ABB型智能化機(jī)械設(shè)備的分析與應(yīng)用

徐云蛟 殷美琳

摘要：ABB型機(jī)器人常用于金屬的焊接，切面的涂刷，流水線搬運(yùn)與弧度切割等操作的智能化機(jī)械設(shè)備。這類機(jī)型主要用于生產(chǎn)小型機(jī)床，隨著生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，中小型機(jī)床漸漸在東南亞、非洲等地區(qū)占有了非常大的市場。在小型機(jī)床的生產(chǎn)流水線中，該類機(jī)型尤其是ABB型的智能化設(shè)備使用PLC控制，靈活方便，起到了至關(guān)重要的作用。通過對機(jī)器人主要結(jié)構(gòu)和功能特點的分析，以及對控制面板基本應(yīng)用操作的介紹。讓工程師更多地了解該類型機(jī)器人的工作特點，減少實際操作中遇到的困惑和突發(fā)情況。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手;示教器;操作指令

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）20-0235-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 概述

ABB型機(jī)器人是瑞典機(jī)器人生產(chǎn)商ABB公司的產(chǎn)品，常用于金屬的焊接，切面的涂刷，流水線搬運(yùn)與弧度切割等操作的智能化機(jī)械設(shè)備。這類機(jī)型主要用于小型機(jī)床的生產(chǎn)過程，例如：小型家用車床、小型鉆銑床、小型多功能機(jī)床、小型數(shù)控機(jī)床等。在生產(chǎn)流水線中，該類機(jī)型的智能化設(shè)備使用PLC控制，靈活方便，起到了至關(guān)重要的作用。

2 ABB機(jī)器人分析

ABB機(jī)器人主要結(jié)構(gòu)為機(jī)械手和控制柜兩部分。機(jī)械手是ABB機(jī)器人的工作部分，通過機(jī)械手可以完成生產(chǎn)線上的焊接、涂刷、搬運(yùn)及切割等操作。機(jī)械手由六個獨(dú)立的轉(zhuǎn)軸組成的一個空間六桿開鏈機(jī)構(gòu)。該六個獨(dú)立轉(zhuǎn)軸從上到下分別命名為J6、J5、J4、J3、J2、J1，其中J1、J4、J6三個轉(zhuǎn)軸可進(jìn)行左右轉(zhuǎn)動，J2轉(zhuǎn)軸可進(jìn)行前后移動，J3、J5兩個轉(zhuǎn)軸可進(jìn)行上下移動。空間六桿開鏈機(jī)構(gòu)在理論上可達(dá)到運(yùn)動范圍內(nèi)空間的任何一點[1]。

機(jī)械手能夠靈活工作是由于六個轉(zhuǎn)軸均由各自獨(dú)立的AC伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。每個AC伺服電機(jī)均有編碼器，可以單獨(dú)對每個電機(jī)進(jìn)行編碼。并且每個轉(zhuǎn)軸都帶有一個齒輪箱，用于轉(zhuǎn)軸運(yùn)動精度的控制，使機(jī)械手綜合運(yùn)動精度達(dá)正負(fù)0.05mm至正負(fù)0.2mm[2]。機(jī)械手帶有的手動松閘按鈕，可以便于工程師在日常維護(hù)等工作中，快速拆裝并進(jìn)行內(nèi)部線路維護(hù)。

機(jī)械手上還有很多輔助的性能，如帶有平衡氣缸及彈簧可用于搬運(yùn)過程中的穩(wěn)定性;帶有串口測量板（SMB），測量板配備了六節(jié)可充電的鎳鉻電池，可防止意外斷電而丟失數(shù)據(jù)。

智能機(jī)器人的控制柜是用來控制機(jī)械手做運(yùn)動的?？刂乒裼赏庥^的操作臺和內(nèi)部的控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及其他主要部件構(gòu)成。

