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把一个灯泡旋入灯座这样简单的任务就可以说明为什么传统的工业机器人干不了这件事。要施加一个大小正好合适的力,在正好合适的时间把灯泡转动一个正确的角度,这是人类凭直觉来做的工作,一个依靠编程的机器人怎么能干得了这样的活呢? 

与旋灯泡的工作类似,汽车动力总成的装配是一种传统的手工作业,需要有熟练技巧和有经验的工人来完成,因为离合器和液力变矩器等部件的齿轮和其他重要零件都必须在一个狭小的空间里以非常高的精确度进行对中,这样单调的多次重复动作会使工人容易疲劳,并会降低产品质量,工作效率无疑也会受到影响。如果机器人操作可以达到人工操作同样水平,这将使自动化在这个领域中的应用前景非常广阔。 

为了让机器人能够模仿人类在装配线上的工作,机器人需要有对力的感觉能力和顺从性。机器人必须有一种控制方法能够对力和力矩进行控制,并能够对接触的信息作出反应。ABB新型机器人的力控制技术可以做到这一点。 

具有位控制功能的机器人所面临的问题 

如果一个具有位控制功能的机器人试图把两个齿轮对准,而它的控制程序对齿的位置却没有精确的信息,这时,机器人唯一的选择只能是反复进行试对中和找错,一直反复进行,直到找对了齿的相对位置为止。机器人试图把两个齿轮装配起来,如果没对准,就会使一个齿轮紧紧地压住另一个齿轮,并产生很大的接触力。为了便于安装,即使我们把齿轮的齿进行倒角处理,但对不准仍然会产生很大的侧向应力,因为机器人总是尽量让齿轮沿着预先制定的路线向被插入物的中心线移动。不仅如此,这种做法有时甚至会使齿轮发生卡死现象,除非事先已采取了某些机械顺从性措施。 

RCC(远程中心顺从性)装置就是为解决这一问题而开发的。安放一些抗剪弹性垫块可以减小齿轮接触时的接触力,并能使装配机器人补偿因振动或公差不合适而引起的定位误差。当顺从性中心接近接触点时,被插入的外凸形的零件因受到强大的接触力而能自动对准凹形零件,而这个接触力是由于没对准而产生的,所以,无论是零件还是工具,都不会受到损坏。 

不幸的是,像RCC装置这样有用的设备却不能广泛应用于汽车厂里的所有装配作业上。这里有几个原因:首先,装配零件的几何形状很复杂而且差别很大,因而需要频繁地从一个零件的专用装置换成另一个零件的专用装置;此外,由于这种装置本身不能使零件彼此进行定位并产生相对转动,因而装配所需时间比较长。所有这一切,使发生故障的风险都比较高。 

机器人向人类学习 

面对复杂零件的装配问题,人类的思维和行动的敏捷性是惊人的,我们可以在适当的地方, 在零件发生卡死之前产生并施加一个插入力。人类能够“本能地”学会最合理地使用顺从性,感受到力和力矩以及零件边缘和边界的接触情况,并能尽快获得所希望的结果。人类区别于工业机器人的一个明显的特点就是我们具有触觉并能对它作出反应。因此,如果要求机器人模仿人类的行为,他们也需要具有类似的触觉能力和顺从性,还要能够用一种控制方法对力和力矩进行控制,并对接触的信息作出反应。所有这些都需要对传统机器人的定位控制技术及规范进行一次彻底的变革。 

ABB的解决方案 

ABB一直都在不断地研究和开发机器人应用的新技术,有一部分研究活动是与大学进行合作的,其中一项是ABB的科学家和工程师同美国俄亥俄州的Case Western Reserve大学和瑞典的Lund大学的研究人员合作在ABB目前的S4Cp1us机器人控制器的基础上共同开发一个新型的力量/位置混合平台。与此同时,这个研究组还开始同福特汽车公司开展合作研究,以便了解更多的有关应用方面的特殊要求和知识。目前,这个项目在以力控制为基础的装配应用方面已经形成了一个解决方案。 

这项工作的最终成果是开发出一个总体解决方案,它能使ABB的机器人既具有“感觉”又坚强有力,更为重要的是,获得这种新的感觉功能不会使机器人现有的能力或功能受到影响,比如ABB机器人的能快速控制加速度的先进性、通信能力强和可靠性高等卓越的功能特点全都被保留了下来。 

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