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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)

　　先進制造 ◇ 系列技術講座

　　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。

VOLVO電動汽車公司不僅以生產安全、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。所以，VOLVO公司積累了在坐椅制造上的大量技術和知識，例如VOLVO很早就開始對坐椅展開試驗。對質量標準的高要求使VOLVO公司一直致力于投資兩套高技術含量的控制系統(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，一個穿著特殊設計的保護罩的KUKA機器人被置放在自然環(huán)境實驗室內，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生高達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標準的機器人控制系統(tǒng)

　　包含如前所述PC技術的KRC2驅動器和如前所述Windows XP的操作方式控制系統(tǒng)、KUKA機器人程式設計語言自然環(huán)境和KUKA標準的操作方式微創(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.加速度感應器控制系統(tǒng)

加速度感應器控制系統(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，加速度感應器透過加裝在KUKA機器人驅動器KRC2內的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。

　　加速度感應器能檢驗到高達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)展開設置、參數(shù)的更改、統(tǒng)計數(shù)據(jù)的獲取以及傳達，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)的軟件結構能用圖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控制系統(tǒng)和使用者簡單易行的座標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。

　　輔助工具座標和感應器座標都是根據(jù)實際加裝方式來確定，比如說輔助工具座標的基點通常設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座標而言的，因此在把機器人試驗程序從一個坐椅轉化到另一個坐椅時，只需要簡單的重新定義基礎座標控制系統(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

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)和旋轉姿勢——這在日常駕駛中最經常發(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)周期內承受得住機械壓力。這套控制系統(tǒng)的概念設計開始于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，6個桌椅圍繞地加裝在KUKA機器人的周圍，機器人按照預先設置的時序和程序來作用作桌椅。為達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。壓力和加速度感應器使機器人在重復急速地產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計并具有極高的重復定位精度。

　　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生的準確的壓力統(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)律的展開調整。為了保證整個試驗控制系統(tǒng)能適應一個新的坐椅，只需要重新定義一個新的機器人基礎座標系就能了。比如說在量測人體模型和桌椅的摩擦力過程中，一旦達到設定的極限值，人體模型就會相應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。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控制系統(tǒng)。

　　3.在各式各樣試驗前提下都是安全的

在設計控制系統(tǒng)的過程中，KUKA也采取了一系列的安全保護措施，比如說在地板上設計了一個停止按鈕，這樣操躺在地上也同樣能把整個控制系統(tǒng)停止下來。這樣的設計也許有些奇怪，但非常實用，當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是難以啟動整個控制系統(tǒng)的。另外，控制系統(tǒng)設置了報警信號，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設備能加裝在里面的同時，也能加裝其他的試驗設備。為了保證其他可能的應用，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，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，試驗的結果也不能完全讓人滿意。而KUKA機器人能在10周時間內同時順利完成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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