用于汽車動力總成裝配的工業(yè)機器人
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阻抗和導(dǎo)納的概念也有助于理解機器人的力控制（力和速度的關(guān)系非常重要，阻抗被定義為力除以速度，而導(dǎo)納則是它的倒數(shù)。在力控制中，“導(dǎo)納”是作為在穩(wěn)定性和性能方面了解系統(tǒng)行為的一種方法）。沿著每個自由度，在兩個或更多的物理系統(tǒng)之間的瞬時能流通量（power flow）可以定義為兩個共軛變量〔作用力/力和流量/速度〕的乘積，但是, 這里有一個明顯的物理制約，那就是一個系統(tǒng)不能確定兩個變量。一個機械手可以沿著任何一個自由度對它的外界物體施加一個力或一個位移或速度，但不能兩者都兼顧到，因此，一個裝配機器人應(yīng)該有導(dǎo)納的特性，可以接受力（輸入）并產(chǎn)生運動（輸出），這可以理解為：在裝配時一旦感覺到有接觸力，機器人就應(yīng)該按照控制的規(guī)則來改變其運動，接觸力不會繼續(xù)增加。
以可能實現(xiàn)的最大無源導(dǎo)納的概念為基礎(chǔ)，ABB的工程師已構(gòu)思出智能的控制方法，可以與現(xiàn)有先進的位控制方法實現(xiàn)無縫集成，并保證在大多數(shù)普通生產(chǎn)環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的、輕柔的接觸。這種設(shè)計還能保證在力控制方式和位控制方式兩者之間的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。
編程容易
具有主動的力控制功能的機器人雖然有很多優(yōu)點，例如適應(yīng)性強、對不同用途可分別進行編程等，但它還需要更先進的控制系統(tǒng)和合適的編程來規(guī)定機器人應(yīng)該怎樣與外部的制約條件實現(xiàn)互動。現(xiàn)在，ABB已把研究工作的重點放在控制策略及其能力上，使機器人能夠在實現(xiàn)穩(wěn)定而輕柔地接觸的同時，還能夠與外界物體實現(xiàn)互動。
引入力反饋的功能只能使工業(yè)機器人能夠?qū)ν饨缌ψ鞒龇磻?yīng)，但卻不能告訴機器人當(dāng)裝配零件時應(yīng)該怎樣運動，所以，力控制只能讓一個具有順從性的機器人盡量去避免大的接觸力，但沒有一種機制使它可根據(jù)零件的幾何形狀把幾個零件（例如齒輪）裝配起來。這時，裝配件之間的卡死雖然可以預(yù)防，但卻無助于讓這些零件對中。在不確定性較高的情況下進行裝配并非不可，但由于有許多可能的接觸狀態(tài)在數(shù)學(xué)上仍不能對其進行處理的情況，所以通過力的相互作用來修正機器人的位置的確是很困難的。
ABB的解決方案是通過引入吸引力的概念使用戶擺脫復(fù)雜編程的負(fù)擔(dān)。同以導(dǎo)納為基礎(chǔ)的快速力控制不僅保證了接觸是輕柔的，而且被裝配的零件能定位在準(zhǔn)確的對中位置上。所有的對中要求一旦得到滿足，機器人就可以開始對其專用零件進行搜索并進行裝配。一個典型的裝配程序可以簡化如下：
● 設(shè)定吸引力；
● 設(shè)定搜索參數(shù)；
● 設(shè)定目的地；
● 移動到開始點；
● 啟動力控制；
● 如果接觸，啟動搜索；結(jié)束如果；
● 如果達(dá)不到目的地，繼續(xù)搜索；結(jié)束如果；
● 撤消搜索；撤消力控制；返回。
力量加敏捷
很明顯，被裝配的零件越輕，施加一個較輕的接觸力就越容易，即使在手工裝配時也是這樣。當(dāng)裝配重的零件時，要使允許的接觸力小于零件的重量，并把零件移動到設(shè)定的位置上就不那么容易了，因為這需要機械手抓住零件，克服重力，同時還要完成若干個裝配步驟，這種工作是錯綜復(fù)雜而且很繁重的。
現(xiàn)在舉一個福特汽車裝配F/N液力變矩器殼體的例子。該殼體重量約25kg，殼體里面有一個雙花鍵的齒輪組，還要把一個齒輪泵插進這個齒輪組里。齒輪泵的密封是很重要的，因此在插入時要非常小心, 無論如何都要確保不能損壞，同時在內(nèi)部還必須裝上一根花鍵軸，這使裝配工作變得更加復(fù)雜。
為完成這項任務(wù)，ABB的機器人解決方案最終選擇了IRB6400機器人，這種機器人的有效負(fù)載能力為150kg，它能在無需幫助的情況下支撐零件的重量，并且不會出現(xiàn)任何額外有的接觸力。試驗表明，IRB6400機器人能處理的總重量為75kg（包括零件、抓手和力傳感器的重量），而且仍然能把接觸力限制在200N以下。
正如試驗所證明的那樣，ABB機器人具有先進的力控制裝置，能夠勝任非常精密的裝配工作，即使裝配一些重的零件也不成問題，因此適合于各種工業(yè)部門進行裝配工作。
性能優(yōu)越，工作可靠
在汽車工業(yè)中, 對先進的力控制器所進行的試驗已令人信服地證明：它具有提高循環(huán)時間和在不同裝配作業(yè)中靈活應(yīng)用的能力。在離合器裝配的例子中，安裝了IRB4400機器人的工作單元把部件插入的時間平均只需要5.7s（如果用手工裝配，插入時間一般需要15～20s），最初接觸時的反作用力小于100N，在裝配時小于80N。另一個例子是F/N液力變矩器的裝配，平均需要時間6.98s，接觸力限制在200N。值得注意的是，該裝配過程允許的定位誤差僅為±2mm。
ABB的S4Cplus機器人控制器受到整個制造工業(yè)的稱贊，因為它的可靠性使機器人能夠表現(xiàn)出很多優(yōu)越的性能。
有利于擴大應(yīng)用市場
現(xiàn)在ABB又開發(fā)出一種可供選用的力控制器, 進一步提高了其聲譽。
這次開發(fā)的技術(shù)本來主要是用于汽車工業(yè)裝配作業(yè)的，但這種先進的力控制技術(shù)有可能使很多其他工業(yè)領(lǐng)域也能受益，尤其是對于要求“裝配完全正確，時間第一”的機械裝配工作中。(end)
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