楊淑玲?オ?

在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，需要大量的搬運(yùn)工作。搬運(yùn)作業(yè)是指用一種設(shè)備握持工件，是指從一個(gè)加工位置移到另一個(gè)加工位置。在早期生產(chǎn)中是由人力搬運(yùn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，隨著工廠(chǎng)自動(dòng)化程度的不斷提高和生產(chǎn)節(jié)奏的加快，搬運(yùn)工業(yè)機(jī)器人使用的越來(lái)越多，與傳統(tǒng)的搬運(yùn)技術(shù)相比，工業(yè)機(jī)器人可安裝不同的末端執(zhí)行器以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運(yùn)工作，大大減輕了人類(lèi)繁重的體力勞動(dòng)。世界上使用的搬運(yùn)機(jī)器人逾10萬(wàn)臺(tái)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)、自動(dòng)裝配流水線(xiàn)、碼垛搬運(yùn)、集裝箱等的自動(dòng)搬運(yùn)。部分發(fā)達(dá)國(guó)家已制定出人工搬運(yùn)的最大限度，超過(guò)限度的必須由搬運(yùn)機(jī)器人來(lái)完成。

一、引言

搬運(yùn)機(jī)器人是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域出現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù)，涉及到了力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓氣壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)體系中的一項(xiàng)重要組成部分。它的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)編程完成各種預(yù)期的任務(wù)，在自身結(jié)構(gòu)和性能上有了人和機(jī)器的各自?xún)?yōu)勢(shì)，尤其體現(xiàn)出了人工智能和適應(yīng)性。

本文采用ABB出品的IRB 120型工業(yè)機(jī)器人，講述工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上，進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)的應(yīng)用編程。

RB 120是ABB新型第四代機(jī)器人家族的最新成員，也是迄今為止ABB制造的最小機(jī)器人。IRB 120具有敏捷、緊湊、輕量的特點(diǎn)，控制精度與路徑精度俱優(yōu)，是物料搬運(yùn)與裝配應(yīng)用的理想選擇。

（1）緊湊輕量。作為ABB目前最小的機(jī)器人，IRB 120在緊湊空間內(nèi)凝聚了ABB產(chǎn)品系列的全部功能與技術(shù)。其重量減至僅25kg，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，幾乎可安裝在任何地方，比如工作站內(nèi)部，機(jī)械設(shè)備上方，或生產(chǎn)線(xiàn)上其他機(jī)器人的近旁。

（2）用途廣泛。IRB120廣泛適用于電子、食品飲料、機(jī)械、太陽(yáng)能、制藥、醫(yī)療、研究等領(lǐng)域，進(jìn)一步增強(qiáng)了ABB新型第四代機(jī)器人家族的實(shí)力。這款6軸機(jī)器人最高荷重3kg（手腕（五軸）垂直向下時(shí)為4kg），工作范圍達(dá)580mm，能通過(guò)柔性（非剛性）自動(dòng)化解決方案執(zhí)行一系列作業(yè)。IRB 120是實(shí)現(xiàn)高成本效益生產(chǎn)的完美之選，在有限的生產(chǎn)空間其優(yōu)勢(shì)尤為明顯。

（3）易于集成。IRB 120僅重25kg，出色的便攜性與集成性，使其成為同類(lèi)產(chǎn)品中的佼佼者。該機(jī)器人的安裝角度不受任何限制。機(jī)身表面光潔，便于清洗；空氣管線(xiàn)與用戶(hù)信號(hào)線(xiàn)纜從底腳至手腕全部嵌入機(jī)身內(nèi)部，易于機(jī)器人集成。

（4）優(yōu)化工作范圍。除水平工作范圍達(dá)580mm以外，IRB 120還具有一流的工作行程，底座下方拾取距離為112mm。IRB 120采用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，第2軸無(wú)外凸，回轉(zhuǎn)半徑極小，可靠近其他設(shè)備安裝，纖細(xì)的手腕進(jìn)一步增強(qiáng)了手臂的可達(dá)性。

（5）快速，精準(zhǔn)，敏捷。IRB 120配備輕型鋁合金馬達(dá)，結(jié)構(gòu)輕巧、功率強(qiáng)勁，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高加速運(yùn)行，在任何應(yīng)用中都能確保優(yōu)異的精準(zhǔn)度與敏捷性。

（6）IRC5緊湊型控制器。小型機(jī)器人的最佳“拍檔”緊湊化、輕量化的IRB 120機(jī)器人與IRC5緊湊型控制器這兩種新產(chǎn)品的完美結(jié)合，顯著縮小了占地面積，最適合空間緊張的應(yīng)用場(chǎng)合。

二、工作任務(wù)

