協(xié)作機器人維修中，安全力矩限制器的測試需結(jié)合國際標(biāo)準(zhǔn)、廠商規(guī)范及實際應(yīng)用場景，確保其在人機協(xié)作中能及時響應(yīng)異常力矩。以下是具體測試方法及操作指南：
一、核心測試標(biāo)準(zhǔn)與原理
1. 國際標(biāo)準(zhǔn)要求
ISO 10218-1:2021：規(guī)定協(xié)作機器人需具備四種協(xié)作模式，其中 “力和力矩限制” 要求通過內(nèi)置設(shè)計限制接觸力。
ISO/TS 15066：明確力和壓力測量的安全閾值，例如碰撞力需≤150N(針對手臂)，壓力需≤50N/cm²。
TÜV 南德認(rèn)證：需通過機械安全、電氣安全及功能安全評估，包括力矩限制器的響應(yīng)時間和閾值精度。
2. 測試原理
力矩傳感器：通過六維力傳感器(如 Hypersen HPS-FT060e)實時監(jiān)測關(guān)節(jié)力矩，精度需達 ±0.5% FS。
動態(tài)碰撞模擬：模擬人體不同部位(如手指、手臂)與機器人的接觸，驗證力矩限制器的觸發(fā)閾值。
二、測試方法與步驟
1. 靜態(tài)測試(校準(zhǔn)階段)
設(shè)備準(zhǔn)備：
高精度扭矩傳感器(如 Robotiq FT 300-S，量程 ±300N?m)。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(如 NI CompactDAQ，采樣率≥2000Hz)。
操作流程：
零位校準(zhǔn)：將機器人置于靜止?fàn)顟B(tài)，記錄傳感器零位數(shù)據(jù)。
階梯力矩加載：通過扭矩扳手向關(guān)節(jié)施加預(yù)設(shè)力矩(如 5N?m、10N?m)，驗證力矩限制器是否在閾值內(nèi)觸發(fā)停機。
閾值驗證：對比廠商規(guī)定的觸發(fā)閾值(如 ISO/TS 15066 要求≤150N?m)，允許誤差 ±5%。
2. 動態(tài)測試(運行階段)
場景模擬：
瞬態(tài)碰撞：使用彈性碰撞頭(如 K1 壓力元件)以 2m/s 速度撞擊機器人末端，監(jiān)測力矩峰值是否≤150N。
準(zhǔn)靜態(tài)擠壓：將機器人與固定障礙物接觸，逐步增加壓力至 50N/cm²，驗證力矩限制器是否在 30ms 內(nèi)響應(yīng)。
設(shè)備配置：
碰撞測試臺(如合肥雄強數(shù)控的扭矩試驗機)，支持速度和壓力精確控制。
高速攝像機(如 Phantom v2111，幀率≥1000fps)用于分析碰撞過程。
3. 軟件與功能驗證
參數(shù)設(shè)置檢查：
確認(rèn)控制器中力矩閾值參數(shù)與硬件匹配(如 ABB 機器人通過 FlexPendant 設(shè)置)。
驗證安全監(jiān)控模式(如安全監(jiān)控停止、手動指引)下的力矩限制功能。
故障注入測試：
模擬傳感器斷線或信號干擾，檢查機器人是否觸發(fā)緊急停機。
通過 Force Copilot 等軟件模擬異常力矩，驗證控制策略(如反彈或停止)。
三、注意事項與合規(guī)性
1. 安全防護：
測試區(qū)域需設(shè)置安全圍欄，配備緊急停止按鈕。
操作人員需穿戴防護裝備(如安全帽、護目鏡)。
2. 校準(zhǔn)周期：
力矩傳感器每 6 個月需校準(zhǔn)一次，使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼(精度 ±0.1%)。
動態(tài)測試設(shè)備每年需通過第三方機構(gòu)認(rèn)證(如 TÜV 南德)。
3. 文檔記錄：
保存測試數(shù)據(jù)(如力矩 - 時間曲線)、校準(zhǔn)證書及故障日志。
生成符合 ISO 10218-1 的測試報告，包含閾值偏差、響應(yīng)時間等指標(biāo)。
四、廠商特定測試流程
1. Universal Robots(UR)
工具：Force Copilot 軟件 + FT 300 傳感器。
步驟：
通過 PolyScope 設(shè)置力矩閾值(如 150N?m)。
運行 “Collision Detection” 節(jié)點，模擬碰撞并記錄觸發(fā)時間。
驗證電機電流與力矩傳感器數(shù)據(jù)的一致性。
2. KUKA
工具：Sunrise.OS Med 操作系統(tǒng) + ATI NET F/T 傳感器。
步驟：
在 WorkVisual 中配置 ForceTorqueControl 參數(shù)。
執(zhí)行 “Sensor Guided Motion” 測試，驗證傳感器引導(dǎo)運動的精度。
通過 RSI 接口實時監(jiān)控力矩數(shù)據(jù)，確保觸發(fā)閾值偏差≤5%。
3. ABB
工具：FlexPendant + 六維力傳感器。
步驟：
在控制面板中啟用 “Safety Torque Off” 功能。
進行 “Dynamic Stop Test”，測量緊急停機時間(需≤50ms)。
模擬過載(如 110% 額定力矩)，驗證停機邏輯。
通過以上方法，可系統(tǒng)驗證安全力矩限制器的性能，確保協(xié)作機器人在維修后符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)，保障人機協(xié)作環(huán)境的可靠性。建議結(jié)合廠商文檔(如 UR 的《Safety Manual》)及第三方認(rèn)證機構(gòu)(如 TÜV 南德)的指導(dǎo)，制定個性化測試方案。
