《工业机器人技术基础及其应用》课件-第5章ABB工业机器人的硬件和基本操作

第5章ABB工业机器人的硬件和基本操作5.1ABB工业机器人的分类和型号5.2ABB工业机器人的硬件连接5.3ABB工业机器人的基本操作5.1ABB工业机器人的分类和型号5.1.1ABB机器人的分类

直角坐标机器人直角坐标机器人一般有2～3个自由度，每个运动自由度之间的空间夹角为直角，如图5-1所示。平面关节型机器人又称为SCARA型机器人，是圆柱坐标机器人的一种形式。SCARA机器人有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向。SCARA系统在x和y方向上具有顺从性，而在z轴方向具有良好的刚度，此特性非常适合于装配工作。图5-2所示为一款ABB平面关节型机器人。平面关节型机器人Delta机器人是典型的空间三自由度并联机构，整体结构精密、紧凑，驱动部分均放置于固定平台，如图5-3所示。并联机器人又称Delta机器人，具有高速、轻载的特点，一般通过示教编程或视觉系统捕捉目标物体，由三个并联的伺服轴确定抓具中心（TCP）的空间位置，实现对目标物体的运输、加工等操作。并联机器人。串联机器人协作机器人5.1.2ABB机器人的部分型号产品IRB120ABB迄今最小的多用途机器人IRB120（如图5-6所示）仅重25kg，荷重3kg（垂直腕为4kg），工作范围达580mm型号到达范围承重能力IRB120-3/0.60.58m3kg(4kg)IRB120T0.58m3kgIRB120机器人主要参数型号到达范围承重能力IRB

1200-7/0.70.7m7kgIRB

1200-5/0.90.9m5kg随着该款机器人的面市，ABB在保持机器人工作范围宽广这一优势的同时，满足了物料搬运和上下料环节对柔性、节拍、易用性及紧凑性的各项要求。IRB1200（如图5-7所示）能够在狭小空间内发挥其性能的优势。两次动作间移动距离短，既可以缩短节拍时间，又有利于工作站体积的最小化IRB1200机器人主要参数IRB1200IRB140机器人IRB140机器人（如图5-8所示）具有正常运行时间长、操作周期时间短、零件生产质量稳定、功率大、适合恶劣生产环境、易于柔性化集成和生产等有点，主要参数如下表所示。型号到达范围承重能力IRB

1400.81m6kgIRB

140T0.81m6kgIRB1410IRB1410机器人（如右图所示）在弧焊、物料搬运和过程应用领域具有优势。具有坚固且耐用、准确性高、坚固、高速等特点，主要参数如下表所示型号到达范围承重能力IRB14101.44m5kgIRB1520ID机器人IRB1520ID（如左图所示）是一款高精度中空臂弧焊机器人，能够实现连续不间断生产，与同类产品相比焊接单位成本最低，主要参数如下表所示型号到达范围承重能力IRB

1520ID1.50

m4

kgIRB1600机器人在优化速度和精度时，往往会造成性能的损失。但ABB的IRB1600机器人（如下图所示）大大缩短了工作周期，同时不降低工件质量。最高承重可达10kg，主要参数如下表所示型号到达范围承重能力IRB

1600

-

6

/

1.21.2m6kgIRB

1600

-

6

/

1.451.45m6kgIRB

1600

-

10

/

1.21.2m10kgIRB

1600

-

10

/

1.451.45m10kgIRB1600ID机器人这是一款专业弧焊机器人。IRB1600ID机器人（如左图所示）采用集成式配套设计，所有电缆和软管均内嵌于机器人上臂，是弧焊应用的理想选择，主要参数如下表所示。型号到达范围承重能力IRB

1600ID-4/1.51.50

m4

kgIRB260机器人IRB260机器人（如图5-14所示）是一款包装机器人。它机身小巧，能集成于紧凑型包装机械中，又能满足在到达距离和有效载荷方面的要求。配以ABB运动控制和跟踪性能，该机器人非常适合应用于柔性包装系统，主要参数如表5-9所示。型号到达范围承重能力IRB

2601.53m30kgIRB2600机器人IRB2600机器人（如左图所示）家族包含3款子型号，荷重从12kg到20kg，该家族产品旨在提高上下料，物料搬运，弧焊以及其他加工应用的生产力，主要参数如下表所示。型号到达范围承重能力IRB

2600-12/1.651.65m12kgIRB

2600-20/1.651.65m20kgIRB

2600-12/1.851.85m12kg这是前面提到的并联型机器人（如左图所示）。ABB的IRB360FlexPicker拾料和包装技术具有灵活性高、占地面积小、精度高和负载大等优势，主要参数如下表所示。型号到达范围承重能力IRB

360-1/8000.8

m1kgIRB

360-1/11301.13m1kgIRB

360-3/11301.13m3kgIRB

360-1/16001.60

m1kgIRB

360-8/11301.13

m8kgIRB360机器人IRB460机器人荷重110kg的紧凑型4轴机器人IRB460（如左图所示）是ABB推出的码垛产品。IRB460的操作节拍最高可达2190次循环/小时，该机器人到达距离为2.4米，主要参数如下表所示型号到达范围承重能力IRB

4602.40m110kgIRB6620LX机器人IRB6620LX（如图5-18所示）是一款前面提到的直线轴工业机器人。ABB的IRB6620LX机器人融合了直线轴机器人和多关节型机器人的各种优点，是载荷150kg的6轴机器人。主要应用于机器管理、物料搬运、动力传动系组装、重型弧焊、研磨和粘合，主要参数如表5-13所示。型号到达范围承重能力IRB

