在過去的40年裏
，我們已經見到工業機器人在大多數製造領域裏從事那些勞動強度大或重複性高的工作方麵勝過了人類。但在一個重要的應用領域——機械裝配，迄今為止，機器人的應用技術仍落後於工業產業對它的期望。由於裝配工作要求快速、精密和可靠
，傳統的工業機器人似乎還不能完成某些裝配作業和熟練技術工人的工作。    
   把(ba)一(yi)個(ge)燈(deng)泡(pao)旋(xuan)入(ru)燈(deng)座(zuo)這(zhe)樣(yang)簡(jian)單(dan)的(de)任(ren)務(wu)就(jiu)可(ke)以(yi)說(shuo)明(ming)為(wei)什(shen)麼(me)傳(chuan)統(tong)的(de)工(gong)業(ye)機(ji)器(qi)人(ren)幹(gan)不(bu)了(le)這(zhe)件(jian)事(shi)。要(yao)施(shi)加(jia)一(yi)個(ge)大(da)小(xiao)正(zheng)好(hao)合(he)適(shi)的(de)力(li)，在(zai)正(zheng)好(hao)合(he)適(shi)的(de)時(shi)間(jian)把(ba)燈(deng)泡(pao)轉(zhuan)動(dong)一(yi)個(ge)正(zheng)確(que)的(de)角(jiao)度(du)，這(zhe)是(shi)人(ren)類(lei)憑(ping)直(zhi)覺(jiao)來(lai)做(zuo)的(de)工(gong)作(zuo)，一(yi)個(ge)依(yi)靠(kao)編(bian)程(cheng)的(de)機(ji)器(qi)人(ren)怎(zen)麼(me)能(neng)幹(gan)得(de)了(le)這(zhe)樣(yang)的(de)活(huo)呢(ne)
？     
   與旋燈泡的工作類似
   汽(qi)車(che)動(dong)力(li)總(zong)成(cheng)的(de)裝(zhuang)配(pei)是(shi)一(yi)種(zhong)傳(chuan)統(tong)的(de)手(shou)工(gong)作(zuo)業(ye)
，需(xu)要(yao)有(you)熟(shu)練(lian)技(ji)巧(qiao)和(he)有(you)經(jing)驗(yan)的(de)工(gong)人(ren)來(lai)完(wan)成(cheng)，因(yin)為(wei)離(li)合(he)器(qi)和(he)液(ye)力(li)變(bian)矩(ju)器(qi)等(deng)部(bu)件(jian)的(de)齒(chi)輪(lun)和(he)其(qi)他(ta)重(zhong)要(yao)零(ling)件(jian)都(dou)必(bi)須(xu)在(zai)一(yi)個(ge)狹(xia)小(xiao)的(de)空(kong)間(jian)裏(li)以(yi)非(fei)常(chang)高(gao)的(de)精(jing)確(que)度(du)進(jin)行(xing)對(dui)中(zhong)，這(zhe)樣(yang)單(dan)調(tiao)的(de)多(duo)次(ci)重(zhong)複(fu)動(dong)作(zuo)會(hui)使(shi)工(gong)人(ren)容(rong)易(yi)疲(pi)勞(lao)
，並(bing)會(hui)降(jiang)低(di)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)，工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)無(wu)疑(yi)也(ye)會(hui)受(shou)到(dao)影(ying)響(xiang)。如(ru)果(guo)機(ji)器(qi)人(ren)操(cao)作(zuo)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)人(ren)工(gong)操(cao)作(zuo)同(tong)樣(yang)水(shui)平(ping)，這(zhe)將(jiang)使(shi)自(zi)動(dong)化(hua)在(zai)這(zhe)個(ge)領(ling)域(yu)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)前(qian)景(jing)非(fei)常(chang)廣(guang)闊(kuo)。    weilerangjiqirennenggoumofangrenleizaizhuangpeixianshangdegongzuo，jiqirenxuyaoyouduilideganjiaonengliheshuncongxing。jiqirenbixuyouyizhongkongzhifangfanenggouduilihelijujinxingkongzhi，bingnenggouduijiechudexinxizuochufanying。ABB新型機器人的力控製技術可以做到這一點。    
   具有位控製功能的機器人所麵臨的問題     
