6軸機(jī)器人汽車座椅測試系統(tǒng)
發(fā)布日期:2012-04-01 蘭生客服中心 瀏覽:4876
KUKA機(jī)器人測試系統(tǒng)可以提供6個(gè)自由度高度柔性化的負(fù)載和位置編程測試,不但能夠檢測座椅在極端氣候條件下的狀態(tài),還能夠提供真實(shí)的模擬大量不同的駕駛者的各種動(dòng)作。
汽車座椅必須接受各種各樣的考驗(yàn):比如司機(jī)的重量和嚴(yán)酷的環(huán)境條件。為了找到解決問題的答案,汽車制造商們不得不對汽車的座椅在可以想得到的溫度下,進(jìn)行嚴(yán)酷的負(fù)載測試。在這其中,KUKA機(jī)器人KR210-2在瑞典的VOLVO工廠非常好地完成了這項(xiàng)艱巨任務(wù)。
VOLVO汽車公司不僅以生產(chǎn)安全、環(huán)保的汽車聞名,同時(shí)也非常重視汽車的舒適性和品質(zhì)。所以,VOLVO公司積累了在座椅制造上的大量技術(shù)和知識,例如VOLVO很早就開始對座椅進(jìn)行測試。對質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的高要求使得VOLVO公司一直致力于投資一套高技術(shù)含量的系統(tǒng),這種系統(tǒng)不但能夠檢測座椅在極端氣候條件下的狀態(tài),還能夠提供真實(shí)的模擬大量不同的駕駛者的各種動(dòng)作。無論白天黑夜,一個(gè)穿著特殊設(shè)計(jì)的保護(hù)罩的KUKA機(jī)器人被放置在環(huán)境實(shí)驗(yàn)室內(nèi),模擬駕駛者的各種動(dòng)作,由此來測試汽車座椅的耐久性。
機(jī)器人座椅測試系統(tǒng)的構(gòu)成和原理
機(jī)器人座椅測試系統(tǒng)(見圖1)可以提供6個(gè)自由度高度柔性化的負(fù)載和位置編程測試,替代了過去單一用途的測試專機(jī),可以不斷地模擬人的動(dòng)作和重量產(chǎn)生高達(dá)83Hz的動(dòng)作頻率。無論是入座、離座,還是顛簸、蠕動(dòng)或是背部的摩擦,甚至是撞擊,都可以通過機(jī)器人示教編程的方式得到模擬。
圖1 機(jī)器人座椅測試系統(tǒng)
機(jī)器人座椅測試系統(tǒng)由以下4個(gè)部分構(gòu)成:
1.KUKA標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人系統(tǒng)(見圖2)
圖2 KUKA標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人系統(tǒng)
包含基于PC技術(shù)的KRC2控制器和基于Windows XP的操作系統(tǒng)、KUKA機(jī)器人編程語言環(huán)境和KUKA標(biāo)準(zhǔn)的操作示教器以及負(fù)載為150~210kg的機(jī)器人本體。
2.實(shí)現(xiàn)人體動(dòng)作的假人模型(見圖3)
圖3 實(shí)現(xiàn)人體動(dòng)作的假人模型
在這里我們稱之為“OccuForm”。
3.力矩傳感器系統(tǒng)
力矩傳感器系統(tǒng)安裝在機(jī)器人工具中心的法蘭上,可以進(jìn)行6個(gè)自由度的測量,力矩傳感器通過安裝在KUKA機(jī)器人控制器KRC2內(nèi)的PCI傳感器數(shù)據(jù)采集卡與機(jī)器人進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
力矩傳感器可以檢測到高達(dá)4500N的力和1500N·m的力矩。
4.Occubot測量軟件系統(tǒng)
用于對測試系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置、參數(shù)的更改、數(shù)據(jù)的獲取以及傳遞,提供用戶友好的操作界面。
