工業機器人在手動調角器耐久檢測中的應用

曹懿莎，張艷菊，潘建安

(中汽檢測技術有限公司，廣東廣州 510530)

0 引言

汽車座椅調角器用于調節汽車座椅角度。為了適應不同體型駕駛者或乘客的駕乘需求與舒適度，汽車座椅必須能夠在一定范圍內進行角度調節。對于汽車來講，汽車座椅調角器是必不可少的內飾件之一。手動調角器疲勞耐久性是汽車座椅檢測的重要試驗項目，也是關系駕駛舒適性及安全性的重要因素。

目前國內大部分檢測機構主要以電動或氣動裝置搭建耐久試驗臺，來開展手動調角器疲勞耐久試驗[1-3]。這種試驗方式的周期較長，所需的工裝夾具較多且通用性較差，往往不能滿足不同客戶的定制化要求，容易造成資源浪費。而工業機器人具有重復定位精度高、工作范圍大、可編程化程度高的優勢，也可根據不同客戶的試驗要求實時調整試驗方案，更加方便、快捷。因此利用工業機器人的優勢開展手動調角器疲勞耐久檢測具有廣闊的市場應用前景。

本文作者通過分析汽車行業標準對手動調角器疲勞耐久檢測項目的要求，進行工業機器人選型、設計工裝夾具并編寫機器人運行程序，從而實現手動調角器疲勞耐久試驗。

1 手動調角器耐久試驗的檢測標準

1.1 檢測標準

依據標準為汽車行業標準QC/T 844-2011《乘用車座椅用調角器技術條件》[4]。

1.2 檢測方法

將一模擬靠背骨架總成固定在一剛性夾具上，將模擬靠背骨架調整至第一齒位置，按照第一齒位置→最后位置→設計位置→最前位置→第一齒位置為一個循環，每個位置均要有鎖止和解鎖步驟，循環8 000次。

針對無空行程調角器模擬靠背骨架總成，則沒有第一齒位置，按照設計位置→最后位置→最前位置→設計位置為一個循環，其余過程相同。

1.3 技術要求

試驗8 000次后，功能應正常，無明顯變形和機械損傷出現，平面渦卷彈簧回位力矩衰減率應不超過15%，調角器操作力變化在15%內，調角器前后間隙應小于3.85 mm，側向間隙應小于1.65 mm。

文中主要闡述手動調角器疲勞耐久試驗過程，平面渦卷彈簧回位力矩、調角器操作力、調角器前后間隙和側向間隙的試驗過程在此不展開介紹。

2 工業機器人選型及參數介紹

2.1 被測樣品的參數

此次試驗選用的被測調角器為無空行程調角器，可調節的角度為85°，運動范圍約1.4 m。

試驗過程包含調角器位置運動以及解鎖和落鎖操作，因此需要2臺工業機器人配合操作來完成此試驗。

2.2 工業機器人型號

根據試驗要求，用于操作調角器運動的工業機器人應具有重復定位精度高、運動范圍大的特點，因此此次試驗選用某司現有的ABB IRB1600工業機器人，工業機器人產品詳見圖1。

用于解鎖操作的工業機器人運行范圍小，因此此次試驗選用某司現有的啟帆SRE6-1400工業機器人。工業機器人產品詳見圖2。

2.3 工業機器人系統參數

2.3.1 IRB1600工業機器人

(1)工業機器人基本參數

參數包括：軸數6軸；額定負載100 N；工作行程1.45 m。

(2)I/O引腳圖

數字輸入板的引腳如圖3所示：01～08端口為輸入引腳；09端口為0 V；10端口為空。

圖3 數字輸入板的引腳

數字輸出板的引腳如圖4所示：01～08端口為輸出引腳；09端口為0 V；10端口為24 V。

圖4 數字輸出板的引腳

電源引腳如圖5所示：01/03端口為24 V；02/04端口為0 V。

圖5 電源引腳

2.3.2 SRE6-1400工業機器人

(1)工業機器人基本參數

參數有：軸數為6軸；額定負載為60 N；工作行程1.4 m。

(2)I/O引腳圖

數字輸入板的引腳圖。以數字輸出端口3的引腳為例，如圖6所示：Y03C表示常閉觸點；Y03G表示接地；Y03O表示常開觸點。

數字輸入端口的引腳圖如圖7所示。

圖6 數字輸出端口3的引腳

圖7 數字輸入端口的引腳

3 試驗過程

3.1 設計工裝夾具

根據試驗要求、調角器樣品的尺寸和工業機器人末端安裝尺寸圖設計工裝夾具，包括固定調角器的底座、500 mm的剛性連接板、機器人末端與調角器接觸頭。工裝夾具完成后，將調角器固定在鑄鐵平板上，進入試驗準備階段。