   ruguoyigejuyouweikongzhigongnengdejiqirenshitubalianggechilunduizhun

，ertadekongzhichengxuduichideweizhiquemeiyoujingquedexinxi，zheshi，jiqirenweiyidexuanzezhinengshifanfujinxingshiduizhonghezhaocuo，yizhifanfujinxing，zhidaozhaoduilechidexiangduiweizhiweizhi。jiqirenshitubalianggechilunzhuangpeiqilai，ruguomeiduizhun，jiuhuishiyigechilunjinjindiyazhulingyigechilun，bingchanshenghendadejiechuli。weilebianyuanzhuang
，jishiwomenbachilundechijinxingdaojiaochuli，danduibuzhunrengranhuichanshenghendadecexiangyingli，yinweijiqirenzongshijinliangrangchilunyanzheyuxianzhidingdeluxianxiangbeicharuwudezhongxinxianyidong。bujinruci
，zhezhongzuofayoushishenzhihuishichilunfashengkasixianxiang，chufeishixianyicaiqulemouxiejixieshuncongxingcuoshi。    
   RCC（遠程中心順從性）裝(zhuang)置(zhi)就(jiu)是(shi)為(wei)解(jie)決(jue)這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti)而(er)開(kai)發(fa)的(de)。安(an)放(fang)一(yi)些(xie)抗(kang)剪(jian)彈(dan)性(xing)墊(dian)塊(kuai)可(ke)以(yi)減(jian)小(xiao)齒(chi)輪(lun)接(jie)觸(chu)時(shi)的(de)接(jie)觸(chu)力(li)，並(bing)能(neng)使(shi)裝(zhuang)配(pei)機(ji)器(qi)人(ren)補(bu)償(chang)因(yin)振(zhen)動(dong)或(huo)公(gong)差(cha)不(bu)合(he)適(shi)而(er)引(yin)起(qi)的(de)定(ding)位(wei)誤(wu)差(cha)。當(dang)順(shun)從(cong)性(xing)中(zhong)心(xin)接(jie)近(jin)接(jie)觸(chu)點(dian)時(shi)
，被(bei)插(cha)入(ru)的(de)外(wai)凸(tu)形(xing)的(de)零(ling)件(jian)因(yin)受(shou)到(dao)強(qiang)大(da)的(de)接(jie)觸(chu)力(li)而(er)能(neng)自(zi)動(dong)對(dui)準(zhun)凹(ao)形(xing)零(ling)件(jian)，而(er)這(zhe)個(ge)接(jie)觸(chu)力(li)是(shi)由(you)於(yu)沒(mei)對(dui)準(zhun)而(er)產(chan)生(sheng)的(de)，所(suo)以(yi)
，無(wu)論(lun)是(shi)零(ling)件(jian)還(hai)是(shi)工(gong)具(ju)，都(dou)不(bu)會(hui)受(shou)到(dao)損(sun)壞(huai)。     
   不幸的是，像RCC裝置這樣有用的設備卻不能廣泛應用於汽車廠裏的所有裝配作業上。這裏有幾個原因：首先
，裝配零件的幾何形狀很複雜而且差別很大
，因而需要頻繁地從一個零件的專用裝置換成另一個零件的專用裝置
；此ci外wai，由you於yu這zhe種zhong裝zhuang置zhi本ben身shen不bu能neng使shi零ling件jian彼bi此ci進jin行xing定ding位wei並bing產chan生sheng相xiang對dui轉zhuan動dong
，因yin而er裝zhuang配pei所suo需xu時shi間jian比bi較jiao長chang。所suo有you這zhe一yi切qie，使shi發fa生sheng故gu障zhang的de風feng險xian都dou比bi較jiao高gao。    
   機器人向人類學習    
   麵對複雜零件的裝配問題，人類的思維和行動的敏捷性是驚人的，我們可以在適當的地方, 在零件發生卡死之前產生並施加一個插入力。人類能夠“本能地”學(xue)會(hui)最(zui)合(he)理(li)地(di)使(shi)用(yong)順(shun)從(cong)性(xing)，感(gan)受(shou)到(dao)力(li)和(he)力(li)矩(ju)以(yi)及(ji)零(ling)件(jian)邊(bian)緣(yuan)和(he)邊(bian)界(jie)的(de)接(jie)觸(chu)情(qing)況(kuang)
