工業(yè)機(jī)器人Smart組件夾具的應(yīng)用研究

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；ABBRobotStudio；仿真；Smart組件

0引言

隨著工業(yè)4.0浪潮的推進(jìn)，智能制造已成為制造業(yè)革新的核心力量。在這一浪潮中，ABB工業(yè)機(jī)器人（簡(jiǎn)稱“機(jī)器人”）的智能（Smart）組件夾具技術(shù)，憑借其卓越性能，引領(lǐng)了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的新變革。

Smart組件夾具融合了先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)理念、高精度的傳感器技術(shù)和智能控制算法，實(shí)現(xiàn)了夾具的智能化與自動(dòng)化操作。這一創(chuàng)新技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)捕獲工件信息，并據(jù)此自動(dòng)調(diào)整夾持力度和位置，大幅提升了生產(chǎn)效率，同時(shí)降低了操作難度。更重要的是，其自動(dòng)對(duì)接和通信功能減少了人工干預(yù)，進(jìn)一步增強(qiáng)了生產(chǎn)線的穩(wěn)定性和可靠性[1]。

Smart組件夾具的應(yīng)用不僅提升了產(chǎn)品質(zhì)量，更推動(dòng)了工業(yè)制造的柔性化生產(chǎn)。面對(duì)市場(chǎng)需求的變化，企業(yè)能夠快速調(diào)整生產(chǎn)線，而Smart組件夾具憑借其快速更換和靈活調(diào)整特性，為企業(yè)生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的支持。盡管該技術(shù)擁有顯著優(yōu)勢(shì)，但在提高夾具精度、增強(qiáng)穩(wěn)定性和降低成本方面，仍需要持續(xù)的研究與探索。

ABB工業(yè)機(jī)器人的Smart組件夾具研究，為工業(yè)制造智能化、自動(dòng)化發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。它不僅助力了制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，而且還提高了企業(yè)生產(chǎn)效率、增強(qiáng)了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。未來(lái)，隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，Smart組件夾具將在工業(yè)制造中發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

1搬運(yùn)工作站

搬運(yùn)工作站（簡(jiǎn)稱“工作站”）在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用廣泛，其核心功能在于實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)化搬運(yùn)與碼垛。這一工作站通常由機(jī)器人、末端執(zhí)行器、機(jī)器人控制柜以及存放單元等關(guān)鍵組件構(gòu)成。在操作過程中，待搬運(yùn)的工件首先由人工或?qū)ｉT的運(yùn)輸裝置放置在預(yù)設(shè)的起始位置。一旦工件就緒，傳感器便會(huì)向機(jī)器人發(fā)送信號(hào)，觸發(fā)搬運(yùn)工作。機(jī)器人隨后通過其末端執(zhí)行器，即夾具，精準(zhǔn)地抓取工件，并將其搬運(yùn)至指定的料架上。在料架上，機(jī)器人可根據(jù)生產(chǎn)需求，按照特定的順序或結(jié)構(gòu)進(jìn)行疊放[2]。

在搬運(yùn)工作站的眾多組件中，夾具式末端執(zhí)行器扮演著至關(guān)重要的角色。這種執(zhí)行器具有極高的靈活性，能夠適應(yīng)不同形狀、尺寸和重量的工件，從而實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的搬運(yùn)操作。本文選用ABBIRB120桌面小型工業(yè)機(jī)器人作為搬運(yùn)工具，將一個(gè)正方形工件從一個(gè)位置搬運(yùn)到另一個(gè)指定位置。這款機(jī)器人憑借其出色的經(jīng)濟(jì)性和靈活性，能夠輕松應(yīng)對(duì)各種搬運(yùn)任務(wù)。其緊湊的設(shè)計(jì)和精確的運(yùn)動(dòng)控制使得它在狹小的空間內(nèi)也能夠展現(xiàn)卓越的性能。采用系統(tǒng)自帶的Gripper作為末端執(zhí)行器。這種執(zhí)行器經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠穩(wěn)定地抓取各種形狀的工件，并確保在搬運(yùn)過程中工件不會(huì)脫落或損壞。其他輔助設(shè)備，如存放單元、傳感器和控制系統(tǒng)等，均通過專業(yè)的系統(tǒng)建模軟件進(jìn)行創(chuàng)建并導(dǎo)入。這些設(shè)備在仿真環(huán)境中與機(jī)器人和執(zhí)行器無(wú)縫集成，共同構(gòu)建一個(gè)高效、穩(wěn)定的搬運(yùn)工作站。

