工業機器人Smart組件夾具的應用研究

關鍵詞：工業機器人；ABBRobotStudio；仿真；Smart組件

0引言

隨著工業4.0浪潮的推進，智能制造已成為制造業革新的核心力量。在這一浪潮中，ABB工業機器人（簡稱“機器人”）的智能（Smart）組件夾具技術，憑借其卓越性能，引領了工業自動化領域的新變革。

Smart組件夾具融合了先進的機械設計理念、高精度的傳感器技術和智能控制算法，實現了夾具的智能化與自動化操作。這一創新技術能夠實時捕獲工件信息，并據此自動調整夾持力度和位置，大幅提升了生產效率，同時降低了操作難度。更重要的是，其自動對接和通信功能減少了人工干預，進一步增強了生產線的穩定性和可靠性[1]。

Smart組件夾具的應用不僅提升了產品質量，更推動了工業制造的柔性化生產。面對市場需求的變化，企業能夠快速調整生產線，而Smart組件夾具憑借其快速更換和靈活調整特性，為企業生產提供了強有力的支持。盡管該技術擁有顯著優勢，但在提高夾具精度、增強穩定性和降低成本方面，仍需要持續的研究與探索。

ABB工業機器人的Smart組件夾具研究，為工業制造智能化、自動化發展提供了堅實的技術基礎。它不僅助力了制造業的轉型升級，而且還提高了企業生產效率、增強了市場競爭力。未來，隨著技術的持續進步和應用領域的不斷拓展，Smart組件夾具將在工業制造中發揮更加關鍵的作用，為企業可持續發展提供有力支撐。

1搬運工作站

搬運工作站（簡稱“工作站”）在工業生產中的應用廣泛，其核心功能在于實現物料的自動化搬運與碼垛。這一工作站通常由機器人、末端執行器、機器人控制柜以及存放單元等關鍵組件構成。在操作過程中，待搬運的工件首先由人工或專門的運輸裝置放置在預設的起始位置。一旦工件就緒，傳感器便會向機器人發送信號，觸發搬運工作。機器人隨后通過其末端執行器，即夾具，精準地抓取工件，并將其搬運至指定的料架上。在料架上，機器人可根據生產需求，按照特定的順序或結構進行疊放[2]。

在搬運工作站的眾多組件中，夾具式末端執行器扮演著至關重要的角色。這種執行器具有極高的靈活性，能夠適應不同形狀、尺寸和重量的工件，從而實現高效、準確的搬運操作。本文選用ABBIRB120桌面小型工業機器人作為搬運工具，將一個正方形工件從一個位置搬運到另一個指定位置。這款機器人憑借其出色的經濟性和靈活性，能夠輕松應對各種搬運任務。其緊湊的設計和精確的運動控制使得它在狹小的空間內也能夠展現卓越的性能。采用系統自帶的Gripper作為末端執行器。這種執行器經過優化設計，能夠穩定地抓取各種形狀的工件，并確保在搬運過程中工件不會脫落或損壞。其他輔助設備，如存放單元、傳感器和控制系統等，均通過專業的系統建模軟件進行創建并導入。這些設備在仿真環境中與機器人和執行器無縫集成，共同構建一個高效、穩定的搬運工作站。

通過搭建仿真工作站，研究人員可以對搬運過程進行詳細的模擬和分析，從而優化工作站的布局、提升搬運效率，并為實際生產中的操作提供技術支持。

2工作站仿真設計

根據實際工作任務的具體要求，利用ABBRobotStudio進行離線編程，可以對搬運工作站進行詳細的布局設計、高效的搬運流程規劃、Smart組件的定制以及輸入/輸出（input/output，I/O）連接和邏輯設定等操作。

根據工作環境和工件的特點，研究人員需要對RobotStudio中的工作站進行布局設計。這包括確定機器人的安裝位置、工件存放區的位置、料架的布局等。通過精確的布局設計，可以確保機器人在工作過程中能夠自由地移動，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。這些組件可以根據工件的形狀、尺寸和重量進行定制，確保夾具能夠穩定地抓取工件，并在搬運過程中保持工件的穩定性和安全性。在完成Smart組件設計后，研究人員還需要進行I/O連接設計。這包括確定傳感器、執行器等設備與機器人控制柜之間的連接方式和信號傳輸協議。正確的I/O連接設計可以保證機器人準確地感知工件的位置和狀態，并實時調整搬運策略。