，並(bing)能(neng)盡(jin)快(kuai)獲(huo)得(de)所(suo)希(xi)望(wang)的(de)結(jie)果(guo)。人(ren)類(lei)區(qu)別(bie)於(yu)工(gong)業(ye)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)一(yi)個(ge)明(ming)顯(xian)的(de)特(te)點(dian)就(jiu)是(shi)我(wo)們(men)具(ju)有(you)觸(chu)覺(jiao)並(bing)能(neng)對(dui)它(ta)作(zuo)出(chu)反(fan)應(ying)。因(yin)此(ci)

，如(ru)果(guo)要(yao)求(qiu)機(ji)器(qi)人(ren)模(mo)仿(fang)人(ren)類(lei)的(de)行(xing)為(wei)，他(ta)們(men)也(ye)需(xu)要(yao)具(ju)有(you)類(lei)似(si)的(de)觸(chu)覺(jiao)能(neng)力(li)和(he)順(shun)從(cong)性(xing)
，還(hai)要(yao)能(neng)夠(gou)用(yong)一(yi)種(zhong)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)對(dui)力(li)和(he)力(li)矩(ju)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)，並(bing)對(dui)接(jie)觸(chu)的(de)信(xin)息(xi)作(zuo)出(chu)反(fan)應(ying)。所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)都(dou)需(xu)要(yao)對(dui)傳(chuan)統(tong)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)定(ding)位(wei)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)及(ji)規(gui)範(fan)進(jin)行(xing)一(yi)次(ci)徹(che)底(di)的(de)變(bian)革(ge)。    
   ABB的解決方案    
   ABB 一直都在不斷地研究和開發機器人應用的新技術
，有一部分研究活動是與大學進行合作的，其中一項是ABB的科學家和工程師同美國俄亥俄州的Case Western Reserve大學和瑞典的Lund大學的研究人員合作在ABB目前的S4Cp1us機器人控製器的基礎上共同開發一個新型的力量/位(wei)置(zhi)混(hun)合(he)平(ping)台(tai)。與(yu)此(ci)同(tong)時(shi)，這(zhe)個(ge)研(yan)究(jiu)組(zu)還(hai)開(kai)始(shi)同(tong)福(fu)特(te)汽(qi)車(che)公(gong)司(si)開(kai)展(zhan)合(he)作(zuo)研(yan)究(jiu)，以(yi)便(bian)了(le)解(jie)更(geng)多(duo)的(de)有(you)關(guan)應(ying)用(yong)方(fang)麵(mian)的(de)特(te)殊(shu)要(yao)求(qiu)和(he)知(zhi)識(shi)。目(mu)前(qian)，這(zhe)個(ge)項(xiang)目(mu)在(zai)以(yi)力(li)控(kong)製(zhi)為(wei)基(ji)礎(chu)的(de)裝(zhuang)配(pei)應(ying)用(yong)方(fang)麵(mian)已(yi)經(jing)形(xing)成(cheng)了(le)一(yi)個(ge)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。    
   這項工作的最終成果是開發出一個總體解決方案，它能使ABB的機器人既具有“感覺”又堅強有力
，更為重要的是
，獲得這種新的感覺功能不會使機器人現有的能力或功能受到影響，比如ABB機器人的能快速控製加速度的先進性
、通信能力強和可靠性高等卓越的功能特點全都被保留了下來。 

   這項技術最初是在IRB4400 和 IRB6400機器人上進行試驗的，其有效負載範圍為30～200kg，用於裝配汽車動力總成的不同零件。這些工作是比較複雜的

，其中包括向前插入離合器的盤殼和F/N液力變矩器的裝配（見圖1）。所有試驗都一致證明了這兩款機器人在循環時間、可接受的插入力、可靠性和便於編程等方麵具有優異的性能。
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   位和力的和諧控製    
   muqian