機(jī)器人座椅測試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)可以用圖4進(jìn)行說明,用戶通過用戶界面進(jìn)行測試程序的選擇,并可以建立新的測試程序。力矩傳感器在機(jī)器人執(zhí)行測試程序的過程中,不斷獲得從外界傳來的數(shù)據(jù),并把數(shù)據(jù)分別傳遞到用戶界面用于實(shí)時(shí)顯示、外部數(shù)據(jù)庫用于保存測試數(shù)據(jù)和評估,同時(shí)傳感器采集過來的錯(cuò)誤信號也可以通過機(jī)器人的顯示屏進(jìn)行顯示說明。
圖4 機(jī)器人座椅測試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
通過機(jī)器人本身靈活多變的坐標(biāo)系統(tǒng)和用戶簡單易行的坐標(biāo)自定義操作環(huán)境,測試程序的編寫也變得輕松自如。
工具坐標(biāo)和傳感器坐標(biāo)都是根據(jù)實(shí)際安裝方式來確定,比如工具坐標(biāo)的基點(diǎn)通常設(shè)置在假人臀部連接處和骨盆中心相交的地方(見圖5)。因?yàn)闄C(jī)器人工具中心的所有運(yùn)動(dòng)點(diǎn)都是相對于基礎(chǔ)坐標(biāo)而言的,因此在把機(jī)器人測試程序從一個(gè)座椅轉(zhuǎn)化到另一個(gè)座椅時(shí),只需要簡單的重新定義基礎(chǔ)坐標(biāo)系統(tǒng)就可以了。
圖5 各坐標(biāo)系統(tǒng)的位置
機(jī)器人測試系統(tǒng)的特點(diǎn)
1.機(jī)器人具有更多的維度和柔性
過去,VOLVO使用氣動(dòng)或者液壓的座椅測試儀來做這項(xiàng)測試,但是這種系統(tǒng)只能在座椅上放置兩維的負(fù)載——水平方向或垂直方向,蠕動(dòng)和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作——這在日常駕駛中最經(jīng)常發(fā)生的動(dòng)作——反而無法進(jìn)行模擬,而且原來的座椅測試儀無法在極端的氣侯條件下工作,這樣對于座椅在極端氣候條件下的狀態(tài)便無法掌握,這使得VOLVO公司迫切需要來投資一套新的座椅測試設(shè)備。
在Kuka Occubot系統(tǒng)中,KUKA機(jī)器人可以檢驗(yàn)集成在汽車座椅內(nèi)的加熱器和座椅部件能否在汽車的整個(gè)生命周期內(nèi)承受得住機(jī)械壓力。這套系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)開始于2003年3月,在2005年的8月最終完成。
2.機(jī)器人可日夜不停的工作
KUKA機(jī)器人KR210-2(見圖6)可以在各種不同的溫度條件下日夜進(jìn)行工作,只有在需要對桌椅進(jìn)行檢查的時(shí)候才會讓機(jī)器人暫停工作。在一個(gè)氣候模擬實(shí)驗(yàn)室內(nèi),6個(gè)桌椅圍繞地安裝在KUKA機(jī)器人的周圍,機(jī)器人按照預(yù)先設(shè)置的時(shí)序和程序來作用于桌椅。為達(dá)到真實(shí)的模擬效果,機(jī)器人的手臂上安裝了一套特殊的抓具,用于固定一套用襯墊設(shè)計(jì)成的假人,來模仿人體的動(dòng)作。機(jī)器人把這個(gè)假人在桌椅上面不斷地坐下又站起,并從各個(gè)方向進(jìn)行摩擦和擠壓。壓力和力矩傳感器使得機(jī)器人在重復(fù)不斷地產(chǎn)生人的動(dòng)作過程中來檢測各種力,機(jī)器人可以非常靈活地進(jìn)行編程并具有極高的重復(fù)定位精度。
圖6 KUKA機(jī)器人KR210-2進(jìn)行測試
測量系統(tǒng)可以提供對壓力和力矩6個(gè)自由度的測量數(shù)據(jù),并保證該數(shù)據(jù)的絕對精度,這樣就為用戶提供了座椅和假人接觸過程中實(shí)際產(chǎn)生的準(zhǔn)確的壓力數(shù)據(jù)。
