ABB工業(yè)機器人在自動化生產(chǎn)線上的應(yīng)用

楊淑玲?オ?

在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，需要大量的搬運工作。搬運作業(yè)是指用一種設(shè)備握持工件，是指從一個加工位置移到另一個加工位置。在早期生產(chǎn)中是由人力搬運，勞動強度大，效率低，隨著工廠自動化程度的不斷提高和生產(chǎn)節(jié)奏的加快，搬運工業(yè)機器人使用的越來越多，與傳統(tǒng)的搬運技術(shù)相比，工業(yè)機器人可安裝不同的末端執(zhí)行器以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動。世界上使用的搬運機器人逾10萬臺，被廣泛應(yīng)用于機床上下料、沖壓機自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼垛搬運、集裝箱等的自動搬運。部分發(fā)達(dá)國家已制定出人工搬運的最大限度，超過限度的必須由搬運機器人來完成。

一、引言

搬運機器人是近代自動控制領(lǐng)域出現(xiàn)的一項高新技術(shù)，涉及到了力學(xué)、機械學(xué)、電器液壓氣壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、單片機技術(shù)和計算機技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)體系中的一項重要組成部分。它的優(yōu)點是可以通過編程完成各種預(yù)期的任務(wù)，在自身結(jié)構(gòu)和性能上有了人和機器的各自優(yōu)勢，尤其體現(xiàn)出了人工智能和適應(yīng)性。

本文采用ABB出品的IRB 120型工業(yè)機器人，講述工業(yè)機器人在自動化生產(chǎn)線上，進(jìn)行搬運作業(yè)的應(yīng)用編程。

RB 120是ABB新型第四代機器人家族的最新成員，也是迄今為止ABB制造的最小機器人。IRB 120具有敏捷、緊湊、輕量的特點，控制精度與路徑精度俱優(yōu)，是物料搬運與裝配應(yīng)用的理想選擇。

（1）緊湊輕量。作為ABB目前最小的機器人，IRB 120在緊湊空間內(nèi)凝聚了ABB產(chǎn)品系列的全部功能與技術(shù)。其重量減至僅25kg，結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，幾乎可安裝在任何地方，比如工作站內(nèi)部，機械設(shè)備上方，或生產(chǎn)線上其他機器人的近旁。

（2）用途廣泛。IRB120廣泛適用于電子、食品飲料、機械、太陽能、制藥、醫(yī)療、研究等領(lǐng)域，進(jìn)一步增強了ABB新型第四代機器人家族的實力。這款6軸機器人最高荷重3kg（手腕（五軸）垂直向下時為4kg），工作范圍達(dá)580mm，能通過柔性（非剛性）自動化解決方案執(zhí)行一系列作業(yè)。IRB 120是實現(xiàn)高成本效益生產(chǎn)的完美之選，在有限的生產(chǎn)空間其優(yōu)勢尤為明顯。

（3）易于集成。IRB 120僅重25kg，出色的便攜性與集成性，使其成為同類產(chǎn)品中的佼佼者。該機器人的安裝角度不受任何限制。機身表面光潔，便于清洗；空氣管線與用戶信號線纜從底腳至手腕全部嵌入機身內(nèi)部，易于機器人集成。

（4）優(yōu)化工作范圍。除水平工作范圍達(dá)580mm以外，IRB 120還具有一流的工作行程，底座下方拾取距離為112mm。IRB 120采用對稱結(jié)構(gòu)，第2軸無外凸，回轉(zhuǎn)半徑極小，可靠近其他設(shè)備安裝，纖細(xì)的手腕進(jìn)一步增強了手臂的可達(dá)性。

（5）快速，精準(zhǔn)，敏捷。IRB 120配備輕型鋁合金馬達(dá)，結(jié)構(gòu)輕巧、功率強勁，可實現(xiàn)機器人高加速運行，在任何應(yīng)用中都能確保優(yōu)異的精準(zhǔn)度與敏捷性。

（6）IRC5緊湊型控制器。小型機器人的最佳“拍檔”緊湊化、輕量化的IRB 120機器人與IRC5緊湊型控制器這兩種新產(chǎn)品的完美結(jié)合，顯著縮小了占地面積，最適合空間緊張的應(yīng)用場合。