2.1工作站布局規劃

根據生產的實際需要，先將工作站自定義的工作臺中待搬運的木塊，從初始位置移動到目標位置。本系統包括型號為ABBIRB120的經濟型機器人、工作臺、夾具式末端執行器、待搬運的木塊。搬運工作站布局規劃如圖1所示。

2.2搬運流程設計

在整個系統工作開始之前，由上一個流程的傳送帶將待搬運的方塊傳送到指定位置，然后由可編程邏輯控制器（programmablelogiccontroller，PLC）發送信號給機器人，機器人接收到指令后，按照既定的工序開始移動，把待搬運的工件搬運到指定的工作臺上，機器人回到初始位置，然后等待下一個搬運指令。通過循環以上步驟，實現機器人不間斷工作[3]。

2.3Smart組件設計

Smart組件可以應用于動畫仿真領域，尤其適用于復雜動畫效果的模擬項目。相較于傳統示教指令法，其效率與準確性更高。機器人吸附式末端執行器組件屬性連接關系如圖2所示。在機器人吸附式末端執行器中，Smart組件通過“Attacher”安裝對象、“Detacher”拆除對象，實現了抽真空與真空破壞的效果。根據LineSensor精準檢測吸盤與物料是否接觸，再通過LogicGate處理數字信號以實現精確的邏輯運算，從而使整體設計更加緊湊高效。各組件屬性連接清晰，為物料搬運仿真項目提供強有力的技術支持，確保操作精準無誤，提升整體效率。

2.4I/O信號創建與連接

在機器人的物料搬運仿真中，末端執行器的虛擬吸附動作受外部信號控制。執行器完成動作后，就可以把信號實時反饋給機器人。在離線編程中，通過連接機器人的動作信號與SmartI/O信號，機器人能夠直接控制Smart組件。為了精準控制吸附式末端執行器的抽真空和真空破壞動作，研究人員引入數字量輸入信號DI1。當DI1為1時，執行器開啟真空以吸附物料；當DI1為0時，執行器關閉真空以釋放物料。這種設計簡化了控制邏輯，提高了系統的響應速度和準確性，為物料搬運任務提供了高效可靠的解決方案。

2.5工作站邏輯設定

工作站邏輯設定是確保物料搬運工作站順利運行的核心環節，它涉及Smart組件與機器人之間的信號通信。這一設定過程不僅決定了整個工作站各組件的協同性，還確保了實際運行中的預期效果。

在邏輯設定時，其首要任務是明確Smart組件和機器人I/O信號的對應關系。Smart組件的輸出信號（如DI1）作為機器人的輸入，而機器人的輸出信號（如DO1）則作為Smart組件的輸入。這種雙向的通信機制使得工作站內的組件能夠互相感知和響應。

通過將機器人的DO1信號與Smart組件的DI1信號相連接，可以實現真空吸盤的控制。當DO1信號發出高電平指令時，DI1信號接收該指令，并觸發真空吸盤的開啟動作。同理，當DO1信號發出低電平指令時，DI1信號接收該指令，并觸發真空吸盤的關閉動作[4]。

通過此類邏輯設定，工作站內的其他組件（如傳感器、執行器等）也可以實現類似的協同控制。這些設定可以在RobotStudio中完成，并通過仿真動畫來驗證其準確性和可靠性。這種基于精確邏輯設定的自動化控制方案，極大地提升了物料搬運工作站的運行效率和穩定性。

3結語

本文基于ABBRobotStudio軟件，經過布局規劃、搬運流程設計、邏輯設定、路徑規劃等關鍵環節，成功構建了配備吸附式末端執行器的機器人物料搬運工作站。該工作站通過了仿真測試，驗證了其可靠性和高效性。

該工作站設計靈活多變，能夠快速適應生產需求變化，滿足多樣化工藝要求。模塊化設計使得增加外圍設備變得簡單，提高了工作站的擴展性和實用性。這一創新設計也為生產線柔性化的實現提供了支持，幫助企業更高效地應對市場變化，提升生產效率。

同時，該工作站在仿真環境中的表現與實際生產環境高度一致，這得益于ABBRobotStudio軟件強大的功能。通過仿真測試，能夠預見并解決潛在問題，確保工作站在實際生產中的穩定運行。

綜上，本文所搭建的機器人物料搬運工作站具有高度靈活性和可擴展性，在實際應用中表現卓越。這一創新設計將為企業生產自動化、智能化升級提供有力支持，推動工業生產的持續發展。