工業(yè)機(jī)器人在手動(dòng)調(diào)角器耐久檢測中的應(yīng)用

曹懿莎，張艷菊，潘建安

(中汽檢測技術(shù)有限公司，廣東廣州 510530)

0 引言

汽車座椅調(diào)角器用于調(diào)節(jié)汽車座椅角度。為了適應(yīng)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(nèi)進(jìn)行角度調(diào)節(jié)。對(duì)于汽車來講，汽車座椅調(diào)角器是必不可少的內(nèi)飾件之一。手動(dòng)調(diào)角器疲勞耐久性是汽車座椅檢測的重要試驗(yàn)項(xiàng)目，也是關(guān)系駕駛舒適性及安全性的重要因素。

目前國內(nèi)大部分檢測機(jī)構(gòu)主要以電動(dòng)或氣動(dòng)裝置搭建耐久試驗(yàn)臺(tái)，來開展手動(dòng)調(diào)角器疲勞耐久試驗(yàn)[1-3]。這種試驗(yàn)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(fèi)。而工業(yè)機(jī)器人具有重復(fù)定位精度高、工作范圍大、可編程化程度高的優(yōu)勢，也可根據(jù)不同客戶的試驗(yàn)要求實(shí)時(shí)調(diào)整試驗(yàn)方案，更加方便、快捷。因此利用工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)勢開展手動(dòng)調(diào)角器疲勞耐久檢測具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

本文作者通過分析汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)手動(dòng)調(diào)角器疲勞耐久檢測項(xiàng)目的要求，進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人選型、設(shè)計(jì)工裝夾具并編寫機(jī)器人運(yùn)行程序，從而實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)角器疲勞耐久試驗(yàn)。

1 手動(dòng)調(diào)角器耐久試驗(yàn)的檢測標(biāo)準(zhǔn)

1.1 檢測標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 844-2011《乘用車座椅用調(diào)角器技術(shù)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(diào)整至第一齒位置，按照第一齒位置→最后位置→設(shè)計(jì)位置→最前位置→第一齒位置為一個(gè)循環(huán)，每個(gè)位置均要有鎖止和解鎖步驟，循環(huán)8 000次。

針對(duì)無空行程調(diào)角器模擬靠背骨架總成，則沒有第一齒位置，按照設(shè)計(jì)位置→最后位置→最前位置→設(shè)計(jì)位置為一個(gè)循環(huán)，其余過程相同。

1.3 技術(shù)要求

試驗(yàn)8 000次后，功能應(yīng)正常，無明顯變形和機(jī)械損傷出現(xiàn)，平面渦卷彈簧回位力矩衰減率應(yīng)不超過15%，調(diào)角器操作力變化在15%內(nèi)，調(diào)角器前后間隙應(yīng)小于3.85 mm，側(cè)向間隙應(yīng)小于1.65 mm。

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

2 工業(yè)機(jī)器人選型及參數(shù)介紹

2.1 被測樣品的參數(shù)

此次試驗(yàn)選用的被測調(diào)角器為無空行程調(diào)角器，可調(diào)節(jié)的角度為85°，運(yùn)動(dòng)范圍約1.4 m。

試驗(yàn)過程包含調(diào)角器位置運(yùn)動(dòng)以及解鎖和落鎖操作，因此需要2臺(tái)工業(yè)機(jī)器人配合操作來完成此試驗(yàn)。

2.2 工業(yè)機(jī)器人型號(hào)

根據(jù)試驗(yàn)要求，用于操作調(diào)角器運(yùn)動(dòng)的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)具有重復(fù)定位精度高、運(yùn)動(dòng)范圍大的特點(diǎn)，因此此次試驗(yàn)選用某司現(xiàn)有的ABB IRB1600工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品詳見圖1。

用于解鎖操作的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行范圍小，因此此次試驗(yàn)選用某司現(xiàn)有的啟帆SRE6-1400工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品詳見圖2。

2.3 工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)參數(shù)

2.3.1 IRB1600工業(yè)機(jī)器人

(1)工業(yè)機(jī)器人基本參數(shù)

參數(shù)包括：軸數(shù)6軸；額定負(fù)載100 N；工作行程1.45 m。

(2)I/O引腳圖

數(shù)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(shù)字輸入板的引腳

數(shù)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(shù)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(yè)機(jī)器人

(1)工業(yè)機(jī)器人基本參數(shù)

參數(shù)有：軸數(shù)為6軸；額定負(fù)載為60 N；工作行程1.4 m。

(2)I/O引腳圖

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

數(shù)字輸入端口的引腳圖如圖7所示。

圖6 數(shù)字輸出端口3的引腳

圖7 數(shù)字輸入端口的引腳

3 試驗(yàn)過程

3.1 設(shè)計(jì)工裝夾具

根據(jù)試驗(yàn)要求、調(diào)角器樣品的尺寸和工業(yè)機(jī)器人末端安裝尺寸圖設(shè)計(jì)工裝夾具，包括固定調(diào)角器的底座、500 mm的剛性連接板、機(jī)器人末端與調(diào)角器接觸頭。工裝夾具完成后，將調(diào)角器固定在鑄鐵平板上，進(jìn)入試驗(yàn)準(zhǔn)備階段。