3.2 I/O設置

此次試驗在調角器運行過程中處于解鎖狀態，停止某個位置時鎖止。為防止節拍精度的偏差而損壞被測樣品，對兩臺工業機器人進行I/O通信，進行邏輯轉換。

3.2.1 I/O接線

IRB1600工業機器人與SRE6-1400工業機器人之間的I/O通信，分別涉及到2個I/O接口。

相對于IRB1600工業機器人來說有一個Output、一個Input，接口作用是：Output表示IRB1600工業機器人發出位置到達信號，SRE6-1400工業機器人可以進行落鎖操作；Input表示SRE6-1400工業機器人發出解鎖到位的信號，IRB1600工業機器人可以運行到下個位置。

兩臺工業機器人的I/O端口均為高電平有效,具體接線如下：

ABB輸入信號、啟帆輸出信號的接線為：XS16-1——Y03O；XS12-8——Y03G；XS12-9——XS16-2。

ABB輸出信號、啟帆輸入信號的接線為：XS14-9——XS16-3；XS14-10——XS16-4；XS14-8——繼電器引腳14(電源正)；XS16-4——繼電器引腳13(電源負)；X18——繼電器引腳9(常閉觸點)；GND——繼電器引腳5(常開觸點)。

3.2.2 驗證I/O接線正確性

I/O連接后，應驗證I/O接線是否正確，方式如下：

將SRE6-1400工業機器人的Y03端口置為1，查看IRB 1600工業機器人的DI08端口應為1；反之則為0。將IRB 1600工業機器人的DO08端口置為1，查看SRE6-1400工業機器人的X18端口應為1；反之則為0。

3.2.3 機器人IO控制程序編寫

(1)SRE6-1400工業機器人發出解鎖到位的信號，IRB1600工業機器人可以運行到下個位置的IO子程序。

SRE6-1400工業機器人程序：

PROC IOReached ( )

DOUT Y#(3) = =ON;

WAIT X#(18) = = ON,DT=0,CT=100;

DOUT Y#(3) = =OFF;

WAIT X#(18) = = OFF,DT=0,CT=100;

IRB 1600工業機器人程序：

PROC MoveRobot ( )

WaitDI DI10_8, 1;

Set DO10_8;

WaitDI DI10_8, 0;

Reset DO10_8;

END PROC

(2)IRB1600工業機器人發出位置到達信號，SRE6-1400工業機器人可以進行落鎖操作的IO子程序

IRB 1600工業機器人程序：

PROC IOReached ( )

Set DO10_8;

WaitDI DI10_8, 1;

Reset DO10_8;

WaitDI DI10_8, 0;

ENDPROC

SRE6-1400工業機器人程序：

PROC MoveRobot ( )

WAIT X#(18) = = ON,DT=0,CT=100;

DOUT Y#(3) = =ON;

WAIT X#(18) = = OFF,DT=0,CT=100;

DOUT Y#(3) = =OFF;

3.3 示教編程

首先通過示教編程的方式分別確定并記錄解鎖位置和鎖止位置的示教點位置，然后再確定并記錄調角器的設計位置、最前位置和最后位置的示教點位置。

編寫工業機器人程序，IRB1600機器人的運行程序如下：

PROC Regulator ( )

FOR a FROM 1 TO 8000 DO

ProcCall MoveRobot;

MoveL p1, v1000, fine, tool 0;//運動到設計位置

ProcCall IOReached;

ProcCall MoveRobot;

MoveL p2, v1000, fine, tool 0;//運動到最后位置

ProcCall IOReached;

ProcCall MoveRobot;

MoveL p3, v1000, fine, tool 0;//運動到最前位置

ProcCall IOReached;

END PROC

SRE6-1400工業機器人的運行程序如下：

PROC Adjusterlock ( )

MOVEL VL=1000MM/S LP#01 PL=0;//解鎖

CALL IOReached;

CALL MoveRobot;

MOVEL VL=1000MM/S LP#02 PL=0;//落鎖

TIME 1000;

3.4 程序運行

先以手動控制方式，慢速運行程序，檢查示教點的位置是否準確、邏輯順序是否正確；然后再在自動控制方式下運行程序，在自動運行時應先啟動SRE6-1400工業機器人，再啟動IRB1600機器人。試驗過程中應每隔2 h對試驗過程進行檢點一次，并記錄試驗過程數據。試驗過程詳見圖8。

圖8 試驗過程

3.5 試驗結果

試驗8 000次后，調角器功能正常，未見明顯變形和機械損傷出現。平面渦卷彈簧回位力矩：試驗前回位力矩為35.24 N·m，試驗后回位力矩為30.84 N·m，衰減率為12.5%。調角器操作力：試驗前操作力為29.7 N，試驗后操作力為25.6 N，變化率為13.8%。調角器前后間隙為2.45 mm。調角器側向間隙為1.32 mm。

4 結論

利用工業機器人完成了手動調角器耐久試驗，為汽車座椅調角器的質量提供了技術保障，對提高乘客的安全具有重要意義，同時也為汽車座椅其他部件的耐久試驗提供了參考。