通過搭建仿真工作站，研究人員可以對(duì)搬運(yùn)過程進(jìn)行詳細(xì)的模擬和分析，從而優(yōu)化工作站的布局、提升搬運(yùn)效率，并為實(shí)際生產(chǎn)中的操作提供技術(shù)支持。

2工作站仿真設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際工作任務(wù)的具體要求，利用ABBRobotStudio進(jìn)行離線編程，可以對(duì)搬運(yùn)工作站進(jìn)行詳細(xì)的布局設(shè)計(jì)、高效的搬運(yùn)流程規(guī)劃、Smart組件的定制以及輸入/輸出（input/output，I/O）連接和邏輯設(shè)定等操作。

根據(jù)工作環(huán)境和工件的特點(diǎn)，研究人員需要對(duì)RobotStudio中的工作站進(jìn)行布局設(shè)計(jì)。這包括確定機(jī)器人的安裝位置、工件存放區(qū)的位置、料架的布局等。通過精確的布局設(shè)計(jì)，可以確保機(jī)器人在工作過程中能夠自由地移動(dòng)，避免碰撞和干擾。為了滿足不同工件的需求，研究人員需要定制Smart組件。這些組件可以根據(jù)工件的形狀、尺寸和重量進(jìn)行定制，確保夾具能夠穩(wěn)定地抓取工件，并在搬運(yùn)過程中保持工件的穩(wěn)定性和安全性。在完成Smart組件設(shè)計(jì)后，研究人員還需要進(jìn)行I/O連接設(shè)計(jì)。這包括確定傳感器、執(zhí)行器等設(shè)備與機(jī)器人控制柜之間的連接方式和信號(hào)傳輸協(xié)議。正確的I/O連接設(shè)計(jì)可以保證機(jī)器人準(zhǔn)確地感知工件的位置和狀態(tài)，并實(shí)時(shí)調(diào)整搬運(yùn)策略。

2.1工作站布局規(guī)劃

根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要，先將工作站自定義的工作臺(tái)中待搬運(yùn)的木塊，從初始位置移動(dòng)到目標(biāo)位置。本系統(tǒng)包括型號(hào)為ABBIRB120的經(jīng)濟(jì)型機(jī)器人、工作臺(tái)、夾具式末端執(zhí)行器、待搬運(yùn)的木塊。搬運(yùn)工作站布局規(guī)劃如圖1所示。

2.2搬運(yùn)流程設(shè)計(jì)

在整個(gè)系統(tǒng)工作開始之前，由上一個(gè)流程的傳送帶將待搬運(yùn)的方塊傳送到指定位置，然后由可編程邏輯控制器（programmablelogiccontroller，PLC）發(fā)送信號(hào)給機(jī)器人，機(jī)器人接收到指令后，按照既定的工序開始移動(dòng)，把待搬運(yùn)的工件搬運(yùn)到指定的工作臺(tái)上，機(jī)器人回到初始位置，然后等待下一個(gè)搬運(yùn)指令。通過循環(huán)以上步驟，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人不間斷工作[3]。

2.3Smart組件設(shè)計(jì)

Smart組件可以應(yīng)用于動(dòng)畫仿真領(lǐng)域，尤其適用于復(fù)雜動(dòng)畫效果的模擬項(xiàng)目。相較于傳統(tǒng)示教指令法，其效率與準(zhǔn)確性更高。機(jī)器人吸附式末端執(zhí)行器組件屬性連接關(guān)系如圖2所示。在機(jī)器人吸附式末端執(zhí)行器中，Smart組件通過“Attacher”安裝對(duì)象、“Detacher”拆除對(duì)象，實(shí)現(xiàn)了抽真空與真空破壞的效果。根據(jù)LineSensor精準(zhǔn)檢測(cè)吸盤與物料是否接觸，再通過LogicGate處理數(shù)字信號(hào)以實(shí)現(xiàn)精確的邏輯運(yùn)算，從而使整體設(shè)計(jì)更加緊湊高效。各組件屬性連接清晰，為物料搬運(yùn)仿真項(xiàng)目提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，確保操作精準(zhǔn)無(wú)誤，提升整體效率。