，jiqirendekuaisuyundongyidadaolerenmenkeyijieshoudechengdu，danyaobaozhengjiechudewendingxingqueyiranshiyigewenti。suiranrenmenyijingduihenduoyouqiantudezhinengkongzhifangfajinxingguoyanjiu
，danshi, 采用慢慢地不斷施加力的方法來對位置進行控製，其效果與性能大多數還是不太好。     
   阻抗和導納的概念也有助於理解機器人的力控製（力和速度的關係非常重要，阻抗被定義為力除以速度，而導納則是它的倒數。在力控製中
，“導納”是作為在穩定性和性能方麵了解係統行為的一種方法）。沿著每個自由度，在兩個或更多的物理係統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(zhe)裏(li)有(you)一(yi)個(ge)明(ming)顯(xian)的(de)物(wu)理(li)製(zhi)約(yue)，那(na)就(jiu)是(shi)一(yi)個(ge)係(xi)統(tong)不(bu)能(neng)確(que)定(ding)兩(liang)個(ge)變(bian)量(liang)。一(yi)個(ge)機(ji)械(xie)手(shou)可(ke)以(yi)沿(yan)著(zhe)任(ren)何(he)一(yi)個(ge)自(zi)由(you)度(du)對(dui)它(ta)的(de)外(wai)界(jie)物(wu)體(ti)施(shi)加(jia)一(yi)個(ge)力(li)或(huo)一(yi)個(ge)位(wei)移(yi)或(huo)速(su)度(du)
，但(dan)不(bu)能(neng)兩(liang)者(zhe)都(dou)兼(jian)顧(gu)到(dao)，因(yin)此(ci)，一(yi)個(ge)裝(zhuang)配(pei)機(ji)器(qi)人(ren)應(ying)該(gai)有(you)導(dao)納(na)的(de)特(te)性(xing)，可(ke)以(yi)接(jie)受(shou)力(li)（輸入）並產生運動（輸出），這可以理解為：在裝配時一旦感覺到有接觸力，機器人就應該按照控製的規則來改變其運動
，接觸力不會繼續增加。
   以可能實現的最大無源導納的概念為基礎
，ABB的工程師已構思出智能的控製方法，可以與現有先進的位控製方法實現無縫集成
，並保證在大多數普通生產環境下能夠實現穩定的



、輕柔的接觸。這種設計還能保證在力控製方式和位控製方式兩者之間的平穩轉換。     
   編程容易     
   具有主動的力控製功能的機器人雖然有很多優點，例如適應性強

、對不同用途可分別進行編程等
，但它還需要更先進的控製係統和合適的編程來規定機器人應該怎樣與外部的製約條件實現互動。現在，ABB已把研究工作的重點放在控製策略及其能力上，使機器人能夠在實現穩定而輕柔地接觸的同時，還能夠與外界物體實現互動。    
   yinrulifankuidegongnengzhinengshigongyejiqirennenggouduiwaijielizuochufanying
，danquebunenggaosujiqirendangzhuangpeilingjianshiyinggaizenyangyundong
，suoyi，likongzhizhinengrangyigejuyoushuncongxingdejiqirenjinliangqubimiandadejiechuli
，danmeiyouyizhongjizhishitakegenjulingjiandejihexingzhuangbajigelingjian（例如齒輪）裝zhuang配pei起qi來lai。這zhe時shi，裝zhuang配pei件jian之zhi間jian的de卡ka死si雖sui然ran可ke以yi預yu防fang
，但dan卻que無wu助zhu於yu讓rang這zhe些xie零ling件jian對dui中zhong。在zai不bu確que定ding性xing較jiao高gao的de情qing況kuang下xia進jin行xing裝zhuang配pei並bing非fei不bu可ke，但dan由you於yu有you許xu多duo可ke能neng的de接jie觸chu狀zhuang態tai在zai數shu學xue上shang仍reng不bu能neng對dui其qi進jin行xing處chu理li的de情qing況kuang，所suo以yi通tong過guo力li的de相xiang互hu作zuo用yong來lai修xiu正zheng機ji器qi人ren的de位wei置zhi的de確que是shi很hen困kun難nan的de。    
   ABBdejiejuefanganshitongguoyinruxiyinlidegainianshiyonghubaituofuzabianchengdefudan。tongyidaonaweijichudekuaisulikongzhibujinbaozhenglejiechushiqingroude
