概要：汽車功能部件的磨損疲勞試驗是一個耗時費料、代價不菲的過程，更重要的是，必須獲得如實可靠的試驗報告。憑借新型F.R.I.T.S.系統（智能化機器人力控制試驗系統），德國汽車試驗公司ACTS的機器人試驗系統不但提升了靈活性和性價比，測試能力更是令傳統產品望塵莫及。
關鍵詞：F.R.I.T.S.系統 工業機器人

ACTS 公司位于巴伐利亞省Sailauf 市，是全球最先進的汽車安全研發試驗中心之一—Magna International 旗下的子公司。該公司以各種碰撞試驗設備、碰撞模擬系統及測試頭部沖擊和系固牢度的部件試驗站等設施為基礎，開展名目繁多的汽車安全試驗。

目標試驗要求非常精確地掌握測試對象的相關數據及對象在實際情況下的受力情況。唯有如此才能建立正確的參數，開發出針對性的試驗方案。

利用傳統試驗方法來滿足上述技術要求是一項極其費時費力的工作，通常需要安裝無數個氣壓缸、各種力度和距離測量系統及其它傳感裝置。而且每次有新試驗任務，必須重新組裝所有試驗裝置。隨著試驗裝置的復雜度日益提高，系統故障的機率也是不斷增加。針對這一問題，ACTS 公司專家著手研制復雜度較低的試驗系統，嘗試采用融合機器人技術的試驗方法，最后終于成功開發出F.R.I.T.S. 系統。該系統利用機器人創造出近似人類實際使用情況的試驗條件，從而進行相應地汽車部件測試。

F.R.I.T.S. 提高了各類車用系統的測試效率，最重要的是，更加真實地反映了其耐久和耐磨損特性。F.R.I.T.S. 系統的核心是具有力控制（FC）機加工功能的IRB 6600 工業機器人，由ABB 機器人業務部提供。FC 是ABB公司專為機器人零件機加工開發的創新系統，由智能軟件和高敏傳感器組成，亮點之一是簡化了機器人的人工示教模式。該系統摒棄了復雜的編程工作，只需操作員引導機器人手臂沿工件上的近似位置走一遍加工路線，不必考慮數毫米上下的精度誤差。機器人在后續自適應調試過程中對工件的實際輪廓線進行探測，獨立采集路徑數據。人工編程一般需要花費數小時乃至數天，而機器人僅需幾分鐘即可完成此項工作。ACTS 公司工程師看準了FC 技術的發展潛力，已對其進行了改良，使之完全符合汽車試驗的特定要求。

在試驗中，機器人能引導假人沿預定路徑運行，當力測量裝置測得的阻力達到規定值時，即停止。通過比較目標力值與實際力值，機器人可判斷是否沿預定路徑提供了必要的力。在達到規定力值之前，機器人保持運行狀態；一旦達到，機器人即根據應用程序的設置或停止運行，或改變動作。機器人的這種“學習過程”是此項全新控制技術的核心部分。ACTS 公司服務業產品線試驗經理Alexander Martellucci 指出：“這是‘正宗’力控制技術與機器人柔性的完美結合。ABB 的力控制功能是獨一無二的，它幫助我們實現了最復雜的試驗過程。”

IRB 6600利用力控制技術測試汽車座椅
舉例說明，比如多次反復按一個裝置的按鈕開關，其彈簧會漸漸變松，也就是說，每次按下去的距離都要略微變長。在這種情況下，為達到觸發開關的壓力點，我們人類會不自覺地略微加重按壓開關的力度。這種對情況變化的下意識反應，應歸功于觸覺與大腦的協調配合所形成的必要反饋。機械試驗系統不具備這種自我調節機制，然而機器人卻可以通過“學習”獲得類似的能力，由此為汽車試驗領域開辟了一片新天地。

該技術具體可應用于以下試驗：杯托的施壓關閉、CD/DVD 播放機的關閉、按鈕開關、電子設備罩蓋的開關、轉向柱和方向盤的受力以及座椅試驗。其中座椅試驗在技術上最具挑戰性。質量不佳的座椅會導致駕駛員緊張疲勞，構成安全隱患。不過在座椅試驗中，疲勞測試不是針對人，而是針對座椅材料。

要模擬人類低身進入駕駛座這一舉動，機器人必須執行一系列高度復雜的動作。為獲得駕駛員落座時座椅受力的精確數據，試驗人員先在座椅上安放一張壓力分布測量墊，然后對試驗對象實施落座試驗。測得的路徑與壓力構成機器人試驗程序的基礎。在假人的幫助下，機器人能精確模擬人類落座時的動作和動態，整個過程依循的是力控制機制而非力引導機制。下面將這兩種機制略作比較，即可看出顯著區別。

在假人的幫助下，機器人能精確模擬人類落座時的動作
首先看一下不配備力控制功能的傳統試驗機器人。這種機器人沿預定路徑運動并測量受力情況。每一輪動作完成后機器人將對實測值與目標值作一比較，據以修正下一輪動作的路徑。經過數輪調整可達到目標值。這就是所謂的力引導機制，其缺點是，僅當被試對象經過一個相對較完整的變化周期，機器人才能完成自我修正。如果受測部件因疲勞而發生漸變（如在落座試驗中皮套的張力或彈性逐漸減弱），則試驗過程中不精確的部分就會倍增。而F.R.I.T.S. 系統配備的機器人因采用力控制技術，可對被試對象的漸變作出實時反應，不僅加快了試驗進程，還能得到更精確、更真切的試驗結果。

力控制技術

“力控制機加工”技術在F.R.I.T.S. 系統中的創新應用并非其唯一用途。該技術還可廣泛應用于各類機加工生產中，諸多優勢不勝枚舉：

● 優化加工，改善品質：嚴格控制磨削接觸力，提升產品質量，長保優質生產；
● 縮短編程時間：利用機器人對加工表面的“觸覺”，磨削工藝的編程時間縮短80% ；
● 加快生產節拍：機器人對加工表面缺陷具有高度適應能力，去毛刺速度加快20% ；
● 延長刀具壽命：有效防止刀具與工件間的碰撞，確保刀具只發生漸進性磨損，壽命延長最多20%。(end)