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　　Kuka機(jī)器人電動(dòng)汽車坐椅試驗(yàn)控制系統(tǒng)

　　國(guó)際金屬加工網(wǎng)

　　先進(jìn)制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國(guó)機(jī)器人行業(yè)典型研討會(huì)

　　KUKA機(jī)器人試驗(yàn)控制系統(tǒng)能提供更多6個(gè)分量高度通用化的阻抗和邊線程式設(shè)計(jì)試驗(yàn)，不僅能檢驗(yàn)坐椅在頑固地理環(huán)境前提下的狀況，還能提供更多真實(shí)世界的演示大量相同的駕駛員的各式各樣姿勢(shì)。

　　電動(dòng)汽車坐椅必須接受各式各樣各樣的考驗(yàn)：比如說(shuō)司機(jī)的總重量和嚴(yán)苛的自然環(huán)境前提。為了找到解決問(wèn)題的答案，電動(dòng)汽車制造商不得不對(duì)電動(dòng)汽車的坐椅在能口臭的環(huán)境溫度下，展開(kāi)嚴(yán)苛的阻抗試驗(yàn)。在這其中，KUKA機(jī)器人KR210-2在瑞典的VOLVO工廠非常好地順利完成了此項(xiàng)艱巨任務(wù)。

VOLVO電動(dòng)汽車公司不僅以生產(chǎn)安全、環(huán)保的電動(dòng)汽車聞名，同時(shí)也十分重視電動(dòng)汽車的舒適性和品質(zhì)。所以，VOLVO公司積累了在坐椅制造上的大量技術(shù)和知識(shí)，例如VOLVO很早就開(kāi)始對(duì)坐椅展開(kāi)試驗(yàn)。對(duì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的高要求使VOLVO公司一直致力于投資兩套高技術(shù)含量的控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)不僅能檢驗(yàn)坐椅在頑固地理環(huán)境前提下的狀況，還能提供更多真實(shí)世界的演示大量相同的駕駛員的各式各樣姿勢(shì)。不論相統(tǒng)屬，一個(gè)穿著特殊設(shè)計(jì)的保護(hù)罩的KUKA機(jī)器人被置放在自然環(huán)境實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，演示駕駛員的各式各樣姿勢(shì)，由此來(lái)試驗(yàn)電動(dòng)汽車坐椅的機(jī)械性能。

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　　機(jī)器人坐椅試驗(yàn)控制系統(tǒng)的形成和原理

機(jī)器人坐椅試驗(yàn)控制系統(tǒng)，能提供更多6個(gè)分量高度通用化的阻抗和邊線程式設(shè)計(jì)試驗(yàn)，替代了往后單一用途的試驗(yàn)專機(jī)，能急速地演示人的姿勢(shì)和總重量產(chǎn)生高達(dá)83Hz的姿勢(shì)頻率。不論是滿座、attacked，還是顛簸、血液循環(huán)或是背部的摩擦，甚至是撞擊，都能透過(guò)機(jī)器人微創(chuàng)程式設(shè)計(jì)的方式得到演示。

　　機(jī)器人坐椅試驗(yàn)控制系統(tǒng)由以下4個(gè)部分形成：

　　1.KUKA標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人控制系統(tǒng)

　　包含如前所述PC技術(shù)的KRC2驅(qū)動(dòng)器和如前所述Windows XP的操作方式控制系統(tǒng)、KUKA機(jī)器人程式設(shè)計(jì)語(yǔ)言自然環(huán)境和KUKA標(biāo)準(zhǔn)的操作方式微創(chuàng)器以及阻抗為150～210kg的機(jī)器人本體。

　　2.實(shí)現(xiàn)人體姿勢(shì)的人體模型模型

　　在這里我們稱之為“OccuForm”。

　　3.加速度感應(yīng)器控制系統(tǒng)

加速度感應(yīng)器控制系統(tǒng)加裝在機(jī)器人輔助工具中心的艾里上，能展開(kāi)6個(gè)分量的量測(cè)，加速度感應(yīng)器透過(guò)加裝在KUKA機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器KRC2內(nèi)的PCI傳感器統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采集卡與機(jī)器人展開(kāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸。

　　加速度感應(yīng)器能檢驗(yàn)到高達(dá)4500N的力和1500N·m的加速度。

　　4.Occubot量測(cè)軟件控制系統(tǒng)

　　用作對(duì)試驗(yàn)控制系統(tǒng)展開(kāi)設(shè)置、參數(shù)的更改、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的獲取以及傳達(dá)，提供更多使用者友好的快捷鍵。