，erqiebeizhuangpeidelingjiannengdingweizaizhunquededuizhongweizhishang。suoyoudeduizhongyaoqiuyidandedaomanzu，jiqirenjiukeyikaishiduiqizhuanyonglingjianjinxingsousuobingjinxingzhuangpei。yigedianxingdezhuangpeichengxukeyijianhuaruxia：    
   *設定吸引力；    
   *設定搜索參數；    
   *設定目的地
；    
   *移動到開始點；    
   *啟動力控製
；    
   *如果接觸，啟動搜索；結束如果；    
   *如果達不到目的地，繼續搜索
；結束如果
；    
   *撤消搜索；撤消力控製；返回。    
   力量加敏捷     
   很hen明ming顯xian，被bei裝zhuang配pei的de零ling件jian越yue輕qing
，施shi加jia一yi個ge較jiao輕qing的de接jie觸chu力li就jiu越yue容rong易yi

，即ji使shi在zai手shou工gong裝zhuang配pei時shi也ye是shi這zhe樣yang。當dang裝zhuang配pei重zhong的de零ling件jian時shi
，要yao使shi允yun許xu的de接jie觸chu力li小xiao於yu零ling件jian的de重zhong量liang，並bing把ba零ling件jian移yi動dong到dao設she定ding的de位wei置zhi上shang就jiu不bu那na麼me容rong易yi了le，因yin為wei這zhe需xu要yao機ji械xie手shou抓zhua住zhu零ling件jian
，克ke服fu重zhong力li，同tong時shi還hai要yao完wan成cheng若ruo幹gan個ge裝zhuang配pei步bu驟zhou，這zhe種zhong工gong作zuo是shi錯cuo綜zong複fu雜za而er且qie很hen繁fan重zhong的de。     
   現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

，殼體裏麵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裏。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，同時在內部還必須裝上一根花鍵軸，這使裝配工作變得更加複雜。     
   為完成這項任務，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載能力為150kg，它能在無需幫助的情況下支撐零件的重量，並且不會出現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製在200N以下。正如試驗所證明的那樣，ABB機ji器qi人ren具ju有you先xian進jin的de力li控kong製zhi裝zhuang置zhi，能neng夠gou勝sheng任ren非fei常chang精jing密mi的de裝zhuang配pei工gong作zuo，即ji使shi裝zhuang配pei一yi些xie重zhong的de零ling件jian也ye不bu成cheng問wen題ti，因yin此ci適shi合he於yu各ge種zhong工gong業ye部bu門men進jin行xing裝zhuang配pei工gong作zuo。    
   性能優越，工作可靠    
   在汽車工業中, 對先進的力控製器所進行的試驗已令人信服地證明：它具有提高循環時間和在不同裝配作業中靈活應用的能力。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隻需要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於100N，在裝配時小於 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
，接觸力限製在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機器人控製器受到整個製造工業的稱讚，因為它的可靠性使機器人能夠表現出很多優越的性能。    
   有利於擴大應用市場    
   現在ABB又開發出一種可供選用的力控製器, 進jin一yi步bu提ti高gao了le其qi聲sheng譽yu。這zhe次ci開kai發fa的de技ji術shu本ben來lai主zhu要yao是shi用yong於yu汽qi車che工gong業ye裝zhuang配pei作zuo業ye的de
，但dan這zhe種zhong先xian進jin的de力li控kong製zhi技ji術shu有you可ke能neng使shi很hen多duo其qi他ta工gong業ye領ling域yu也ye能neng受shou益yi，尤you其qi是shi對dui於yu要yao求qiu“裝配完全正確，時間第一”的機械裝配工作中。