二、工作任務(wù)

傳送帶上工件運送到某一位置，傳感器檢測到后，傳送帶停止，機器人開始搬運，將貨物放到指定位置平臺上，同時報警燈亮，蜂鳴器響，提醒工作人員進(jìn)行下一步工序。

三、機器人與外部設(shè)備通訊

ABB 機器人提供了豐富的I/O通信接口，本工程采用ABB的標(biāo)準(zhǔn)I/O板DSQC652提供輸入信號（di）及輸出信號（do）處理。省去了原來與PLC進(jìn)行通訊設(shè)置的麻煩，并在機器人的示教器上就能監(jiān)控這些信號。DSQC652板是連接在Device Net現(xiàn)場總線下的設(shè)備，地址為10。其中X1、X2為數(shù)字輸出接口，提供16個數(shù)字輸入信號，X3、X4為數(shù)字輸入接口，提供16個數(shù)字輸出信號；X5為Device Net接口，通過X5接口與Device Net現(xiàn)場總線進(jìn)行通訊，網(wǎng)絡(luò)地址編號設(shè)置為10。

四、程序數(shù)據(jù)的設(shè)定

（1）工具數(shù)據(jù)tooldata的設(shè)定：工具數(shù)據(jù)tooldatash用于描述安裝在機器人第六軸上的工具的“工具中心點TCP”（Tool Center Poinr）、質(zhì)量、重心等參數(shù)數(shù)據(jù)，機器人自帶一個默認(rèn)的工具數(shù)據(jù)Tool0，期中工具重量為0，重心與TCP位置都在第六軸法蘭盤中心。本工程中機器人使用的是氣動夾具如圖所示，名稱為Tool1，單控電磁閥控制，通電時抓取貨物，斷電時放開貨物，由于本夾具與第六軸的中心點在X、Y軸重合，重心在默認(rèn)Tool0的Z方向上偏移300mm處，TCP點設(shè)定在夾具抓取貨物的中心點上，從默認(rèn)Tool0上的Z方向偏移了50mm，質(zhì)量為0.1kg，采用四點法定義TCP的位置數(shù)據(jù)。

（2）工件坐標(biāo)Wobjdata的設(shè)定：機器人的運動就是相對工件坐標(biāo)而言的，工件坐標(biāo)定義工件相對于大地坐標(biāo)的位置。本工程中利用平臺的平面設(shè)置工件坐標(biāo)Wobjdata1 。采用三點法進(jìn)行定義。

（3）目標(biāo)點位置數(shù)據(jù)的設(shè)置：機器人的路徑如圖所示共7點，空間位置為：P0：機器人工作起始點，P1：被抓取工件處的抓取點，P10：抓取工件點P1正上方30mm處，P11：P10正上方200mm處（也可以視現(xiàn)場具體情況做微調(diào)整）；P2：工件在平臺上的放置點，P20：放置工件點P2正上方30mm處，正上方P21：P20正上方200mm處（也可以視現(xiàn)場具體情況做微調(diào)整），這些目標(biāo)點通過示教器中單擊“修改位置”進(jìn)行確定。這些示教點可以在編寫程序的時候直接示教，也可以編寫程序完成后示教。

五、程序編寫

RAPID程序中包含了一連串控制機器人的指令，執(zhí)行這些指令可以實現(xiàn)對機器人的控制操作。ABB機器人編程所使用的語言是RAPID語言。它是一種高級語言。所包含的指令可以移動機器人，設(shè)置輸出、讀取輸入，還能實現(xiàn)決策、重復(fù)其他指令、構(gòu)造程序、與系統(tǒng)操作員交流等功能。本工程采用的是結(jié)構(gòu)化設(shè)計的方法，把工程分為幾個例行程序，在主程序中調(diào)用即可，這樣可以使得各個操作相對獨立，不會產(chǎn)生干擾，便于調(diào)試，修改。endprint

