ABB工業機器人在自動化生產線上的應用

楊淑玲?オ?

在現代自動化生產過程中，需要大量的搬運工作。搬運作業是指用一種設備握持工件，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節奏的加快，搬運工業機器人使用的越來越多，與傳統的搬運技術相比，工業機器人可安裝不同的末端執行器以完成各種不同形狀和狀態的工件搬運工作，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，被廣泛應用于機床上下料、沖壓機自動化生產線、自動裝配流水線、碼垛搬運、集裝箱等的自動搬運。部分發達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域出現的一項高新技術，涉及到了力學、機械學、電器液壓氣壓技術、自動控制技術、傳感器技術、單片機技術和計算機技術等學科領域，已成為現代機械制造生產體系中的一項重要組成部分。它的優點是可以通過編程完成各種預期的任務，在自身結構和性能上有了人和機器的各自優勢，尤其體現出了人工智能和適應性。

本文采用ABB出品的IRB 120型工業機器人，講述工業機器人在自動化生產線上，進行搬運作業的應用編程。

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，是物料搬運與裝配應用的理想選擇。

（1）緊湊輕量。作為ABB目前最小的機器人，IRB 120在緊湊空間內凝聚了ABB產品系列的全部功能與技術。其重量減至僅25kg，結構設計緊湊，幾乎可安裝在任何地方，比如工作站內部，機械設備上方，或生產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、醫療、研究等領域，進一步增強了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580mm，能通過柔性（非剛性）自動化解決方案執行一系列作業。IRB 120是實現高成本效益生產的完美之選，在有限的生產空間其優勢尤為明顯。

（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部，易于機器人集成。

（4）優化工作范圍。除水平工作范圍達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采用對稱結構，第2軸無外凸，回轉半徑極小，可靠近其他設備安裝，纖細的手腕進一步增強了手臂的可達性。

（5）快速，精準，敏捷。IRB 120配備輕型鋁合金馬達，結構輕巧、功率強勁，可實現機器人高加速運行，在任何應用中都能確保優異的精準度與敏捷性。

（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品的完美結合，顯著縮小了占地面積，最適合空間緊張的應用場合。

二、工作任務

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，提醒工作人員進行下一步工序。

三、機器人與外部設備通訊

ABB 機器人提供了豐富的I/O通信接口，本工程采用ABB的標準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進行通訊設置的麻煩，并在機器人的示教器上就能監控這些信號。DSQC652板是連接在Device Net現場總線下的設備，地址為10。其中X1、X2為數字輸出接口，提供16個數字輸入信號，X3、X4為數字輸入接口，提供16個數字輸出信號；X5為Device Net接口，通過X5接口與Device Net現場總線進行通訊，網絡地址編號設置為10。

四、程序數據的設定

（1）工具數據tooldata的設定：工具數據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）、質量、重心等參數數據，機器人自帶一個默認的工具數據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Tool0的Z方向上偏移300mm處，TCP點設定在夾具抓取貨物的中心點上，從默認Tool0上的Z方向偏移了50mm，質量為0.1kg，采用四點法定義TCP的位置數據。

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

（3）目標點位置數據的設置：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（也可以視現場具體情況做微調整）；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（也可以視現場具體情況做微調整），這些目標點通過示教器中單擊“修改位置”進行確定。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，執行這些指令可以實現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，設置輸出、讀取輸入，還能實現決策、重復其他指令、構造程序、與系統操作員交流等功能。本工程采用的是結構化設計的方法，把工程分為幾個例行程序，在主程序中調用即可，這樣可以使得各個操作相對獨立，不會產生干擾，便于調試，修改。

（1）程序模塊：RAPID程序是由程序模塊與系統模塊組成。通過新建程序模塊來構建機器人的程序，而系統模塊多用于系統方面的控制。確定需要多少個程序模塊，是由應用的復雜性所決定的。每一個程序模塊中包含了程序數據、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程序執行的起點。

（3）例行程序：機器人按功能區分，編制各種不同功能的例行程序，方便我們閱讀、調試程序。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，傳送帶為停止狀態，氣動夾具為松開狀態，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→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，重復上述動作。

rPick：機器人搬運程序，當傳感器檢（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，計數器計數一次、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，轉彎半徑為Z50。搬運工件的數量由Parts記錄。

六、程序的調試

（1）校準：ABB機器人六個關節軸都有一個機械原點的位置?？梢晫嶋H具體情況，對機械原點的位置進行計數器更新操作。

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

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

（4）在調試運行機器人時，它可能會執行一些意外的或不規范的運動。并且所有的運動會產生很大的力量，從而嚴重傷害個人和/或損壞機器人工作范圍內的任何設備。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Z軸方向偏移的操作。切記不要讓機器人運行軌跡發生傾斜，發生碰撞。

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

（4）當機器人離開工作區運動時，可以加快運行速度，節省操作時間。這需要在示教編程時根據實際情況來設定。

責任編輯朱守鋰