為避免假人在運(yùn)動(dòng)過程中引起額外的動(dòng)態(tài)力矩,必須對假人進(jìn)行靜態(tài)的力矩補(bǔ)償。機(jī)器人的動(dòng)作也隨著受測桌椅的磨損有規(guī)律的進(jìn)行調(diào)整。為了保證整個(gè)測試系統(tǒng)能夠適應(yīng)一個(gè)新的座椅,只需要重新定義一個(gè)新的機(jī)器人基礎(chǔ)坐標(biāo)系就可以了。比如在測量假人和桌椅的摩擦力過程中,一旦達(dá)到設(shè)定的極限值,假人就會相應(yīng)減少作用在桌椅上的負(fù)載,就像真實(shí)生活中一樣。
機(jī)器人和氣候?qū)嶒?yàn)室都由外部的一個(gè)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,最初的難點(diǎn)是,怎樣使得機(jī)器人和溫度控制系統(tǒng)能夠相互適應(yīng)。為了保證機(jī)器人在劇烈的溫度和濕度變化的環(huán)境下能夠正常運(yùn)行和工作,機(jī)器人的外部穿上了一套特制的由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)器人本身的溫度一直保持在穩(wěn)定的20℃左右,這是依靠分別對3層衣服進(jìn)行充氣保溫的情況下獲得的,保證了機(jī)器人本身的空調(diào)系統(tǒng)。
3.在各種測試條件下都是安全的
在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的過程中,KUKA也采取了一系列的安全保護(hù)措施,比如在地板上設(shè)計(jì)了一個(gè)停止按鈕,這樣操作者躺在地上也同樣可以把整個(gè)系統(tǒng)停止下來。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)室在非常寒冷的溫度下工作時(shí),操作人員很容易因?yàn)榈匕迳系姆e霜而滑倒,這種情況下操作人員又不可能再次站起來,這時(shí)安裝在地板上的按鈕就顯得非常重要。
整個(gè)系統(tǒng)只有在實(shí)驗(yàn)室外面才可以被啟動(dòng),門一旦打開,系統(tǒng)便立即停止。操作人員站在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)是無法啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)的。另外,系統(tǒng)設(shè)置了報(bào)警信號,比如氣體的泄漏或者檢測到桌椅加熱器損壞,報(bào)警信號就會立即發(fā)出,以提示操作者采取措施。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)備可以安裝在里面的同時(shí),也可以安裝其他的測試設(shè)備。為了保證其他可能的應(yīng)用,KUKA公司提供的這套系統(tǒng)還保留有一定的柔性,為VOLVO公司提供了很大的方便。
4.機(jī)器人對待所有的座椅都是同樣的條件
KUKA機(jī)器人測試系統(tǒng)的另一大優(yōu)點(diǎn)是,能夠保證機(jī)器人處理所有座椅是一致的,并且可以任意編程。KUKA機(jī)器人測試系統(tǒng)能夠測試各種不同的座椅,而且能保證相同的負(fù)載力。如果一個(gè)新的座椅在半路上被引入整個(gè)測試程序,機(jī)器人將判斷并紀(jì)錄這個(gè)“新來者”,從而精確地辨別出這個(gè)座椅還有哪些測試程序需要執(zhí)行。
原來的座椅測試儀需要4周時(shí)間測試一套座椅,即使這樣,測試的結(jié)果也不能完全讓人滿意。而KUKA機(jī)器人可以在10周時(shí)間內(nèi)同時(shí)完成6套座椅的耐久性測試,測試效率大大提高。
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