（1）程序模塊：RAPID程序是由程序模塊與系統(tǒng)模塊組成。通過新建程序模塊來構(gòu)建機器人的程序，而系統(tǒng)模塊多用于系統(tǒng)方面的控制。確定需要多少個程序模塊，是由應(yīng)用的復(fù)雜性所決定的。每一個程序模塊中包含了程序數(shù)據(jù)、例行程序、中段程序和功能等對象，而且它們之間是可以互相通用的。本工程為一個程序模塊，名稱：MODULE：Banyun。

（2）主程序：在RAPID程序中，只有一個主程序main，并且存在于任意一個程序模塊中，并且是作為整個RAPID程序執(zhí)行的起點。

（3）例行程序：機器人按功能區(qū)分，編制各種不同功能的例行程序，方便我們閱讀、調(diào)試程序。本工程中建立三個例行程序： 初始化程序rInitAll，傳送帶運行程序 rProc，機器人搬運程序rPick。

rInitAll：初始化程序，運行時，機器人先處于起始點，傳送帶為停止?fàn)顟B(tài)，氣動夾具為松開狀態(tài)，蜂鳴器停止蜂鳴， 紅燈滅。

rProc：傳送帶運行程序，按下啟動按鈕（di14）傳送帶（do1）通電運轉(zhuǎn)→傳感器（di14）檢測到有工件時→延時0.5s停止→機器人夾取工件→傳送帶運行，重復(fù)上述動作。

rPick：機器人搬運程序，當(dāng)傳感器檢（di14）檢測到有工件時啟動機器人按照之前示教的路徑搬運工件至平臺上。機器人的工作循環(huán)路徑為P0→P11→ P10→ P1 →延時延時0.5s→夾具通電夾取工件→延時延時0.5s →P10 →P11→ P21→ P20→ P2→延時0.5s→夾具斷電放松工件→延時延時0.5s → P20→ P21→ P0。機器人每完成一次循環(huán)，計數(shù)器計數(shù)一次、紅燈亮3s、蜂鳴器響3s 。運動速度為V500mm/s，接近物體時（P1與P10之間及P2與P20之間）速度為V20mm/s，轉(zhuǎn)彎半徑為Z50。搬運工件的數(shù)量由Parts記錄。

六、程序的調(diào)試

（1）校準(zhǔn)：ABB機器人六個關(guān)節(jié)軸都有一個機械原點的位置。可視實際具體情況，對機械原點的位置進(jìn)行計數(shù)器更新操作。

（2）確認(rèn)I/O信號，可以用仿真的方式強制外部的輸入/輸出信號，確保信號準(zhǔn)確。

（3）運行時先進(jìn)行手動模式操作，首先進(jìn)行空載運行，不能馬上夾取工件，觀機器人察的運行路徑是否符合技術(shù)要求，在反復(fù)確認(rèn)后再進(jìn)行工件夾取，先低速后高速，循序漸進(jìn)，保證調(diào)試順利進(jìn)行。程序手動調(diào)試完畢，再轉(zhuǎn)為自動模式。

（4）在調(diào)試運行機器人時，它可能會執(zhí)行一些意外的或不規(guī)范的運動。并且所有的運動會產(chǎn)生很大的力量，從而嚴(yán)重傷害個人和/或損壞機器人工作范圍內(nèi)的任何設(shè)備。所以時刻警惕與機器人保持足夠的安全距離。

七、機器人應(yīng)用注意事項

（1）機器人在接近工件時，手動操縱的速度盡可能的慢，在路徑上多添加示教點，以便加強路徑的可控性。

（2）當(dāng)氣動手爪抓緊工件時，要使機器人垂直上升，這時實用功能就可以實現(xiàn)Z軸方向偏移的操作。切記不要讓機器人運行軌跡發(fā)生傾斜，發(fā)生碰撞。

（3）在不同工位調(diào)整機器人的姿態(tài)時，盡量讓機器人在路徑上一邊運動一邊調(diào)整姿態(tài)。

（4）當(dāng)機器人離開工作區(qū)運動時，可以加快運行速度，節(jié)省操作時間。這需要在示教編程時根據(jù)實際情況來設(shè)定。

責(zé)任編輯朱守鋰endprint