傳送帶上工件運(yùn)送到某一位置，傳感器檢測(cè)到后，傳送帶停止，機(jī)器人開(kāi)始搬運(yùn)，將貨物放到指定位置平臺(tái)上，同時(shí)報(bào)警燈亮，蜂鳴器響，提醒工作人員進(jìn)行下一步工序。

三、機(jī)器人與外部設(shè)備通訊

ABB 機(jī)器人提供了豐富的I/O通信接口，本工程采用ABB的標(biāo)準(zhǔn)I/O板DSQC652提供輸入信號(hào)（di）及輸出信號(hào)（do）處理。省去了原來(lái)與PLC進(jìn)行通訊設(shè)置的麻煩，并在機(jī)器人的示教器上就能監(jiān)控這些信號(hào)。DSQC652板是連接在Device Net現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)下的設(shè)備，地址為10。其中X1、X2為數(shù)字輸出接口，提供16個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)，X3、X4為數(shù)字輸入接口，提供16個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)；X5為Device Net接口，通過(guò)X5接口與Device Net現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行通訊，網(wǎng)絡(luò)地址編號(hào)設(shè)置為10。

四、程序數(shù)據(jù)的設(shè)定

（1）工具數(shù)據(jù)tooldata的設(shè)定：工具數(shù)據(jù)tooldatash用于描述安裝在機(jī)器人第六軸上的工具的“工具中心點(diǎn)TCP”（Tool Center Poinr）、質(zhì)量、重心等參數(shù)數(shù)據(jù)，機(jī)器人自帶一個(gè)默認(rèn)的工具數(shù)據(jù)Tool0，期中工具重量為0，重心與TCP位置都在第六軸法蘭盤(pán)中心。本工程中機(jī)器人使用的是氣動(dòng)夾具如圖所示，名稱(chēng)為T(mén)ool1，單控電磁閥控制，通電時(shí)抓取貨物，斷電時(shí)放開(kāi)貨物，由于本夾具與第六軸的中心點(diǎn)在X、Y軸重合，重心在默認(rèn)Tool0的Z方向上偏移300mm處，TCP點(diǎn)設(shè)定在夾具抓取貨物的中心點(diǎn)上，從默認(rèn)Tool0上的Z方向偏移了50mm，質(zhì)量為0.1kg，采用四點(diǎn)法定義TCP的位置數(shù)據(jù)。

（2）工件坐標(biāo)Wobjdata的設(shè)定：機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)就是相對(duì)工件坐標(biāo)而言的，工件坐標(biāo)定義工件相對(duì)于大地坐標(biāo)的位置。本工程中利用平臺(tái)的平面設(shè)置工件坐標(biāo)Wobjdata1 。采用三點(diǎn)法進(jìn)行定義。

（3）目標(biāo)點(diǎn)位置數(shù)據(jù)的設(shè)置：機(jī)器人的路徑如圖所示共7點(diǎn)，空間位置為：P0：機(jī)器人工作起始點(diǎn)，P1：被抓取工件處的抓取點(diǎn)，P10：抓取工件點(diǎn)P1正上方30mm處，P11：P10正上方200mm處（也可以視現(xiàn)場(chǎng)具體情況做微調(diào)整）；P2：工件在平臺(tái)上的放置點(diǎn)，P20：放置工件點(diǎn)P2正上方30mm處，正上方P21：P20正上方200mm處（也可以視現(xiàn)場(chǎng)具體情況做微調(diào)整），這些目標(biāo)點(diǎn)通過(guò)示教器中單擊“修改位置”進(jìn)行確定。這些示教點(diǎn)可以在編寫(xiě)程序的時(shí)候直接示教，也可以編寫(xiě)程序完成后示教。

五、程序編寫(xiě)

RAPID程序中包含了一連串控制機(jī)器人的指令，執(zhí)行這些指令可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制操作。ABB機(jī)器人編程所使用的語(yǔ)言是RAPID語(yǔ)言。它是一種高級(jí)語(yǔ)言。所包含的指令可以移動(dòng)機(jī)器人，設(shè)置輸出、讀取輸入，還能實(shí)現(xiàn)決策、重復(fù)其他指令、構(gòu)造程序、與系統(tǒng)操作員交流等功能。本工程采用的是結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的方法，把工程分為幾個(gè)例行程序，在主程序中調(diào)用即可，這樣可以使得各個(gè)操作相對(duì)獨(dú)立，不會(huì)產(chǎn)生干擾，便于調(diào)試，修改。

（1）程序模塊：RAPID程序是由程序模塊與系統(tǒng)模塊組成。通過(guò)新建程序模塊來(lái)構(gòu)建機(jī)器人的程序，而系統(tǒng)模塊多用于系統(tǒng)方面的控制。確定需要多少個(gè)程序模塊，是由應(yīng)用的復(fù)雜性所決定的。每一個(gè)程序模塊中包含了程序數(shù)據(jù)、例行程序、中段程序和功能等對(duì)象，而且它們之間是可以互相通用的。本工程為一個(gè)程序模塊，名稱(chēng)：MODULE：Banyun。

