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阻抗和导纳的概念也有助于理解机器人的力控制（力和速度的关系非常重要，阻抗被定义为力除以速度，而导纳则是它的倒数。在力控制中，“导纳”是作为在稳定性和性能方面了解系统行为的一种方法）。沿着每个自由度，在两个或更多的物理系统之间的瞬时能流通量（power flow）可以定义为两个共轭变量〔作用力/力和流量/速度〕的乘积，但是, 这里有一个明显的物理制约，那就是一个系统不能确定两个变量。一个机械手可以沿着任何一个自由度对它的外界物体施加一个力或一个位移或速度，但不能两者都兼顾到，因此，一个装配机器人应该有导纳的特性，可以接受力（输入）并产生运动（输出），这可以理解为：在装配时一旦感觉到有接触力，机器人就应该按照控制的规则来改变其运动，接触力不会继续增加。

以可能实现的最大无源导纳的概念为基础，ABB的工程师已构思出智能的控制方法，可以与现有先进的位控制方法实现无缝集成，并保证在大多数普通生产环境下能够实现稳定的、轻柔的接触。这种设计还能保证在力控制方式和位控制方式两者之间的平稳转换。

编程容易

具有主动的力控制功能的机器人虽然有很多优点，例如适应性强、对不同用途可分别进行编程等，但它还需要更先进的控制系统和合适的编程来规定机器人应该怎样与外部的制约条件实现互动。现在，ABB已把研究工作的重点放在控制策略及其能力上，使机器人能够在实现稳定而轻柔地接触的同时，还能够与外界物体实现互动。

引入力反馈的功能只能使工业机器人能够对外界力作出反应，但却不能告诉机器人当装配零件时应该怎样运动，所以，力控制只能让一个具有顺从性的机器人尽量去避免大的接触力，但没有一种机制使它可根据零件的几何形状把几个零件（例如齿轮）装配起来。这时，装配件之间的卡死虽然可以预防，但却无助于让这些零件对中。在不确定性较高的情况下进行装配并非不可，但由于有许多可能的接触状态在数学上仍不能对其进行处理的情况，所以通过力的相互作用来修正机器人的位置的确是很困难的。

ABB的解决方案是通过引入吸引力的概念使用户摆脱复杂编程的负担。同以导纳为基础的快速力控制不仅保证了接触是轻柔的，而且被装配的零件能定位在准确的对中位置上。所有的对中要求一旦得到满足，机器人就可以开始对其专用零件进行搜索并进行装配。一个典型的装配程序可以简化如下：

● 设定吸引力；
● 设定搜索参数；
● 设定目的地；
● 移动到开始点；
● 启动力控制；
● 如果接触，启动搜索；结束如果；
● 如果达不到目的地，继续搜索；结束如果；
● 撤消搜索；撤消力控制；返回。

力量加敏捷

很明显，被装配的零件越轻，施加一个较轻的接触力就越容易，即使在手工装配时也是这样。当装配重的零件时，要使允许的接触力小于零件的重量，并把零件移动到设定的位置上就不那么容易了，因为这需要机械手抓住零件，克服重力，同时还要完成若干个装配步骤，这种工作是错综复杂而且很繁重的。

现在举一个福特汽车装配F/N液力变矩器壳体的例子。该壳体重量约25kg，壳体里面有一个双花键的齿轮组，还要把一个齿轮泵插进这个齿轮组里。齿轮泵的密封是很重要的，因此在插入时要非常小心, 无论如何都要确保不能损坏，同时在内部还必须装上一根花键轴，这使装配工作变得更加复杂。

为完成这项任务，ABB的机器人解决方案最终选择了IRB6400机器人，这种机器人的有效负载能力为150kg，它能在无需帮助的情况下支撑零件的重量，并且不会出现任何额外有的接触力。试验表明，IRB6400机器人能处理的总重量为75kg（包括零件、抓手和力传感器的重量），而且仍然能把接触力限制在200N以下。

正如试验所证明的那样，ABB机器人具有先进的力控制装置，能够胜任非常精密的装配工作，即使装配一些重的零件也不成问题，因此适合于各种工业部门进行装配工作。

性能优越，工作可靠

在汽车工业中, 对先进的力控制器所进行的试验已令人信服地证明：它具有提高循环时间和在不同装配作业中灵活应用的能力。在离合器装配的例子中，安装了IRB4400机器人的工作单元把部件插入的时间平均只需要5.7s（如果用手工装配，插入时间一般需要15～20s），最初接触时的反作用力小于100N，在装配时小于80N。另一个例子是F/N液力变矩器的装配，平均需要时间6.98s，接触力限制在200N。值得注意的是，该装配过程允许的定位误差仅为±2mm。

ABB的S4Cplus机器人控制器受到整个制造工业的称赞，因为它的可靠性使机器人能够表现出很多优越的性能。

有利于扩大应用市场

现在ABB又开发出一种可供选用的力控制器, 进一步提高了其声誉。

这次开发的技术本来主要是用于汽车工业装配作业的，但这种先进的力控制技术有可能使很多其他工业领域也能受益，尤其是对于要求“装配完全正确，时间第一”的机械装配工作中。(end)

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关键词： 汽车动力总成装配工业机器