一种汽车零部件测试用ABB机器人改造方法的研究

王龙　王钢　卢文明　杨欣霖

摘 要：本文研究的机器人改造方法是基于ABB的IRB机器人，在不需要上位机控制系统参与的情况下，通过机械式的逻辑控制和增加辅助执行机构的方式，来解决单台ABB机器人无法满足汽车零部件可靠性测试中对多动作的需求。此种方法无需开发软件系统，结构简单、运行高效、成本低廉。

关键词：机器人 逻辑控制 测试

Research on the Transformation Method of ABB Robot Equipment for Automobile Parts Testing

Wang Long，Wang Gang，Lu Wenming，Yang Xinlin

Abstract：The robot transformation method studied in this paper is based on ABB's IRB robot. Without the participation of the upper computer control system， by means of mechanical logic control and adding auxiliary actuators， the problem that a single ABB Robot cannot meet the demand of multi action in the reliability test of automobile parts can be solved. This method has the advantages of simple structure， high efficiency and low cost.

Key words：robot， logic control， testing

汽车主要由发动机、底盘、车身、电气设备组成，其中用户在使用过程中直接进行交互的主要是车身内饰系统，包括门饰板系统、座舱系统、功能件系统、约束系统和座椅系统。对于车身内饰系统的可靠性测试，优先使用更能真实复现人体动作的六轴机器人（如ABB-IRB机器人）来模拟用户的使用工况，对内饰系统的可靠性进行验证。

内饰系统中大部分零部件的操作都是單动作，不需要辅助动作配合，依靠ABB机器人即可完成测试。但对于某些零部件，比如座椅，其实际操作是手-腿或手-背部的协同动作，使得仅仅依靠机器人是无法实现全部动作要求的，所以必须增加辅助配合的执行机构。常见的辅助配合方式有两种，多台机器人协同工作或者增加辅助执行机构（电缸、气缸等），这两种方式都需要上位机参与控制，实现信息交互。整体成本较高，可扩展性较差。本文主要研究在ABB机器人的基础上通过增加气动辅助执行机构，采用机械式逻辑控制方式，实现复杂多动作的协同工作，同时使其具备良好扩展性能的改造方法。

1 汽车内饰系统可靠性测试的介绍

1.1 门饰板系统

门饰板系统在使用过程中对可靠性的影响主要为开关门时对门饰板的推拉力和锁止时的冲击。推拉力可靠性测试为直线双向的力加载测试;锁止冲击测试是在车门打开状态下提供一个关门力，使车门依靠惯性实现关闭。参考实际使用情况，用户单手即可完成操作，因此只需要ABB机器人即可完成相关测试。

1.2 座舱系统

座舱系统主要为仪表板和中控台，其涉及的可靠性主要为储物机构的开关耐久试验，比如驾驶员侧储物盒开关耐久、手套箱开关耐久、中控扶手储物箱开关耐久，在实际使用过程中，用户单手即可完成操作，因此也可以使用ABB机器人完成测试。

1.3 功能件系统

功能件系统包括后视镜系统、天窗系统、雨刷系统、中控台系统等，可靠性主测试要针对这些系统的控制键的操作耐久测试，使用ABB机器人足以完成这些控制键的操作耐久测试。

1.4 约束系统

约束系统可靠性测试主要为卡扣插拔耐久测试和安全带卷收器耐久测试。卡扣的插入为单动作，卡扣拔出有锁扣解锁和卡扣拔出两个动作，但锁扣解锁后，卡扣未脱离锁扣，可以使用机器人依次完成锁扣解锁和卡扣拔出两个动作。安全带卷收器耐久为直线的往复运动，使用机器人可完成测试。

1.5 座椅系统

座椅系统是整车系统中除动力系统外最昂贵的系统部件之一，其种类和功能繁多。其常见的可靠性测试报告座椅前后调节耐久试验、靠背角度调节耐久试验、座椅高度调节耐久试验和头枕高度调节耐久试验。与其它内饰系统的操作相比，座椅系统最大的特点是运动机构的解锁和运动是同步的，解锁呈保持状态时，座椅才可以运动。因此依靠单台机器人时无法同时完成两个动作，需要增加辅助执行机构。

2 多动作协同的机器人测试设备介绍

2.1 机器人+机器人模式

多台机器人协同工作，依靠机器人控制系统之间的通信完成信号交互，从而实现机器人的协同工作。但其成本高，每增加一个动作，就需要增加一台机器人。同时也容易出现被测样件的工作空间过小，无法满足多台机器人对工作空间要求的情况。

2.2 机器人+辅助运动机构（电缸、气缸）

机器人与辅助运动机构的协同工作，需要上位机完成两者之间的信号交互，否则无法实现协同。但无论是工控机还是PLC，其软件开发都有一定难度。

3 本文的机器人改造方法说明

设备改造使用的元器件包括：按钮开关、继电器、电磁换向阀、直流电源、气源、三滤、气缸。由上述元器件组成的辅助执行系统，通过机器人机械式的触发按钮开关使辅助执行机构配合机器人完成测试，结构简单、运行稳定、成本低廉。其原理如下图3。

以QC/T 740-2016《乘用车座椅总成》中的座椅靠背角度调节耐久试验为例进行说明。一个完整的试验循环动作包括座椅调角器解锁，保持调角器解锁状态同时将靠背从最小角度位置调节至最大角度位置，调角器落锁，调角器再次解锁，将靠背调节至最小角度位置，调角器落锁。解锁的动作与靠背运行动作是同步的。为ABB机器人增加的辅助执行系统来完成解锁落锁的动作。试验动作为机器人触发解锁按钮SQ1，气缸完成解锁并保持解锁状态，机器人将靠背推从最小位置至最大位置，靠背到位后触发断路控制按钮SQ2，气缸完成落锁，调角器锁止;机器人触发解锁按钮SQ3，气缸完成解锁并保持解锁状态，机器人将靠背推从最大位置至最小位置，靠背到位后触发断路控制按钮SQ4，气缸完成落锁，调角器锁止。辅助执行系统的电气原理图如图4所示。

辅助执行系统布置需注意依解锁动作触发按钮SQ1和SQ3尽量靠近座椅布置，两个断路触发控制按钮须SQ2布置在当靠背调节至最大角度位置时，靠背可以触发此按钮;SQ4布置在当靠背调节至最小角度位置时，靠背可以触发此按钮;将气缸固定与座椅的调角器手柄相连时，需用限位装置令气缸伸出和缩回两个位置分别对应调节器的落锁与解锁位置。

当辅助动作的数量增加时，只需增加相应的控制按钮、继电器、电磁阀、气缸;当需要调整动作顺序时，只需变更机器人触发按钮的次序，不需要开发或变更控制程序，因此这种改造方法以极低的成本实现了机器人测试能力的扩展。

4 结语

本文通过机械式逻辑控制方式，为单台ABB机器人增加辅助执行系统，从而使其可以满足汽车零部件试验中对多动作协同工作的需求，扩展了单台机器人的测试能力;同时避免了上位机软硬件的开发，极大的降低了改造成本，降低了开发难度，为后续功能的扩展提供了极大的空间。

参考文献：

[1]邱国华.汽车内外饰设计[M]，机械工业出版社，2019.

[2]柳濑徹夫.汽车人机工程学技术[M]，机械工业出版社，2018.

[3]邵伟.测量机器人控制系统的开发[D]，西安：西安理工大学，2004：30-31.