǒng)配備的機器人因采用力控制技術(shù)，可對被試對象的漸變作出實時反應(yīng)，不僅加快了試驗進(jìn)程，還能得到更精確、更真切的試驗結(jié)果。

力控制技術(shù)

“力控制機加工”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)；
● 縮短編程時間：利用機器人對加工表面的“觸覺”，磨削工藝的編程時間縮短80% ；
● 加快生產(chǎn)節(jié)拍：機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%。(end)