ABB型智能化机械设备的分析与应用

徐云蛟 殷美琳

摘要：ABB型机器人常用于金属的焊接，切面的涂刷，流水线搬运与弧度切割等操作的智能化机械设备。这类机型主要用于生产小型机床，随着生产工艺的进步，中小型机床渐渐在东南亚、非洲等地区占有了非常大的市场。在小型机床的生产流水线中，该类机型尤其是ABB型的智能化设备使用PLC控制，灵活方便，起到了至关重要的作用。通过对机器人主要结构和功能特点的分析，以及对控制面板基本应用操作的介绍。让工程师更多地了解该类型机器人的工作特点，减少实际操作中遇到的困惑和突发情况。

关键词：机械手;示教器;操作指令

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）20-0235-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 概述

ABB型机器人是瑞典机器人生产商ABB公司的产品，常用于金属的焊接，切面的涂刷，流水线搬运与弧度切割等操作的智能化机械设备。这类机型主要用于小型机床的生产过程，例如：小型家用车床、小型钻铣床、小型多功能机床、小型数控机床等。在生产流水线中，该类机型的智能化设备使用PLC控制，灵活方便，起到了至关重要的作用。

2 ABB機器人分析

ABB机器人主要结构为机械手和控制柜两部分。机械手是ABB机器人的工作部分，通过机械手可以完成生产线上的焊接、涂刷、搬运及切割等操作。机械手由六个独立的转轴组成的一个空间六杆开链机构。该六个独立转轴从上到下分别命名为J6、J5、J4、J3、J2、J1，其中J1、J4、J6三个转轴可进行左右转动，J2转轴可进行前后移动，J3、J5两个转轴可进行上下移动。空间六杆开链机构在理论上可达到运动范围内空间的任何一点[1]。

机械手能够灵活工作是由于六个转轴均由各自独立的AC伺服电机进行驱动。每个AC伺服电机均有编码器，可以单独对每个电机进行编码。并且每个转轴都带有一个齿轮箱，用于转轴运动精度的控制，使机械手综合运动精度达正负0.05mm至正负0.2mm[2]。机械手带有的手动松闸按钮，可以便于工程师在日常维护等工作中，快速拆装并进行内部线路维护。

机械手上还有很多辅助的性能，如带有平衡气缸及弹簧可用于搬运过程中的稳定性;带有串口测量板（SMB），测量板配备了六节可充电的镍铬电池，可防止意外断电而丢失数据。

智能机器人的控制柜是用来控制机械手做运动的。控制柜由外观的操作台和内部的控制系统、驱动系统、电源系统以及其他主要部件构成。

首先，外观的操作台主要有主电源开关、示教器、操作面板和磁盘驱动器这四个部分组成。其中Teach Pendant是用来进行机器人的手动操作、程序编写、参数配置以及监控运行状态。其次，控制系统主要由Robot computer board、Memory board、Memory board、Main computer board、Optional boards、Communication boards所构成。Robot computer board是机器人计算机板，用于控制运动与输入/输出通讯; Memory board是存贮板，用于增加额外的内存。Main computer board是主计算机板，含有8M 内存，用于控制整个系统。Communication boards是通讯板，用于网络或现场总线通讯[3]。然后，驱动系统主要由DC link、Drive module所构成。其中DC link作用是将三相交流电转换为三相直流电，并给设备供电; Drive module是用于控制转轴的转矩，每个单元控制2-3根转轴的转距。最后，电源系统主要由Transformer、Supply unit所构成。其中Transformer是进电变压器。Supply unit是直流供电单元，用于整流输出电压及短路保护[4]。

3 控制面板基本操作应用

机器人的操作分为三种模式，分别为自动模式、手动限速模式和手动全速模式。在自动模式下，机器人工作时的编程功能被锁定，不能修改。手动限速模式可以在机器人程序测试时使用，它的速度小于250mm/s。手动全速模式尽量在技术经验丰富的工程师作程序测试时使用，一般情况下，普通员工不能随意使用该模式进行测试。这三种模式可用对应的钥匙在操作面板的操作模式选择器进行操作选择。

在操作面板的操作模式选择器中选择相应模式后，即可在示教器的触摸屏中通过不同按键来进行查看及操作控制机器人。示教器触摸屏的按键按其功能分为窗口键、导航键、运动控制键、其他功能键、自定义键这五个区域。