首先，外觀的操作臺主要有主電源開關(guān)、示教器、操作面板和磁盤驅(qū)動器這四個部分組成。其中Teach Pendant是用來進(jìn)行機(jī)器人的手動操作、程序編寫、參數(shù)配置以及監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。其次，控制系統(tǒng)主要由Robot computer board、Memory board、Memory board、Main computer board、Optional boards、Communication boards所構(gòu)成。Robot computer board是機(jī)器人計算機(jī)板，用于控制運(yùn)動與輸入/輸出通訊; Memory board是存貯板，用于增加額外的內(nèi)存。Main computer board是主計算機(jī)板，含有8M 內(nèi)存，用于控制整個系統(tǒng)。Communication boards是通訊板，用于網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場總線通訊[3]。然后，驅(qū)動系統(tǒng)主要由DC link、Drive module所構(gòu)成。其中DC link作用是將三相交流電轉(zhuǎn)換為三相直流電，并給設(shè)備供電; Drive module是用于控制轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩，每個單元控制2-3根轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)距。最后，電源系統(tǒng)主要由Transformer、Supply unit所構(gòu)成。其中Transformer是進(jìn)電變壓器。Supply unit是直流供電單元，用于整流輸出電壓及短路保護(hù)[4]。

3 控制面板基本操作應(yīng)用

機(jī)器人的操作分為三種模式，分別為自動模式、手動限速模式和手動全速模式。在自動模式下，機(jī)器人工作時的編程功能被鎖定，不能修改。手動限速模式可以在機(jī)器人程序測試時使用，它的速度小于250mm/s。手動全速模式盡量在技術(shù)經(jīng)驗豐富的工程師作程序測試時使用，一般情況下，普通員工不能隨意使用該模式進(jìn)行測試。這三種模式可用對應(yīng)的鑰匙在操作面板的操作模式選擇器進(jìn)行操作選擇。

在操作面板的操作模式選擇器中選擇相應(yīng)模式后，即可在示教器的觸摸屏中通過不同按鍵來進(jìn)行查看及操作控制機(jī)器人。示教器觸摸屏的按鍵按其功能分為窗口鍵、導(dǎo)航鍵、運(yùn)動控制鍵、其他功能鍵、自定義鍵這五個區(qū)域。

（1）Windows keys （窗口鍵） 區(qū)域

進(jìn)入窗口鍵區(qū)域，該類按鍵使示教器中顯示區(qū)域顯示出不同的操作窗口。最常用的有Jogging（操縱窗口），它可以使觸摸屏中顯示機(jī)器人的當(dāng)前位置以及當(dāng)前坐標(biāo)系。進(jìn)入操縱窗口后，在顯示屏右側(cè)Robot pos中顯示機(jī)器人當(dāng)前位置。當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動模式為直線運(yùn)動或姿態(tài)運(yùn)動時，顯示屏顯示機(jī)器人當(dāng)前X、Y、Z坐標(biāo)值與空間姿態(tài)值Q1、Q2、Q3、Q4。根據(jù)基坐標(biāo)系、機(jī)器人工具TCP或工件坐標(biāo)系的不同選擇，數(shù)值會發(fā)生變化[5]。

其次是Program（編程窗口），它可以使觸摸屏中顯示編程窗口，可用于編程及測試。Program memory是機(jī)器人的程序儲存器，由Program（應(yīng)用程序）和System modules（系統(tǒng)模塊）組成。在機(jī)器人程序儲存器中，只允許存在一個主程序，其余所有例行程序與數(shù)據(jù)無論存在于哪個模塊，全部被系統(tǒng)共享，所有例行程序與數(shù)據(jù)除特殊定義外，名稱必須是唯一的[6]。

（2）Navigation Keys （導(dǎo)航鍵）區(qū)域

導(dǎo)航鍵中的控制主要是使光標(biāo)在示教器屏幕中幾個區(qū)域切換，不同區(qū)域間通常以雙實線進(jìn)行分割。還可以使光標(biāo)向上或向下快速移動;向前或向后進(jìn)行翻頁以及光標(biāo)單步移動等。

（3）Motion Keys （運(yùn)動控制鍵）區(qū)域

在手動狀態(tài)下， 該區(qū)域主要負(fù)責(zé)對機(jī)器人本體和設(shè)備所控制的一些其他機(jī)械裝置之間進(jìn)行切換的操作。當(dāng)光標(biāo)指向“機(jī)器人”標(biāo)志，表示可用操縱桿操縱機(jī)器人本體運(yùn)動。當(dāng)光標(biāo)指向“外軸運(yùn)動單元”標(biāo)志時，表示可以對操縱桿外軸進(jìn)行操作，根據(jù)上文分析中可知，一臺機(jī)器人最多可控制J1至J6這六個外軸。

