机器人支持的操作力测量保证驾驶室质量

汽车驾驶室中运动部件操作力的可重复测量是保证质量稳定的一个关键因素。大众汽车在技术开发中将疲劳试验和自动化触觉测试的结果都纳入了产品规格和质量保证中。

“重新体验价值”是大众汽车新高尔夫的宣传口号。汽车内饰的高感知质量和功能是消费者做出购买决策的重要前提条件，也保证了客户的满意度。由于对光学、人体工程学和触觉方面的要求很高，因此驾驶室中移动组件的开发、测试和质量保证也占据重要的地位。

这对仪表板和中央控制台的通风口是一项特别挑战。为了操作仪表板和控制台，用户必须使出操作力，而此力量的和谐直接作为质量感知。对用于控制空气流的水平和垂直可调进气片和调节轮的可重复测量、操作力的分析和评价，为精心计算的规格和质量稳定保证提供了依据。

使用指针的模拟测量方法早已被智能机器人支持的测量和测试技术取代。自动记录的开发参数不仅被收入规格，而且还被收入随后的内嵌质量保证程序。

图1 配备了特殊力/转矩传感器的检测机器人收集和分析驾驶室内通风口的重要参数，为精确计算的规格和质量稳定保证提供了依据

测量和分析价值

为了测量和评价所需的操作力，近10年来，在大众汽车“内饰实验室”早已经使用了Battenberg Robotic的机器人。在测试中心，两个配有力/转矩传感器的6轴工业机器人既为数万周期的疲劳试验，也为触觉分析服务，对所有大众产品空调室的整个散热组成范围进行测试和优化。这包括种类繁多的通风口。

大众汽车技术开发部内饰实验室下属部门负责人Roland Bromm先生表示：“我们特别欣赏Battenberg测试系统的性能，原则上，这个被Battenberg称为“测量机器人”的系统为质量保证策略提供了一种手段。我们的所有部门已经认识到这种潜力，因此在我们两个主要部门的质量保证处也有两台Battenberg检测机器人。”为此，又朝着供应商实现100% EOL测试系统的目标迈进了一大步。测试的数据和程序可以不受地理限制地应用在质量保证上，由此形成闭合的附加价值链。

“通过Battenberg检测机器人获得的疲劳试验和触觉测试结果可以更精细的感知我们的产品质量，相应的参数被直接纳入组件优化程序。”Roland Bromm先生解释说。

图2 对于大众汽车新高尔夫的拱形通风口，为了测量参数，进气片架必须能在一个环形道上转动

在通风口进行三维力和转矩测量

但是，为什么在进行力行程测量时要使用机器人呢？其症结在于错综复杂的细节， Battenberg检测机器人在研究这些细节方面已有超过20年的经验。触觉测量和分析的专家一直使用6轴工业机器人，通过将其灵活性与测量传感器结合，能够非常完整地反映人类触觉。毕竟操作人员从未线性地使用指尖，而总是三维运动，并针对不同的阻力施加不同的压力。这种复杂的、难以用线性系统实现的运动，只能通过移动式多关节机器人来完成，此机械手可以携带各种用于操作控制杆和操作轮的传感器和装置。这样，测试系统的灵活性为通风口的检查提供了多种选择。

记录测量值和相应机械手位置之间的信息交往通过所涉及的组件的实时控制完成。每单位长度的测量数值对于即使是最小力变化的空间分辨率和表达都至关重要。测量机器人掌握这些精确表示和更多的功能。测量移动中，机器人测量所施加力矢量的空间组成，即X轴、Y轴和Z轴的力和转矩矢量。

如果使用一个单轴线性系统，在每次测试移动前必须将力传感器定位在运动方向。

图3 为了进行驾驶室运动组件的疲劳试验和触觉分析以及保证质量，大众汽车使用了多台Battenberg 测试设备

触觉曲线与空程，起动力和中控锁

如果涉及的是体积流量控制轮的触觉测量，在线性轴基础上的测试系统早已达到自己的极限。因为这里只有两个相互垂直力量的同时测量能够提供切合实际的结果。操作控制轮时，除了操作方向上的实际操作力还需施加按压力，以便产生静摩擦，使手指不滑落。对此，操作人员会不知不觉的自动调整。机器人将此真实模拟分为两阶段完成：首先，使用预定压紧力将工具压靠在控制轮上；在第二阶段中，机器人借助控制算法将压紧力保持恒定，同时向按压方向垂直移动。

用于水平调整通风口进气片操作力测量的设计要求不高。进气片架进行从左到右和/或返回的直线运动就足够。典型的力－位移特性曲线是通过进气片架触摸探头后的峰值表现的。起动力的原因通常是塑料部件之间的高静摩擦力。随后，力－位移特性曲线的走向描述了进气片的实际设置。调整区域中心力的突然变化，标出所谓的中控锁。以此方式告知操作员，通过其触觉感觉已达中心位置。

图4 摩擦轮示例性的力/转矩测量的评价甚至显示起动转矩和中控锁之间的最小波动

在垂直位移运动的背景下进行拱形通风口的参数测量，是对计量技术的一个挑战。进气片架必须在环形道上移动，因此，严格来说，不是测量操作力，而是操作转矩。虽然通过延长进气片架可能增加了弧形，但应在计算中考虑到导致较大致动行程和较小操作力的杠杆效应。

客观评价与和谐因子

将所测量的力和转矩与机器人路径信息结合以及它们的分析和管理由完善的Battenberg软件RobFlow 2.1.5.执行。在与马尔堡触觉专家计算出的和谐因子的相关分析中，所测量的触觉曲线被作为评价感知值的一种手段。在大众汽车的技术发展中仍然由人作决定。为了评估触觉和相应的优化方案，大众汽车还专门成立了一个触觉团队。