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　　Kuka機器人電動汽車坐椅試驗控制系統(tǒng)

　　國際金屬加工網(wǎng)

　　先進(jìn)制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國機器人行業(yè)典型研討會

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

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

VOLVO電動汽車公司不僅以生產(chǎn)安全、環(huán)保的電動汽車聞名，同時也十分重視電動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，例如VOLVO很早就開始對坐椅展開試驗。對質(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)不僅能檢驗坐椅在頑固地理環(huán)境前提下的狀況，還能提供更多真實世界的演示大量相同的駕駛員的各式各樣姿勢。不論相統(tǒng)屬，一個穿著特殊設(shè)計的保護(hù)罩的KUKA機器人被置放在自然環(huán)境實驗室內(nèi)，演示駕駛員的各式各樣姿勢，由此來試驗電動汽車坐椅的機械性能。

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　　機器人坐椅試驗控制系統(tǒng)的形成和原理

機器人坐椅試驗控制系統(tǒng)，能提供更多6個分量高度通用化的阻抗和邊線程式設(shè)計試驗，替代了往后單一用途的試驗專機，能急速地演示人的姿勢和總重量產(chǎn)生高達(dá)83Hz的姿勢頻率。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，都能透過機器人微創(chuàng)程式設(shè)計的方式得到演示。

　　機器人坐椅試驗控制系統(tǒng)由以下4個部分形成：

　　1.KUKA標(biāo)準(zhǔn)的機器人控制系統(tǒng)

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

　　2.實現(xiàn)人體姿勢的人體模型模型

　　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)加裝在機器人輔助工具中心的艾里上，能展開6個分量的量測，加速度感應(yīng)器透過加裝在KUKA機器人驅(qū)動器KRC2內(nèi)的PCI傳感器統(tǒng)計數(shù)據(jù)采集卡與機器人展開統(tǒng)計數(shù)據(jù)傳輸。

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

　　4.Occubot量測軟件控制系統(tǒng)

　　用作對試驗控制系統(tǒng)展開設(shè)置、參數(shù)的更改、統(tǒng)計數(shù)據(jù)的獲取以及傳達(dá)，提供更多使用者友好的快捷鍵。

　　機器人坐椅試驗控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)能用圖4展開表明，使用者透過界面展開試驗程序的選擇，并能建立新的試驗程序。加速度感應(yīng)器在機器人執(zhí)行試驗程序的過程中，急速獲得從外界傳來的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并把統(tǒng)計數(shù)據(jù)分別傳達(dá)到界面用作實時表明、外部統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫用作保存試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)和評估，同時感應(yīng)器采集過來的錯誤信號也能透過機器人的表明器展開表明表明。

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透過機器人本身靈活多變的座標(biāo)控制系統(tǒng)和使用者簡單易行的座標(biāo)自訂操作方式自然環(huán)境，試驗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)實際加裝方式來確定，比如說輔助工具座標(biāo)的基點通常設(shè)置在人體模型臀部中間和脊椎中心相交的地方（見圖5）。因為機器人輔助工具中心的所有運動點都是相對于基礎(chǔ)座標(biāo)而言的，因此在把機器人試驗程序從一個坐椅轉(zhuǎn)化到另一個坐椅時，只需要簡單的重新定義基礎(chǔ)座標(biāo)控制系統(tǒng)就能了。

　　機器人試驗控制系統(tǒng)的特點

　　1.機器人具有更多的維度和場效應(yīng)

往后，VOLVO使用副翼或者液壓的坐椅試驗儀來做此項試驗，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——這在日常駕駛中最經(jīng)常發(fā)生的姿勢——反而難以展開演示，而且原來的坐椅試驗儀難以在頑固的薩穆德前提下組織工作，這樣對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公司迫切需要來投資兩套新的坐椅試驗設(shè)備。

　　在Kuka Occubot控制系統(tǒng)中，KUKA機器人能檢驗集成在電動汽車坐椅內(nèi)的冷卻系統(tǒng)和坐椅部件能否在電動汽車的整個開發(fā)周期內(nèi)承受得住機械壓力。這套控制系統(tǒng)的概念設(shè)計開始于2003年3月，在2005年的8月最終順利完成。