當(dāng)使用操縱桿操作時，可在操縱窗口中鎖定操縱桿操縱方式。在操縱窗口中，使光標(biāo)定位到選項Joystick lock后，在None、前后、左旋轉(zhuǎn)、右旋轉(zhuǎn)四種操縱選擇一種。然后操縱操縱桿做出相應(yīng)動作。

如果要使機(jī)器人在直線運(yùn)動與姿態(tài)運(yùn)動之間進(jìn)行切換，可以使用Motion Type 1（運(yùn)動模式切換鍵1）。機(jī)器人有四種不同的坐標(biāo)系可以選擇，分別是大地坐標(biāo)系、基礎(chǔ)坐標(biāo)系、工具坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系。使光標(biāo)指向直線運(yùn)動標(biāo)志，就能使機(jī)器人保持在工具姿態(tài)不變的同時，沿著坐標(biāo)軸做線性移動。

而Motion Type 2（運(yùn)動模式切換鍵2）是用來控制運(yùn)動姿態(tài)的。當(dāng)光標(biāo)指向Reorientation（姿態(tài)運(yùn)動）時，可通過運(yùn)動模式切換鍵2來設(shè)定機(jī)器人姿態(tài)運(yùn)動模式。它分為單軸運(yùn)動、第一組運(yùn)動及第二組運(yùn)動三種選擇鍵。其中第一組為1、2、3軸，第二組為4、5、6軸。當(dāng)Motion Type 1光標(biāo)指向重新定位標(biāo)志時，可對機(jī)器人姿態(tài)運(yùn)動模式進(jìn)行切換。

在運(yùn)動過程中如果要手動控制機(jī)器人的速度，可以使用Incremental（點動操縱鍵）來啟動或關(guān)閉點動操作功能。在該模式下，使光標(biāo)定位于選項Incremental后，在None、Small、Medium、Large、User五種選項中選擇一項，再按相應(yīng)功能鍵選擇相應(yīng)速度。當(dāng)機(jī)器人處于點動狀態(tài)時，每動下?lián)u桿，機(jī)器人移動一步，搖桿傾斜超過1秒鐘后，機(jī)器人以每秒10步的速度連續(xù)移動，直到搖桿復(fù)位[7]。

（4）Other Keys （其他功能鍵）區(qū)域

這部分包括停止或終止機(jī)器人程序運(yùn)行的Stop（停止鍵）;調(diào)節(jié)顯示器對比度的Contrast（光亮鍵）;顯示各種命令的下拉式菜單Menu Keys（菜單鍵）;可以直接選擇各種指令的Function Keys（功能鍵）;以及進(jìn)入光標(biāo)所示數(shù)據(jù)，或確認(rèn)所選數(shù)據(jù)最常用的Enter（回車鍵）。

需要注意的是Delete（刪除鍵）在非機(jī)器人操作時，只刪除顯示屏所選擇數(shù)據(jù);在機(jī)器人操作時，可刪除任何數(shù)據(jù)、文件、目錄等。

（5）Programmable keys （自定義鍵）區(qū)域

此部分共有五個自定義按鍵。工程師可以自定義它的功能。每個按鍵可控制一個模擬輸入信號或一個輸出信號及端口。

4 總結(jié)

在實際操作中，需要注意以下幾個方面。第一，相對機(jī)器人手爪姿勢的變化，在移動距離相對較短，并且使用了直線指令的情況下，即使指令設(shè)定較遲，機(jī)器人也可能以最高速度完成動作。第二，如果各軸在點動操作以外的手動操作時，J3至J5角度超過180度動作，并且J4軸又要回轉(zhuǎn)的情況下，電纜回轉(zhuǎn)可能比較困難?？筛鶕?jù)各軸點操作不同，制定相應(yīng)機(jī)器人姿勢，在程序上使用不同的軸指令。第三，將對象機(jī)器人放置在預(yù)定領(lǐng)域，采用互鎖信號，減小干涉領(lǐng)域，盡量避免干涉。

參考文獻(xiàn)：

[1]佚名，ABB機(jī)器人操作[EB/OL] https：//wenku.baidu.com/view/5bd5c4fbc67da26925c52cc58bd63186bceb9206.html，2017.9

【通聯(lián)編輯：梁書】