　　機(jī)器人坐椅試驗(yàn)控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)能用圖4展開(kāi)表明，使用者透過(guò)界面展開(kāi)試驗(yàn)程序的選擇，并能建立新的試驗(yàn)程序。加速度感應(yīng)器在機(jī)器人執(zhí)行試驗(yàn)程序的過(guò)程中，急速獲得從外界傳來(lái)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并把統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分別傳達(dá)到界面用作實(shí)時(shí)表明、外部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)用作保存試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和評(píng)估，同時(shí)感應(yīng)器采集過(guò)來(lái)的錯(cuò)誤信號(hào)也能透過(guò)機(jī)器人的表明器展開(kāi)表明表明。

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透過(guò)機(jī)器人本身靈活多變的座標(biāo)控制系統(tǒng)和使用者簡(jiǎn)單易行的座標(biāo)自訂操作方式自然環(huán)境，試驗(yàn)程序的編寫也變得隨心所欲。

　　輔助工具座標(biāo)和感應(yīng)器座標(biāo)都是根據(jù)實(shí)際加裝方式來(lái)確定，比如說(shuō)輔助工具座標(biāo)的基點(diǎn)通常設(shè)置在人體模型臀部中間和脊椎中心相交的地方（見(jiàn)圖5）。因?yàn)闄C(jī)器人輔助工具中心的所有運(yùn)動(dòng)點(diǎn)都是相對(duì)于基礎(chǔ)座標(biāo)而言的，因此在把機(jī)器人試驗(yàn)程序從一個(gè)坐椅轉(zhuǎn)化到另一個(gè)坐椅時(shí)，只需要簡(jiǎn)單的重新定義基礎(chǔ)座標(biāo)控制系統(tǒng)就能了。

　　機(jī)器人試驗(yàn)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

　　1.機(jī)器人具有更多的維度和場(chǎng)效應(yīng)

往后，VOLVO使用副翼或者液壓的坐椅試驗(yàn)儀來(lái)做此項(xiàng)試驗(yàn)，但是這種控制系統(tǒng)只能在坐椅上置放二維的阻抗——水平路徑或垂直路徑，血液循環(huán)和旋轉(zhuǎn)姿勢(shì)——這在日常駕駛中最經(jīng)常發(fā)生的姿勢(shì)——反而難以展開(kāi)演示，而且原來(lái)的坐椅試驗(yàn)儀難以在頑固的薩穆德前提下組織工作，這樣對(duì)于坐椅在頑固地理環(huán)境前提下的狀況便難以掌握，這使VOLVO公司迫切需要來(lái)投資兩套新的坐椅試驗(yàn)設(shè)備。

　　在Kuka Occubot控制系統(tǒng)中，KUKA機(jī)器人能檢驗(yàn)集成在電動(dòng)汽車坐椅內(nèi)的冷卻系統(tǒng)和坐椅部件能否在電動(dòng)汽車的整個(gè)開(kāi)發(fā)周期內(nèi)承受得住機(jī)械壓力。這套控制系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)開(kāi)始于2003年3月，在2005年的8月最終順利完成。

　　2.機(jī)器人可不分晝夜的組織工作

KUKA機(jī)器人KR210-2，能在各式各樣相同的環(huán)境溫度前提下日夜展開(kāi)組織工作，只有在需要對(duì)桌椅展開(kāi)檢查的時(shí)候才會(huì)讓機(jī)器人暫停組織工作。在一個(gè)地理環(huán)境演示實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，6個(gè)桌椅圍繞地加裝在KUKA機(jī)器人的周圍，機(jī)器人按照預(yù)先設(shè)置的時(shí)序和程序來(lái)作用作桌椅。為達(dá)到真實(shí)世界的演示效果，機(jī)器人的手臂上加裝了兩套特殊的抓具，用作固定兩套用襯墊設(shè)計(jì)成的人體模型，來(lái)模仿人體的姿勢(shì)。機(jī)器人把這個(gè)人體模型在桌椅上面急速地坐下又站起，并從各個(gè)路徑展開(kāi)摩擦和擠壓。壓力和加速度感應(yīng)器使機(jī)器人在重復(fù)急速地產(chǎn)生人的姿勢(shì)過(guò)程中來(lái)檢驗(yàn)各式各樣力，機(jī)器人能非常靈活地展開(kāi)程式設(shè)計(jì)并具有極高的重復(fù)定位精度。

　　量測(cè)控制系統(tǒng)能提供更多對(duì)壓力和加速度6個(gè)分量的量測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并保證該統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的絕對(duì)精度，這樣就為使用者提供更多了坐椅和人體模型接觸過(guò)程中實(shí)際產(chǎn)生的準(zhǔn)確的壓力統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

