ABB型智能化機械設(shè)備的分析與應(yīng)用

徐云蛟 殷美琳

摘要：ABB型機器人常用于金屬的焊接，切面的涂刷，流水線搬運與弧度切割等操作的智能化機械設(shè)備。這類機型主要用于生產(chǎn)小型機床，隨著生產(chǎn)工藝的進步，中小型機床漸漸在東南亞、非洲等地區(qū)占有了非常大的市場。在小型機床的生產(chǎn)流水線中，該類機型尤其是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。通過對機器人主要結(jié)構(gòu)和功能特點的分析，以及對控制面板基本應(yīng)用操作的介紹。讓工程師更多地了解該類型機器人的工作特點，減少實際操作中遇到的困惑和突發(fā)情況。

關(guān)鍵詞：機械手;示教器;操作指令

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）20-0235-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 概述

ABB型機器人是瑞典機器人生產(chǎn)商ABB公司的產(chǎn)品，常用于金屬的焊接，切面的涂刷，流水線搬運與弧度切割等操作的智能化機械設(shè)備。這類機型主要用于小型機床的生產(chǎn)過程，例如：小型家用車床、小型鉆銑床、小型多功能機床、小型數(shù)控機床等。在生產(chǎn)流水線中，該類機型的智能化設(shè)備使用PLC控制，靈活方便，起到了至關(guān)重要的作用。

2 ABB機器人分析

ABB機器人主要結(jié)構(gòu)為機械手和控制柜兩部分。機械手是ABB機器人的工作部分，通過機械手可以完成生產(chǎn)線上的焊接、涂刷、搬運及切割等操作。機械手由六個獨立的轉(zhuǎn)軸組成的一個空間六桿開鏈機構(gòu)。該六個獨立轉(zhuǎn)軸從上到下分別命名為J6、J5、J4、J3、J2、J1，其中J1、J4、J6三個轉(zhuǎn)軸可進行左右轉(zhuǎn)動，J2轉(zhuǎn)軸可進行前后移動，J3、J5兩個轉(zhuǎn)軸可進行上下移動?？臻g六桿開鏈機構(gòu)在理論上可達到運動范圍內(nèi)空間的任何一點[1]。

機械手能夠靈活工作是由于六個轉(zhuǎn)軸均由各自獨立的AC伺服電機進行驅(qū)動。每個AC伺服電機均有編碼器，可以單獨對每個電機進行編碼。并且每個轉(zhuǎn)軸都帶有一個齒輪箱，用于轉(zhuǎn)軸運動精度的控制，使機械手綜合運動精度達正負(fù)0.05mm至正負(fù)0.2mm[2]。機械手帶有的手動松閘按鈕，可以便于工程師在日常維護等工作中，快速拆裝并進行內(nèi)部線路維護。

機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過程中的穩(wěn)定性;帶有串口測量板（SMB），測量板配備了六節(jié)可充電的鎳鉻電池，可防止意外斷電而丟失數(shù)據(jù)。

智能機器人的控制柜是用來控制機械手做運動的?？刂乒裼赏庥^的操作臺和內(nèi)部的控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及其他主要部件構(gòu)成。

首先，外觀的操作臺主要有主電源開關(guān)、示教器、操作面板和磁盤驅(qū)動器這四個部分組成。其中Teach Pendant是用來進行機器人的手動操作、程序編寫、參數(shù)配置以及監(jiān)控運行狀態(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是機器人計算機板，用于控制運動與輸入/輸出通訊; Memory board是存貯板，用于增加額外的內(nèi)存。Main computer board是主計算機板，含有8M 內(nèi)存，用于控制整個系統(tǒng)。Communication boards是通訊板，用于網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場總線通訊[3]。然后，驅(qū)動系統(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[4]。

3 控制面板基本操作應(yīng)用

機器人的操作分為三種模式，分別為自動模式、手動限速模式和手動全速模式。在自動模式下，機器人工作時的編程功能被鎖定，不能修改。手動限速模式可以在機器人程序測試時使用，它的速度小于250mm/s。手動全速模式盡量在技術(shù)經(jīng)驗豐富的工程師作程序測試時使用，一般情況下，普通員工不能隨意使用該模式進行測試。這三種模式可用對應(yīng)的鑰匙在操作面板的操作模式選擇器進行操作選擇。