2.4I/O信號(hào)創(chuàng)建與連接

在機(jī)器人的物料搬運(yùn)仿真中，末端執(zhí)行器的虛擬吸附動(dòng)作受外部信號(hào)控制。執(zhí)行器完成動(dòng)作后，就可以把信號(hào)實(shí)時(shí)反饋給機(jī)器人。在離線編程中，通過連接機(jī)器人的動(dòng)作信號(hào)與SmartI/O信號(hào)，機(jī)器人能夠直接控制Smart組件。為了精準(zhǔn)控制吸附式末端執(zhí)行器的抽真空和真空破壞動(dòng)作，研究人員引入數(shù)字量輸入信號(hào)DI1。當(dāng)DI1為1時(shí)，執(zhí)行器開啟真空以吸附物料；當(dāng)DI1為0時(shí)，執(zhí)行器關(guān)閉真空以釋放物料。這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了控制邏輯，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性，為物料搬運(yùn)任務(wù)提供了高效可靠的解決方案。

2.5工作站邏輯設(shè)定

工作站邏輯設(shè)定是確保物料搬運(yùn)工作站順利運(yùn)行的核心環(huán)節(jié)，它涉及Smart組件與機(jī)器人之間的信號(hào)通信。這一設(shè)定過程不僅決定了整個(gè)工作站各組件的協(xié)同性，還確保了實(shí)際運(yùn)行中的預(yù)期效果。

在邏輯設(shè)定時(shí)，其首要任務(wù)是明確Smart組件和機(jī)器人I/O信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。Smart組件的輸出信號(hào)（如DI1）作為機(jī)器人的輸入，而機(jī)器人的輸出信號(hào)（如DO1）則作為Smart組件的輸入。這種雙向的通信機(jī)制使得工作站內(nèi)的組件能夠互相感知和響應(yīng)。

通過將機(jī)器人的DO1信號(hào)與Smart組件的DI1信號(hào)相連接，可以實(shí)現(xiàn)真空吸盤的控制。當(dāng)DO1信號(hào)發(fā)出高電平指令時(shí)，DI1信號(hào)接收該指令，并觸發(fā)真空吸盤的開啟動(dòng)作。同理，當(dāng)DO1信號(hào)發(fā)出低電平指令時(shí)，DI1信號(hào)接收該指令，并觸發(fā)真空吸盤的關(guān)閉動(dòng)作[4]。

通過此類邏輯設(shè)定，工作站內(nèi)的其他組件（如傳感器、執(zhí)行器等）也可以實(shí)現(xiàn)類似的協(xié)同控制。這些設(shè)定可以在RobotStudio中完成，并通過仿真動(dòng)畫來(lái)驗(yàn)證其準(zhǔn)確性和可靠性。這種基于精確邏輯設(shè)定的自動(dòng)化控制方案，極大地提升了物料搬運(yùn)工作站的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。

3結(jié)語(yǔ)

本文基于ABBRobotStudio軟件，經(jīng)過布局規(guī)劃、搬運(yùn)流程設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)定、路徑規(guī)劃等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，成功構(gòu)建了配備吸附式末端執(zhí)行器的機(jī)器人物料搬運(yùn)工作站。該工作站通過了仿真測(cè)試，驗(yàn)證了其可靠性和高效性。

該工作站設(shè)計(jì)靈活多變，能夠快速適應(yīng)生產(chǎn)需求變化，滿足多樣化工藝要求。模塊化設(shè)計(jì)使得增加外圍設(shè)備變得簡(jiǎn)單，提高了工作站的擴(kuò)展性和實(shí)用性。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)也為生產(chǎn)線柔性化的實(shí)現(xiàn)提供了支持，幫助企業(yè)更高效地應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化，提升生產(chǎn)效率。

同時(shí)，該工作站在仿真環(huán)境中的表現(xiàn)與實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境高度一致，這得益于ABBRobotStudio軟件強(qiáng)大的功能。通過仿真測(cè)試，能夠預(yù)見并解決潛在問題，確保工作站在實(shí)際生產(chǎn)中的穩(wěn)定運(yùn)行。

綜上，本文所搭建的機(jī)器人物料搬運(yùn)工作站具有高度靈活性和可擴(kuò)展性，在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)卓越。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)將為企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化升級(jí)提供有力支持，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展。