為避免人體模型在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中引起額外的動(dòng)態(tài)加速度，必須對(duì)人體模型展開(kāi)靜態(tài)的加速度補(bǔ)償。機(jī)器人的姿勢(shì)也隨著受測(cè)桌椅的磨損有規(guī)律的展開(kāi)調(diào)整。為了保證整個(gè)試驗(yàn)控制系統(tǒng)能適應(yīng)一個(gè)新的坐椅，只需要重新定義一個(gè)新的機(jī)器人基礎(chǔ)座標(biāo)系就能了。比如說(shuō)在量測(cè)人體模型和桌椅的摩擦力過(guò)程中，一旦達(dá)到設(shè)定的極限值，人體模型就會(huì)相應(yīng)減少作用在桌椅上的阻抗，就像真實(shí)世界生活中一樣。

　　機(jī)器人和地理環(huán)境實(shí)驗(yàn)室都由外部的一個(gè)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)展開(kāi)控制，最初的難點(diǎn)是，怎樣使機(jī)器人和環(huán)境溫度控制控制系統(tǒng)能相互適應(yīng)。為了保證機(jī)器人在劇烈的環(huán)境溫度和濕度變化的自然環(huán)境下能正常運(yùn)行和組織工作，機(jī)器人的外部穿上了兩套特制的由3層布料織成的衣服，就像宇航員的航空服一樣。在這種特殊衣服的保護(hù)下，機(jī)器人本身的環(huán)境溫度一直保持在穩(wěn)定的20℃左右，這是依靠分別對(duì)3層衣服展開(kāi)充氣保溫的情況下獲得的，保證了機(jī)器人本身的空調(diào)控制系統(tǒng)。

　　3.在各式各樣試驗(yàn)前提下都是安全的

在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的過(guò)程中，KUKA也采取了一系列的安全保護(hù)措施，比如說(shuō)在地板上設(shè)計(jì)了一個(gè)停止按鈕，這樣操躺在地上也同樣能把整個(gè)控制系統(tǒng)停止下來(lái)。這樣的設(shè)計(jì)也許有些奇怪，但非常實(shí)用，當(dāng)整個(gè)實(shí)驗(yàn)室在非常寒冷的環(huán)境溫度下組織工作時(shí)，操作方式人員很容易因?yàn)榈匕迳系姆e霜而滑倒，這種情況下操作方式人員又不可能再次站起來(lái)，這時(shí)加裝在地板上的按鈕就顯得非常重要。

整個(gè)控制系統(tǒng)只有在實(shí)驗(yàn)室外面才能被啟動(dòng)，門一旦打開(kāi)，控制系統(tǒng)便立即停止。操作方式人員站在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)是難以啟動(dòng)整個(gè)控制系統(tǒng)的。另外，控制系統(tǒng)設(shè)置了報(bào)警信號(hào)，比如說(shuō)氣體的泄漏或者檢驗(yàn)到桌椅冷卻系統(tǒng)損壞，報(bào)警信號(hào)就會(huì)立即發(fā)出，以提示操采取措施。實(shí)驗(yàn)室的空間足夠容納一輛車，這樣機(jī)器人及其相關(guān)設(shè)備能加裝在里面的同時(shí)，也能加裝其他的試驗(yàn)設(shè)備。為了保證其他可能的應(yīng)用，KUKA公司提供更多的這套控制系統(tǒng)還保留有一定的場(chǎng)效應(yīng)，為VOLVO公司提供更多了很大的方便。

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　　4.機(jī)器人對(duì)待所有的坐椅都是同樣的前提

　　KUKA機(jī)器人試驗(yàn)控制系統(tǒng)的另一大優(yōu)點(diǎn)是，能保證機(jī)器人處理所有坐椅是一致的，并且能任意程式設(shè)計(jì)。KUKA機(jī)器人試驗(yàn)控制系統(tǒng)能試驗(yàn)各式各樣相同的坐椅，而且能保證相同的阻抗力。如果一個(gè)新的坐椅在半路上被引入整個(gè)試驗(yàn)程序，機(jī)器人將判斷并紀(jì)錄這個(gè)“新來(lái)者”，從而精確地辨別出這個(gè)坐椅還有哪些試驗(yàn)程序需要執(zhí)行。

原來(lái)的坐椅試驗(yàn)儀需要4周時(shí)間試驗(yàn)兩套坐椅，即使這樣，試驗(yàn)的結(jié)果也不能完全讓人滿意。而KUKA機(jī)器人能在10周時(shí)間內(nèi)同時(shí)順利完成6套坐椅的機(jī)械性能試驗(yàn)，試驗(yàn)效率大大提高。

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