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(qiáng)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(qiáng)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 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。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。

位和力的和諧控制

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。

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，但是，這里有一個明顯的物理制約，那就是一個系統(tǒng)不能確定兩個變量。一個機(jī)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，但不能兩者都兼顧到，因此，一個裝配機(jī)器人應(yīng)該有導(dǎo)納的特性，可以接受力（輸入）并產(chǎn)生運動（輸出），這可以理解為：在裝配時一旦感覺到有接觸力，機(jī)器人就應(yīng)該按照控制的規(guī)則來改變其運動，接觸力不會繼續(xù)增加。

以可能實現(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。

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。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），最初接觸時的反作用力小于100N，在裝配時小于80N。另一個例子是F/N液力變矩器的裝配，平均需要時間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制造工業(yè)的稱贊，因為它的可靠性使機(jī)器人能夠表現(xiàn)出很多優(yōu)越的性能。

力量加敏捷

很明顯，被裝配的零件越輕，施加一個較輕的接觸力就越容易，即使在手工裝配時也是這樣。當(dāng)裝配重的零件時，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，因為這需要機(jī)械手抓住零件，克服重力，同時還要完成若干個裝配步驟，這種工作是錯綜復(fù)雜而且很繁重的。

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，殼體里面有一個雙花鍵的齒輪組，還要把一個齒輪泵插進(jìn)這個齒輪組里。齒輪泵的密封是很重要的，因此在插入時要非常小心，無論如何都要確保不能損壞，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(fù)雜。

為完成這項任務(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，并且不會出現(xiàn)任何額外有的接觸力。試驗表明，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。

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