3.2 I/O設(shè)置

此次試驗(yàn)在調(diào)角器運(yùn)行過程中處于解鎖狀態(tài)，停止某個(gè)位置時(shí)鎖止。為防止節(jié)拍精度的偏差而損壞被測樣品，對(duì)兩臺(tái)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行I/O通信，進(jìn)行邏輯轉(zhuǎn)換。

3.2.1 I/O接線

IRB1600工業(yè)機(jī)器人與SRE6-1400工業(yè)機(jī)器人之間的I/O通信，分別涉及到2個(gè)I/O接口。

相對(duì)于IRB1600工業(yè)機(jī)器人來說有一個(gè)Output、一個(gè)Input，接口作用是：Output表示IRB1600工業(yè)機(jī)器人發(fā)出位置到達(dá)信號(hào)，SRE6-1400工業(yè)機(jī)器人可以進(jìn)行落鎖操作；Input表示SRE6-1400工業(yè)機(jī)器人發(fā)出解鎖到位的信號(hào)，IRB1600工業(yè)機(jī)器人可以運(yùn)行到下個(gè)位置。

兩臺(tái)工業(yè)機(jī)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(hào)、啟帆輸出信號(hào)的接線為：XS16-1——Y03O；XS12-8——Y03G；XS12-9——XS16-2。

ABB輸出信號(hào)、啟帆輸入信號(hào)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(fù))；X18——繼電器引腳9(常閉觸點(diǎn))；GND——繼電器引腳5(常開觸點(diǎn))。

3.2.2 驗(yàn)證I/O接線正確性

I/O連接后，應(yīng)驗(yàn)證I/O接線是否正確，方式如下：

將SRE6-1400工業(yè)機(jī)器人的Y03端口置為1，查看IRB 1600工業(yè)機(jī)器人的DI08端口應(yīng)為1；反之則為0。將IRB 1600工業(yè)機(jī)器人的DO08端口置為1，查看SRE6-1400工業(yè)機(jī)器人的X18端口應(yīng)為1；反之則為0。

3.2.3 機(jī)器人IO控制程序編寫

(1)SRE6-1400工業(yè)機(jī)器人發(fā)出解鎖到位的信號(hào)，IRB1600工業(yè)機(jī)器人可以運(yùn)行到下個(gè)位置的IO子程序。

SRE6-1400工業(yè)機(jī)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(yè)機(jī)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(yè)機(jī)器人發(fā)出位置到達(dá)信號(hào)，SRE6-1400工業(yè)機(jī)器人可以進(jìn)行落鎖操作的IO子程序

IRB 1600工業(yè)機(jī)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(yè)機(jī)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(diǎn)位置，然后再確定并記錄調(diào)角器的設(shè)計(jì)位置、最前位置和最后位置的示教點(diǎn)位置。

編寫工業(yè)機(jī)器人程序，IRB1600機(jī)器人的運(yùn)行程序如下：

PROC Regulator ( )

FOR a FROM 1 TO 8000 DO

ProcCall MoveRobot;

MoveL p1, v1000, fine, tool 0;//運(yùn)動(dòng)到設(shè)計(jì)位置

ProcCall IOReached;

ProcCall MoveRobot;

MoveL p2, v1000, fine, tool 0;//運(yùn)動(dòng)到最后位置

ProcCall IOReached;

ProcCall MoveRobot;

MoveL p3, v1000, fine, tool 0;//運(yùn)動(dòng)到最前位置

ProcCall IOReached;

END PROC

SRE6-1400工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)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(yùn)行

先以手動(dòng)控制方式，慢速運(yùn)行程序，檢查示教點(diǎn)的位置是否準(zhǔn)確、邏輯順序是否正確；然后再在自動(dòng)控制方式下運(yùn)行程序，在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)應(yīng)先啟動(dòng)SRE6-1400工業(yè)機(jī)器人，再啟動(dòng)IRB1600機(jī)器人。試驗(yàn)過程中應(yīng)每隔2 h對(duì)試驗(yàn)過程進(jìn)行檢點(diǎn)一次，并記錄試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)。試驗(yàn)過程詳見圖8。

圖8 試驗(yàn)過程

3.5 試驗(yàn)結(jié)果

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

4 結(jié)論

利用工業(yè)機(jī)器人完成了手動(dòng)調(diào)角器耐久試驗(yàn)，為汽車座椅調(diào)角器的質(zhì)量提供了技術(shù)保障，對(duì)提高乘客的安全具有重要意義，同時(shí)也為汽車座椅其他部件的耐久試驗(yàn)提供了參考。