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(chǎng)。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(duì)機(jī)器人主要結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)的分析，以及對(duì)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(diǎn)，減少實(shí)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(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）20-0235-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)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(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)軸組成的一個(gè)空間六桿開鏈機(jī)構(gòu)。該六個(gè)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(gè)轉(zhuǎn)軸可進(jìn)行左右轉(zhuǎn)動(dòng)，J2轉(zhuǎn)軸可進(jìn)行前后移動(dòng)，J3、J5兩個(gè)轉(zhuǎn)軸可進(jìn)行上下移動(dòng)。空間六桿開鏈機(jī)構(gòu)在理論上可達(dá)到運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)空間的任何一點(diǎn)[1]。

機(jī)械手能夠靈活工作是由于六個(gè)轉(zhuǎn)軸均由各自獨(dú)立的AC伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。每個(gè)AC伺服電機(jī)均有編碼器，可以單獨(dú)對(duì)每個(gè)電機(jī)進(jìn)行編碼。并且每個(gè)轉(zhuǎn)軸都帶有一個(gè)齒輪箱，用于轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)精度的控制，使機(jī)械手綜合運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(cè)量板（SMB），測(cè)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(lái)控制機(jī)械手做運(yùn)動(dòng)的。控制柜由外觀的操作臺(tái)和內(nèi)部的控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)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(tái)主要有主電源開關(guān)、示教器、操作面板和磁盤驅(qū)動(dòng)器這四個(gè)部分組成。其中Teach Pendant是用來(lái)進(jìn)行機(jī)器人的手動(dòng)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(jì)算機(jī)板，用于控制運(yùn)動(dòng)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(jì)算機(jī)板，含有8M 內(nèi)存，用于控制整個(gè)系統(tǒng)。Communication boards是通訊板，用于網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場(chǎng)總線通訊[3]。然后，驅(qū)動(dòng)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(gè)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(dòng)模式、手動(dòng)限速模式和手動(dòng)全速模式。在自動(dòng)模式下，機(jī)器人工作時(shí)的編程功能被鎖定，不能修改。手動(dòng)限速模式可以在機(jī)器人程序測(cè)試時(shí)使用，它的速度小于250mm/s。手動(dòng)全速模式盡量在技術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師作程序測(cè)試時(shí)使用，一般情況下，普通員工不能隨意使用該模式進(jìn)行測(cè)試。這三種模式可用對(duì)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(lái)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(dòng)控制鍵、其他功能鍵、自定義鍵這五個(gè)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(dòng)模式為直線運(yùn)動(dòng)或姿態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(huì)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(cè)試。Program memory是機(jī)器人的程序儲(chǔ)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(chǔ)存器中，只允許存在一個(gè)主程序，其余所有例行程序與數(shù)據(jù)無(wú)論存在于哪個(gè)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(gè)區(qū)域切換，不同區(qū)域間通常以雙實(shí)線進(jìn)行分割。還可以使光標(biāo)向上或向下快速移動(dòng);向前或向后進(jìn)行翻頁(yè)以及光標(biāo)單步移動(dòng)等。

（3）Motion Keys （運(yùn)動(dòng)控制鍵）區(qū)域

在手動(dòng)狀態(tài)下， 該區(qū)域主要負(fù)責(zé)對(duì)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(dòng)。當(dāng)光標(biāo)指向“外軸運(yùn)動(dòng)單元”標(biāo)志時(shí)，表示可以對(duì)操縱桿外軸進(jìn)行操作，根據(jù)上文分析中可知，一臺(tái)機(jī)器人最多可控制J1至J6這六個(gè)外軸。

當(dāng)使用操縱桿操作時(shí)，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(xiàng)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(dòng)作。

如果要使機(jī)器人在直線運(yùn)動(dòng)與姿態(tài)運(yùn)動(dòng)之間進(jìn)行切換，可以使用Motion Type 1（運(yùn)動(dòng)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(dòng)標(biāo)志，就能使機(jī)器人保持在工具姿態(tài)不變的同時(shí)，沿著坐標(biāo)軸做線性移動(dòng)。

而Motion Type 2（運(yùn)動(dòng)模式切換鍵2）是用來(lái)控制運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的。當(dāng)光標(biāo)指向Reorientation（姿態(tài)運(yùn)動(dòng)）時(shí)，可通過運(yùn)動(dòng)模式切換鍵2來(lái)設(shè)定機(jī)器人姿態(tài)運(yùn)動(dòng)模式。它分為單軸運(yùn)動(dòng)、第一組運(yùn)動(dòng)及第二組運(yùn)動(dòng)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(shí)，可對(duì)機(jī)器人姿態(tài)運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行切換。

在運(yùn)動(dòng)過程中如果要手動(dòng)控制機(jī)器人的速度，可以使用Incremental（點(diǎn)動(dòng)操縱鍵）來(lái)啟動(dòng)或關(guān)閉點(diǎn)動(dòng)操作功能。在該模式下，使光標(biāo)定位于選項(xiàng)Incremental后，在None、Small、Medium、Large、User五種選項(xiàng)中選擇一項(xiàng)，再按相應(yīng)功能鍵選擇相應(yīng)速度。當(dāng)機(jī)器人處于點(diǎn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，每動(dòng)下?lián)u桿，機(jī)器人移動(dòng)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(dòng)，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(duì)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(shí)，只刪除顯示屏所選擇數(shù)據(jù);在機(jī)器人操作時(shí)，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(gè)自定義按鍵。工程師可以自定義它的功能。每個(gè)按鍵可控制一個(gè)模擬輸入信號(hào)或一個(gè)輸出信號(hào)及端口。

4 總結(jié)

在實(shí)際操作中，需要注意以下幾個(gè)方面。第一，相對(duì)機(jī)器人手爪姿勢(shì)的變化，在移動(dòng)距離相對(duì)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(dòng)作。第二，如果各軸在點(diǎn)動(dòng)操作以外的手動(dòng)操作時(shí)，J3至J5角度超過180度動(dòng)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(diǎn)操作不同，制定相應(yīng)機(jī)器人姿勢(shì)，在程序上使用不同的軸指令。第三，將對(duì)象機(jī)器人放置在預(yù)定領(lǐng)域，采用互鎖信號(hào)，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】