（1）Windows keys （窗口键） 区域

进入窗口键区域，该类按键使示教器中显示区域显示出不同的操作窗口。最常用的有Jogging（操纵窗口），它可以使触摸屏中显示机器人的当前位置以及当前坐标系。进入操纵窗口后，在显示屏右侧Robot pos中显示机器人当前位置。当机器人运动模式为直线运动或姿态运动时，显示屏显示机器人当前X、Y、Z坐标值与空间姿态值Q1、Q2、Q3、Q4。根据基坐标系、机器人工具TCP或工件坐标系的不同选择，数值会发生变化[5]。

其次是Program（编程窗口），它可以使触摸屏中显示编程窗口，可用于编程及测试。Program memory是机器人的程序储存器，由Program（应用程序）和System modules（系统模块）组成。在机器人程序储存器中，只允许存在一个主程序，其余所有例行程序与数据无论存在于哪个模块，全部被系统共享，所有例行程序与数据除特殊定义外，名称必须是唯一的[6]。

（2）Navigation Keys （导航键）区域

导航键中的控制主要是使光标在示教器屏幕中几个区域切换，不同区域间通常以双实线进行分割。还可以使光标向上或向下快速移动;向前或向后进行翻页以及光标单步移动等。

（3）Motion Keys （运动控制键）区域

在手动状态下， 该区域主要负责对机器人本体和设备所控制的一些其他机械装置之间进行切换的操作。当光标指向“机器人”标志，表示可用操纵杆操纵机器人本体运动。当光标指向“外轴运动单元”标志时，表示可以对操纵杆外轴进行操作，根据上文分析中可知，一台机器人最多可控制J1至J6这六个外轴。

当使用操纵杆操作时，可在操纵窗口中锁定操纵杆操纵方式。在操纵窗口中，使光标定位到选项Joystick lock后，在None、前后、左旋转、右旋转四种操纵选择一种。然后操纵操纵杆做出相应动作。

如果要使机器人在直线运动与姿态运动之间进行切换，可以使用Motion Type 1（运动模式切換键1）。机器人有四种不同的坐标系可以选择，分别是大地坐标系、基础坐标系、工具坐标系和工件坐标系。使光标指向直线运动标志，就能使机器人保持在工具姿态不变的同时，沿着坐标轴做线性移动。

而Motion Type 2（运动模式切换键2）是用来控制运动姿态的。当光标指向Reorientation（姿态运动）时，可通过运动模式切换键2来设定机器人姿态运动模式。它分为单轴运动、第一组运动及第二组运动三种选择键。其中第一组为1、2、3轴，第二组为4、5、6轴。当Motion Type 1光标指向重新定位标志时，可对机器人姿态运动模式进行切换。

在运动过程中如果要手动控制机器人的速度，可以使用Incremental（点动操纵键）来启动或关闭点动操作功能。在该模式下，使光标定位于选项Incremental后，在None、Small、Medium、Large、User五种选项中选择一项，再按相应功能键选择相应速度。当机器人处于点动状态时，每动下摇杆，机器人移动一步，摇杆倾斜超过1秒钟后，机器人以每秒10步的速度连续移动，直到摇杆复位[7]。

（4）Other Keys （其他功能键）区域

这部分包括停止或终止机器人程序运行的Stop（停止键）;调节显示器对比度的Contrast（光亮键）;显示各种命令的下拉式菜单Menu Keys（菜单键）;可以直接选择各种指令的Function Keys（功能键）;以及进入光标所示数据，或确认所选数据最常用的Enter（回车键）。

需要注意的是Delete（删除键）在非机器人操作时，只删除显示屏所选择数据;在机器人操作时，可删除任何数据、文件、目录等。

（5）Programmable keys （自定义键）区域

此部分共有五个自定义按键。工程师可以自定义它的功能。每个按键可控制一个模拟输入信号或一个输出信号及端口。

4 总结

在实际操作中，需要注意以下几个方面。第一，相对机器人手爪姿势的变化，在移动距离相对较短，并且使用了直线指令的情况下，即使指令设定较迟，机器人也可能以最高速度完成动作。第二，如果各轴在点动操作以外的手动操作时，J3至J5角度超过180度动作，并且J4轴又要回转的情况下，电缆回转可能比较困难。可根据各轴点操作不同，制定相应机器人姿势，在程序上使用不同的轴指令。第三，将对象机器人放置在预定领域，采用互锁信号，减小干涉领域，尽量避免干涉。

参考文献：

[1]佚名，ABB机器人操作[EB/OL] https：//wenku.baidu.com/view/5bd5c4fbc67da26925c52cc58bd63186bceb9206.html，2017.9

【通联编辑：梁书】