　　2.機器人可不分晝夜的組織工作

KUKA機器人KR210-2，能在各式各樣相同的環(huán)境溫度前提下日夜展開組織工作，只有在需要對桌椅展開檢查的時候才會讓機器人暫停組織工作。在一個地理環(huán)境演示實驗室內(nèi)，6個桌椅圍繞地加裝在KUKA機器人的周圍，機器人按照預(yù)先設(shè)置的時序和程序來作用作桌椅。為達(dá)到真實世界的演示效果，機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)計成的人體模型，來模仿人體的姿勢。機器人把這個人體模型在桌椅上面急速地坐下又站起，并從各個路徑展開摩擦和擠壓。壓力和加速度感應(yīng)器使機器人在重復(fù)急速地產(chǎn)生人的姿勢過程中來檢驗各式各樣力，機器人能非常靈活地展開程式設(shè)計并具有極高的重復(fù)定位精度。

　　量測控制系統(tǒng)能提供更多對壓力和加速度6個分量的量測統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并保證該統(tǒng)計數(shù)據(jù)的絕對精度，這樣就為使用者提供更多了坐椅和人體模型接觸過程中實際產(chǎn)生的準(zhǔn)確的壓力統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

為避免人體模型在運動過程中引起額外的動態(tài)加速度，必須對人體模型展開靜態(tài)的加速度補償。機器人的姿勢也隨著受測桌椅的磨損有規(guī)律的展開調(diào)整。為了保證整個試驗控制系統(tǒng)能適應(yīng)一個新的坐椅，只需要重新定義一個新的機器人基礎(chǔ)座標(biāo)系就能了。比如說在量測人體模型和桌椅的摩擦力過程中，一旦達(dá)到設(shè)定的極限值，人體模型就會相應(yīng)減少作用在桌椅上的阻抗，就像真實世界生活中一樣。

　　機器人和地理環(huán)境實驗室都由外部的一個工業(yè)控制計算機展開控制，最初的難點是，怎樣使機器人和環(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)境下能正常運行和組織工作，機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3層衣服展開充氣保溫的情況下獲得的，保證了機器人本身的空調(diào)控制系統(tǒng)。

　　3.在各式各樣試驗前提下都是安全的

在設(shè)計控制系統(tǒng)的過程中，KUKA也采取了一系列的安全保護(hù)措施，比如說在地板上設(shè)計了一個停止按鈕，這樣操躺在地上也同樣能把整個控制系統(tǒng)停止下來。這樣的設(shè)計也許有些奇怪，但非常實用，當(dāng)整個實驗室在非常寒冷的環(huán)境溫度下組織工作時，操作方式人員很容易因為地板上的積霜而滑倒，這種情況下操作方式人員又不可能再次站起來，這時加裝在地板上的按鈕就顯得非常重要。

整個控制系統(tǒng)只有在實驗室外面才能被啟動，門一旦打開，控制系統(tǒng)便立即停止。操作方式人員站在實驗室內(nèi)是難以啟動整個控制系統(tǒng)的。另外，控制系統(tǒng)設(shè)置了報警信號，比如說氣體的泄漏或者檢驗到桌椅冷卻系統(tǒng)損壞，報警信號就會立即發(fā)出，以提示操采取措施。實驗室的空間足夠容納一輛車，這樣機器人及其相關(guān)設(shè)備能加裝在里面的同時，也能加裝其他的試驗設(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)還保留有一定的場效應(yīng)，為VOLVO公司提供更多了很大的方便。

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　　4.機器人對待所有的坐椅都是同樣的前提

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

原來的坐椅試驗儀需要4周時間試驗兩套坐椅，即使這樣，試驗的結(jié)果也不能完全讓人滿意。而KUKA機器人能在10周時間內(nèi)同時順利完成6套坐椅的機械性能試驗，試驗效率大大提高。

　　( 文章來源：互聯(lián)網(wǎng) )

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