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進行查看及操作控制機器人。示教器觸摸屏的按鍵按其功能分為窗口鍵、導(dǎo)航鍵、運動控制鍵、其他功能鍵、自定義鍵這五個區(qū)域。

（1）Windows keys （窗口鍵） 區(qū)域

進入窗口鍵區(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器人的當(dāng)前位置以及當(dāng)前坐標(biāo)系。進入操縱窗口后，在顯示屏右側(cè)Robot pos中顯示機器人當(dāng)前位置。當(dāng)機器人運動模式為直線運動或姿態(tài)運動時，顯示屏顯示機器人當(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、機器人工具TCP或工件坐標(biāo)系的不同選擇，數(shù)值會發(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，可用于編程及測試。Program memory是機器人的程序儲存器，由Program（應(yīng)用程序）和System modules（系統(tǒng)模塊）組成。在機器人程序儲存器中，只允許存在一個主程序，其余所有例行程序與數(shù)據(jù)無論存在于哪個模塊，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區(qū)域切換，不同區(qū)域間通常以雙實線進行分割。還可以使光標(biāo)向上或向下快速移動;向前或向后進行翻頁以及光標(biāo)單步移動等。

（3）Motion Keys （運動控制鍵）區(qū)域

在手動狀態(tài)下， 該區(qū)域主要負(fù)責(zé)對機器人本體和設(shè)備所控制的一些其他機械裝置之間進行切換的操作。當(dāng)光標(biāo)指向“機器人”標(biāo)志，表示可用操縱桿操縱機器人本體運動。當(dāng)光標(biāo)指向“外軸運動單元”標(biāo)志時，表示可以對操縱桿外軸進行操作，根據(jù)上文分析中可知，一臺機器人最多可控制J1至J6這六個外軸。

當(dāng)使用操縱桿操作時，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)動作。

如果要使機器人在直線運動與姿態(tài)運動之間進行切換，可以使用Motion Type 1（運動模式切換鍵1）。機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)指向直線運動標(biāo)志，就能使機器人保持在工具姿態(tài)不變的同時，沿著坐標(biāo)軸做線性移動。

而Motion Type 2（運動模式切換鍵2）是用來控制運動姿態(tài)的。當(dāng)光標(biāo)指向Reorientation（姿態(tài)運動）時，可通過運動模式切換鍵2來設(shè)定機器人姿態(tài)運動模式。它分為單軸運動、第一組運動及第二組運動三種選擇鍵。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，可對機器人姿態(tài)運動模式進行切換。

在運動過程中如果要手動控制機器人的速度，可以使用Incremental（點動操縱鍵）來啟動或關(guān)閉點動操作功能。在該模式下，使光標(biāo)定位于選項Incremental后，在None、Small、Medium、Large、User五種選項中選擇一項，再按相應(yīng)功能鍵選擇相應(yīng)速度。當(dāng)機器人處于點動狀態(tài)時，每動下?lián)u桿，機器人移動一步，搖桿傾斜超過1秒鐘后，機器人以每秒10步的速度連續(xù)移動，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器人程序運行的Stop（停止鍵）;調(diào)節(jié)顯示器對比度的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）在非機器人操作時，只刪除顯示屏所選擇數(shù)據(jù);在機器人操作時，可刪除任何數(shù)據(jù)、文件、目錄等。

（5）Programmable keys （自定義鍵）區(qū)域

此部分共有五個自定義按鍵。工程師可以自定義它的功能。每個按鍵可控制一個模擬輸入信號或一個輸出信號及端口。

4 總結(jié)

在實際操作中，需要注意以下幾個方面。第一，相對機器人手爪姿勢的變化，在移動距離相對較短，并且使用了直線指令的情況下，即使指令設(shè)定較遲，機器人也可能以最高速度完成動作。第二，如果各軸在點動操作以外的手動操作時，J3至J5角度超過180度動作，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)各軸點操作不同，制定相應(yīng)機器人姿勢，在程序上使用不同的軸指令。第三，將對象機器人放置在預(yù)定領(lǐng)域，采用互鎖信號，減小干涉領(lǐng)域，盡量避免干涉。

參考文獻：

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

【通聯(lián)編輯：梁書】