ABB工业机器人在自动化生产线上的应用

杨淑玲�オ�

在现代自动化生产过程中，需要大量的搬运工作。搬运作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。在早期生产中是由人力搬运，劳动强度大，效率低，随着工厂自动化程度的不断提高和生产节奏的加快，搬运工业机器人使用的越来越多，与传统的搬运技术相比，工业机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。世界上使用的搬运机器人逾10万台，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱等的自动搬运。部分发达国家已制定出人工搬运的最大限度，超过限度的必须由搬运机器人来完成。

一、引言

搬运机器人是近代自动控制领域出现的一项高新技术，涉及到了力学、机械学、电器液压气压技术、自动控制技术、传感器技术、单片机技术和计算机技术等学科领域，已成为现代机械制造生产体系中的一项重要组成部分。它的优点是可以通过编程完成各种预期的任务，在自身结构和性能上有了人和机器的各自优势，尤其体现出了人工智能和适应性。

本文采用ABB出品的IRB 120型工业机器人，讲述工业机器人在自动化生产线上，进行搬运作业的应用编程。

RB 120是ABB新型第四代机器人家族的最新成员，也是迄今为止ABB制造的最小机器人。IRB 120具有敏捷、紧凑、轻量的特点，控制精度与路径精度俱优，是物料搬运与装配应用的理想选择。

（1）紧凑轻量。作为ABB目前最小的机器人，IRB 120在紧凑空间内凝聚了ABB产品系列的全部功能与技术。其重量减至仅25kg，结构设计紧凑，几乎可安装在任何地方，比如工作站内部，机械设备上方，或生产线上其他机器人的近旁。

（2）用途广泛。IRB120广泛适用于电子、食品饮料、机械、太阳能、制药、医疗、研究等领域，进一步增强了ABB新型第四代机器人家族的实力。这款6轴机器人最高荷重3kg（手腕（五轴）垂直向下时为4kg），工作范围达580mm，能通过柔性（非刚性）自动化解决方案执行一系列作业。IRB 120是实现高成本效益生产的完美之选，在有限的生产空间其优势尤为明显。

（3）易于集成。IRB 120仅重25kg，出色的便携性与集成性，使其成为同类产品中的佼佼者。该机器人的安装角度不受任何限制。机身表面光洁，便于清洗；空气管线与用户信号线缆从底脚至手腕全部嵌入机身内部，易于机器人集成。

（4）优化工作范围。除水平工作范围达580mm以外，IRB 120还具有一流的工作行程，底座下方拾取距离为112mm。IRB 120采用对称结构，第2轴无外凸，回转半径极小，可靠近其他设备安装，纤细的手腕进一步增强了手臂的可达性。

（5）快速，精准，敏捷。IRB 120配备轻型铝合金马达，结构轻巧、功率强劲，可实现机器人高加速运行，在任何应用中都能确保优异的精准度与敏捷性。

（6）IRC5紧凑型控制器。小型机器人的最佳“拍档”紧凑化、轻量化的IRB 120机器人与IRC5紧凑型控制器这两种新产品的完美结合，显著缩小了占地面积，最适合空间紧张的应用场合。

二、工作任务

传送带上工件运送到某一位置，传感器检测到后，传送带停止，机器人开始搬运，将货物放到指定位置平台上，同时报警灯亮，蜂鸣器响，提醒工作人员进行下一步工序。

三、机器人与外部设备通讯

ABB 机器人提供了丰富的I/O通信接口，本工程采用ABB的标准I/O板DSQC652提供输入信号（di）及输出信号（do）处理。省去了原来与PLC进行通讯设置的麻烦，并在机器人的示教器上就能监控这些信号。DSQC652板是连接在Device Net现场总线下的设备，地址为10。其中X1、X2为数字输出接口，提供16个数字输入信号，X3、X4为数字输入接口，提供16个数字输出信号；X5为Device Net接口，通过X5接口与Device Net现场总线进行通讯，网络地址编号设置为10。

四、程序数据的设定

（1）工具数据tooldata的设定：工具数据tooldatash用于描述安装在机器人第六轴上的工具的“工具中心点TCP”（Tool Center Poinr）、质量、重心等参数数据，机器人自带一个默认的工具数据Tool0，期中工具重量为0，重心与TCP位置都在第六轴法兰盘中心。本工程中机器人使用的是气动夹具如图所示，名称为Tool1，单控电磁阀控制，通电时抓取货物，断电时放开货物，由于本夹具与第六轴的中心点在X、Y轴重合，重心在默认Tool0的Z方向上偏移300mm处，TCP点设定在夹具抓取货物的中心点上，从默认Tool0上的Z方向偏移了50mm，质量为0.1kg，采用四点法定义TCP的位置数据。

