工业机器人在汽车检测领域的应用

方案。通过结合机器人自身特点及市场应用前景，从机器人的控制以及测试数据的采集等多方面着手，提供一个拓展检测方式的新思路。

关键词 工业机器人；数据采集；汽车检测

Summary： The application project and solution of industry robot in automobile test field was described in this article. Focusing on robot controlling and test data acquisition， transfer to providing a new thinking for expanding test mode.

Key words： industry robot， data acquisition

1 前言

伴随着汽车生产工艺技术的迅猛发展，汽车零部件检测领域也随之发生翻天覆地的变革，越来越多的高新技术科技成果被应用到零部件的相关检测中。而作为工业自动化代表的机器人则正逐步被应用到汽车零部件检测行业中。通过建立工业机器人与外围设备的通信以及数据交换，形成以机器人为基础，数据采集分析，反馈控制等为支撑的高效、准确的检测平台（如图1）。

2 工业机器人简介

在国际上，工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备而得到工业界广泛应用，从而也形成了一批在国际上较有影响力的、著名的工业机器人公司。他们包括 ：瑞典的ABB ，日本的FANUC（发那科）、Yaskawa（安川）、德国的KUKA，这些公司已经成为其所在地区的支柱性企业（如图2）。

20世纪90年代末期，中国也投资建立了9个机器人产业化基地和7个科研基地，包括沈阳自动化研究所的新松机器人公司、哈尔滨工业大学的博实自动化设备有限公司、北京机械工业自动化研究所机器人开发中心、海尔机器人公司等[1]。但中国的工业机器人应用数量仍然偏少，且主要依赖从日本、瑞典、德国、意大利、美国进口。

工业机器人由本体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。本体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构（伺服电机和减速机），用以使执行机构产生相应的动作；控制系统（控制柜和示教器）是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制（如图3）。

机器人是最典型的机电一体化、数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。而将工业机器人应用于汽车零部件检测的广阔平台则是一种全新的尝试，同时也是具有里程碑意义的一步。

3 工业机器人检测应用

目前工业机器人在汽车零部件检测领域的应用主要体现在2各方面[2]：1.汽车零部件的各种负载刚性、负载强度试验；2.模拟操作耐久性检测。下面将针对上述2方面提出较为可行的解决方案。

3.1 负载刚性、负载强度

正如大家所知，随着广大用户对汽车外观造型、舒适性、安全性不断提升的追求，汽车零部件的检测标准也愈来愈严格和细化。以汽车门护板为例，门护板在车内暴露面的刚性（施加负载产生相应位移变化）将作为评判门护板性能的一个重要指标。而由于需要与车身本体的美观舒适相匹配，所以门护板表面主要以曲面相互衔接，而门护板的表面刚性测试点则主要集中在曲面上（如图4）。

工业机器人拥有优异的三维空间精确定位功能，无疑是此类负载型试验空间定位的最佳选择。[3]

第一，通常进行负载刚性试验时，一般选择测试点所在曲面的法相方向施加负荷。所以法相定位就成为关键。而工业机器人拥有6自由度（如图5），重复定位精度不低于0.05mm，完全满足精确定位的需求。

第二，通常在使用机器人进行负载位移变形测试时，首先在工业机器人TCP（工具中心点）上安装好拉压力传感器并且使其与外部数据采集设备通信成功。其次通过机器人附带的通信板卡建立机器人与外部数据采集设备的通信。最后进行机器人运动编程时，应当在程序中设置相应的由外部数据采集设备产生的I/O信号。当机器人运动程序准备开始执行时，外部设备触发I/O信号让机器人按照指定的轨迹进行运动。在机器人按照轨迹运动的同时，外部设备以一定的周期对拉压力传感器的力值进行采集和判定。当力值达到设定值时外部设备立即触发I/O信号启动机器人编程时所预设置的中断例行程序，以便让机器人迅速的停止运动（如图6）。在整个测试过程中由于上位机（尤其是高速数据采集卡）通过不断地与机器人通信，读取机器人内部的三维坐标数据，并结合在此期间采集到的拉压力值，可以绘制出“力—位移”曲线。而通过观察分析该曲线能够比较直观地反映出测试过程中试验样品的负载特性（如图7）。此种检测方式也越来越成为汽车零部件尤其是内外饰塑料件的“刚性/强度”类型试验的主流方式[4]。

在实际使用工业机器人进行检测的过程中，有时并不需要绘制测试过程中的“力—位移”曲线。那么工业机器人操控软件中一般情况下也会附带有空间位移运算功能模块。如果能够比较熟练地掌握相关机器人的语句编写，在不需要绘制曲线的前提下，可以直接通过示教器来显示负载条件下的空间位移值。

3.2 模拟操作耐久性检测

众所周知，工业机器人正是凭借其出色的稳定性，可靠性，以及高精度的重复定位赢得了广大用户的青睐。

在汽车零部件检测中，模拟操作耐久性试验也是一个重要的组成部分。在未考虑采用机器人来执行模拟操作耐久性试验前，由于汽车零部件外观及结构的差异，针对不同的零部件产品通常需要设计较为复杂的工装夹具以及单独编写自动化控制程序，无形中浪费了大量的时间和精力。由于机器人的运动轨迹程序编写相对较为简单，更为容易上手；而且机器人的多自由度运动方式更接近于现实生活中乘客在驾驶过程中对零部件产品的操纵。所以在汽车零部件检测中引入了机器人后，则节约了大量的时间和人力成本（如图8）。

编写机器人运动轨迹主要通过示教器或者附带的离线编程软件。编程过程中首先要注意定义好机器人第6轴法兰盘上的TCP，尽量使用“线性”和“重定位”等类型的运动方式来寻找需要定义的运动节点，以便于回避机器人运动过程中会出现的“奇异点”。其次机器人在执行比较复杂的模拟操作时也同样需要外围的其他设备的协助，如气缸和电机等。这时就需要机器人控制柜中安装数字量的I/O通信板卡或模拟量通信板卡与外围设备（如PLC，数据采集卡等）建立通信，通常机器人编程指令中一般都带有“输入/输出信号触发”指令。每当机器人需要与外围设备进行外围联动时，无论是机器人或者是外围设备的动作执行完成后都需要向对方触发一个I/O信号，以便通知对方可以执行

下一部动作（如图9），由此构成一个闭环的运动系统。由此提高了机器人在模拟操作耐久性试验中的适用性和稳定性，并大幅度了检测效率。

4 结束语

对于汽车零部件检测领域而言，应该时刻关注相关行业的技术革新；并积极主动的进行探索和尝试，将更多的高新技术引入到汽车零部件检测领域中。对检测技术进行不断的提升，促进该领域向着更准确，更客观，更真实，更可靠的宗旨不断的迈进。同时也更够为广大的汽车零部件生产商提供更为优质的服务，促进国产汽车零部件质量水平的稳步提升。

参考文献

[1] 叶晖. 工业机器人典型应用案例精析[M]. 北京：机械工业出版社2013.

[2] 叶晖. 工业机器人实操与应用技巧[M]. 北京： 机械工业出版社，2010.

[3] 叶晖. 工业机器人工程应用虚拟仿真教程[M]. 北京： 机械工业出版社，2014.

[4] 肖明耀. 工业机器人程序控制技能实训[M]. 北京：中国电力出版社，2010.