（2）主程序：在RAPID程序中，只有一個(gè)主程序main，并且存在于任意一個(gè)程序模塊中，并且是作為整個(gè)RAPID程序執(zhí)行的起點(diǎn)。

（3）例行程序：機(jī)器人按功能區(qū)分，編制各種不同功能的例行程序，方便我們閱讀、調(diào)試程序。本工程中建立三個(gè)例行程序： 初始化程序rInitAll，傳送帶運(yùn)行程序 rProc，機(jī)器人搬運(yùn)程序rPick。

rInitAll：初始化程序，運(yùn)行時(shí)，機(jī)器人先處于起始點(diǎn)，傳送帶為停止?fàn)顟B(tài)，氣動(dòng)夾具為松開(kāi)狀態(tài)，蜂鳴器停止蜂鳴， 紅燈滅。

rProc：傳送帶運(yùn)行程序，按下啟動(dòng)按鈕（di14）傳送帶（do1）通電運(yùn)轉(zhuǎn)→傳感器（di14）檢測(cè)到有工件時(shí)→延時(shí)0.5s停止→機(jī)器人夾取工件→傳送帶運(yùn)行，重復(fù)上述動(dòng)作。

rPick：機(jī)器人搬運(yùn)程序，當(dāng)傳感器檢（di14）檢測(cè)到有工件時(shí)啟動(dòng)機(jī)器人按照之前示教的路徑搬運(yùn)工件至平臺(tái)上。機(jī)器人的工作循環(huán)路徑為P0→P11→ P10→ P1 →延時(shí)延時(shí)0.5s→夾具通電夾取工件→延時(shí)延時(shí)0.5s →P10 →P11→ P21→ P20→ P2→延時(shí)0.5s→夾具斷電放松工件→延時(shí)延時(shí)0.5s → P20→ P21→ P0。機(jī)器人每完成一次循環(huán)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次、紅燈亮3s、蜂鳴器響3s 。運(yùn)動(dòng)速度為V500mm/s，接近物體時(shí)（P1與P10之間及P2與P20之間）速度為V20mm/s，轉(zhuǎn)彎半徑為Z50。搬運(yùn)工件的數(shù)量由Parts記錄。

六、程序的調(diào)試

（1）校準(zhǔn)：ABB機(jī)器人六個(gè)關(guān)節(jié)軸都有一個(gè)機(jī)械原點(diǎn)的位置?？梢晫?shí)際具體情況，對(duì)機(jī)械原點(diǎn)的位置進(jìn)行計(jì)數(shù)器更新操作。

（2）確認(rèn)I/O信號(hào)，可以用仿真的方式強(qiáng)制外部的輸入/輸出信號(hào)，確保信號(hào)準(zhǔn)確。

（3）運(yùn)行時(shí)先進(jìn)行手動(dòng)模式操作，首先進(jìn)行空載運(yùn)行，不能馬上夾取工件，觀(guān)機(jī)器人察的運(yùn)行路徑是否符合技術(shù)要求，在反復(fù)確認(rèn)后再進(jìn)行工件夾取，先低速后高速，循序漸進(jìn)，保證調(diào)試順利進(jìn)行。程序手動(dòng)調(diào)試完畢，再轉(zhuǎn)為自動(dòng)模式。

（4）在調(diào)試運(yùn)行機(jī)器人時(shí)，它可能會(huì)執(zhí)行一些意外的或不規(guī)范的運(yùn)動(dòng)。并且所有的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很大的力量，從而嚴(yán)重傷害個(gè)人和/或損壞機(jī)器人工作范圍內(nèi)的任何設(shè)備。所以時(shí)刻警惕與機(jī)器人保持足夠的安全距離。

七、機(jī)器人應(yīng)用注意事項(xiàng)

（1）機(jī)器人在接近工件時(shí)，手動(dòng)操縱的速度盡可能的慢，在路徑上多添加示教點(diǎn)，以便加強(qiáng)路徑的可控性。

（2）當(dāng)氣動(dòng)手爪抓緊工件時(shí)，要使機(jī)器人垂直上升，這時(shí)實(shí)用功能就可以實(shí)現(xiàn)Z軸方向偏移的操作。切記不要讓機(jī)器人運(yùn)行軌跡發(fā)生傾斜，發(fā)生碰撞。

（3）在不同工位調(diào)整機(jī)器人的姿態(tài)時(shí)，盡量讓機(jī)器人在路徑上一邊運(yùn)動(dòng)一邊調(diào)整姿態(tài)。

（4）當(dāng)機(jī)器人離開(kāi)工作區(qū)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以加快運(yùn)行速度，節(jié)省操作時(shí)間。這需要在示教編程時(shí)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)設(shè)定。

責(zé)任編輯朱守鋰