（2）工件坐标Wobjdata的设定：机器人的运动就是相对工件坐标而言的，工件坐标定义工件相对于大地坐标的位置。本工程中利用平台的平面设置工件坐标Wobjdata1 。采用三点法进行定义。

（3）目标点位置数据的设置：机器人的路径如图所示共7点，空间位置为：P0：机器人工作起始点，P1：被抓取工件处的抓取点，P10：抓取工件点P1正上方30mm处，P11：P10正上方200mm處（也可以视现场具体情况做微调整）；P2：工件在平台上的放置点，P20：放置工件点P2正上方30mm处，正上方P21：P20正上方200mm处（也可以视现场具体情况做微调整），这些目标点通过示教器中单击“修改位置”进行确定。这些示教点可以在编写程序的时候直接示教，也可以编写程序完成后示教。

五、程序编写

RAPID程序中包含了一连串控制机器人的指令，执行这些指令可以实现对机器人的控制操作。ABB机器人编程所使用的语言是RAPID语言。它是一种高级语言。所包含的指令可以移动机器人，设置输出、读取输入，还能实现决策、重复其他指令、构造程序、与系统操作员交流等功能。本工程采用的是结构化设计的方法，把工程分为几个例行程序，在主程序中调用即可，这样可以使得各个操作相对独立，不会产生干扰，便于调试，修改。endprint

（1）程序模块：RAPID程序是由程序模块与系统模块组成。通过新建程序模块来构建机器人的程序，而系统模块多用于系统方面的控制。确定需要多少个程序模块，是由应用的复杂性所决定的。每一个程序模块中包含了程序数据、例行程序、中段程序和功能等对象，而且它们之间是可以互相通用的。本工程为一个程序模块，名称：MODULE：Banyun。

（2）主程序：在RAPID程序中，只有一个主程序main，并且存在于任意一个程序模块中，并且是作为整个RAPID程序执行的起点。

（3）例行程序：机器人按功能区分，编制各种不同功能的例行程序，方便我们阅读、调试程序。本工程中建立三个例行程序： 初始化程序rInitAll，传送带运行程序 rProc，机器人搬运程序rPick。

rInitAll：初始化程序，运行时，机器人先处于起始点，传送带为停止状态，气动夹具为松开状态，蜂鸣器停止蜂鸣， 红灯灭。

rProc：传送带运行程序，按下启动按钮（di14）传送带（do1）通电运转→传感器（di14）检测到有工件时→延时0.5s停止→机器人夹取工件→传送带运行，重复上述动作。

rPick：机器人搬运程序，当传感器检（di14）检测到有工件时启动机器人按照之前示教的路径搬运工件至平台上。机器人的工作循环路径为P0→P11→ P10→ P1 →延时延时0.5s→夹具通电夹取工件→延时延时0.5s →P10 →P11→ P21→ P20→ P2→延时0.5s→夹具断电放松工件→延时延时0.5s → P20→ P21→ P0。机器人每完成一次循环，计数器计数一次、红灯亮3s、蜂鸣器响3s 。运动速度为V500mm/s，接近物体时（P1与P10之间及P2与P20之间）速度为V20mm/s，转弯半径为Z50。搬运工件的数量由Parts记录。

六、程序的调试

（1）校准：ABB机器人六个关节轴都有一个机械原点的位置。可视实际具体情况，对机械原点的位置进行计数器更新操作。

（2）确认I/O信号，可以用仿真的方式强制外部的输入/输出信号，确保信号准确。

（3）运行时先进行手动模式操作，首先进行空载运行，不能马上夹取工件，观机器人察的运行路径是否符合技术要求，在反复确认后再进行工件夹取，先低速后高速，循序渐进，保证调试顺利进行。程序手动调试完毕，再转为自动模式。

（4）在调试运行机器人时，它可能会执行一些意外的或不规范的运动。并且所有的运动会产生很大的力量，从而严重伤害个人和/或损坏机器人工作范围内的任何设备。所以时刻警惕与机器人保持足够的安全距离。

七、机器人应用注意事项

（1）机器人在接近工件时，手动操纵的速度尽可能的慢，在路径上多添加示教点，以便加强路径的可控性。

（2）當气动手爪抓紧工件时，要使机器人垂直上升，这时实用功能就可以实现Z轴方向偏移的操作。切记不要让机器人运行轨迹发生倾斜，发生碰撞。

（3）在不同工位调整机器人的姿态时，尽量让机器人在路径上一边运动一边调整姿态。

（4）当机器人离开工作区运动时，可以加快运行速度，节省操作时间。这需要在示教编程时根据实际情况来设定。

责任编辑朱守锂endprint