6620LX1.9m150kgIRB6700机器人IRB6700机器人（如左图）系列是ABB的大型机器人，在技术上做了多项改进和提升。IRB6700不仅在精确度、负载能力和速度方面有所改进，同时功耗降低了15%，且可维修性得到提升。同时，IRB6700平均故障间隔时间达到400,000小时，主要参数如下表所示。型号到达范围承重能力IRB

6700-2002.60m200

kgIRB

6700-1552.85m155

kgIRB

6700-2352.65m235

kgIRB

6700-2052.80m205

kgIRB

6700-1753.05m175

kgIRB

6700-1503.20m150

kgIRB

6700-3002.70m300

kgIRB

6700-2453.00m245

kg

IRB7600机器人这是一款大功率机器人，该机器人有多种版本，最大承重能力高达650kg。IRB7600（如右图所示）适用于各行业重载场合，具有大转矩、大惯性、刚性结构好、加速性能优良等特性，主要参数如下表所示。型号到达范围承重能力IRB

7600-5002.55

m500

kgIRB

7600-4002.55

m400

kgIRB

7600-3402.80m340kgIRB

7600-3253.10

m325

kgIRB

7600-1503.50

m150

kgIRB910SC机器人如右图所示，IRB910SC（SCARA）是一款前面提到的快速、高效的平面单关节型机器人，主要应用于小部件装配、材料处理和质检等，主要参数如下表所示型号到达范围承重能力IRB

910SC

-

3/

0.450.45m6

kgIRB

910SC

-

3/

0.550.55m6

kgIRB

910SC

-

3/

0.650.65m6

kgIRB14000YuMi机器人YuMi（如右图所示）是一款新型协作机器人，具有的双手、送料系统和成像系统。双手臂机器人可以应用于小件搬运、小件装配。例如在小零件组装时，人们和机器人可以并肩工作，主要参数如下表所示型号到达范围承重能力IRB

14000

–

0.5/0.50.5m0.5

kg

per

armIRB5500机器人如左图所示，这是一款壁挂式FlexPainterIRB5500机器人。只需要二台FlexPainterIRB5500机器人即可胜任通常需要4台机器人才能完成的喷涂任务，而且换色过程中的涂料损耗接近于零，是小批量喷涂和多色喷涂的最佳解决方案型号到达范围承重能力IRB

55002.97m13kgIRB580机器人IRB580（如图5-24所示）是高柔性、高精度、高成本效益的喷涂机器人系统。IRB580是对540和5400机器人的补充，主要参数如表5-19所示型号到达范围承重能力IRB

5802.17m10kg5.2ABB工业机器人的硬件连接5.2.1ABB工业机器人本体基本结构与特点在工业机器人中，水平串联SCARA结构的机器人多用于3C行业的电子元器件安装和搬运作业，并联结构的机器人多用于电子电工、食品药品等行业的装配和搬运。这垂直串联(VerticalArticulated)是工业机器人最典型的结构，它被广泛用于加工、搬运、装配、包装机器人。垂直串联结构机器人的各个关节和连杆依次串联，机器人的每一个自由度都需要由一台伺服电机驱动。基本结构常用的小规格、轻量级垂直串联6轴关节型工业机器人的外形结构如图5-25所示。这种结构机器人的所有伺服驱动电机、减速器及其他机械传动部件均安装于内部，机器人外形简洁、防护性能好，机械传动结构简单、传动链短、传动精度高、刚性好。垂直串联机器人的外形结构机器人本体的内部结构如左图所示，机器人的运动主要包括整体回转（腰关节)、下臂摆动(肩关节)、上臂摆动(肘关节)及手腕运动。机器人每一关节的运动都需要由相应的电机驱动，交流伺服电机是目前工业机器人最常用的驱动电机。交流伺服电机是一种用于机电一体化设备控制的通用电机，具有恒转矩输出特性，小功率的最高转速一般为3000～6000r/min，额定输出转矩通常在30N·m以下。然而，机器人的关节回转和摆动的负载一般惯量大，最大回转速度低(通常为25～100r/min)，加减速时的最大输出转矩(动载荷)需要达到几百甚至几万牛·米，所以要求驱动系统具有低速、大转矩输出特性。由此可见减速器是机器人的核心部件，上图所示的6轴机器人上，每一个驱动轴也都安装有1套减速器。在上图所示的机器人上，手部回转伺服驱动电机13和减速器14直接安装在手部工具法兰16的后侧，这种结构传动简单、直接，但它会增加手部的体积和质量，并影响手的灵活性。因此，目前已较多地采用手部回转驱动电机和减速器安装在上臂内部，然后通过同步带、伞齿轮等传动部件传送至手部的结构形式。主要特点直接传动结构所有关节的伺服电机、减速器等驱动部件都安装在各自的回转或摆动部位，除腕弯曲摆动使用了同步带外，其他关节的驱动均无中间传动部件。

直接传动结构优点传动系统结构简单、层次清晰，各关节无相互牵连。它不但可简化本体的机械结构、减少零部件、降低生产制造成本、方便安装调试，而且还可缩短传动链，避免中间传动部件间隙对系统刚度、精度的影响。由于驱动电机、减速器都需要安装在关节部位，就要求手腕、手臂内部需要有足够的安装空间，关节的外形、质量必然较大，导致机器人的上臂质量大、整体重心高，不利于高速运动。为了保证手腕、上臂等构件有足够的刚性，其运动部件的质量和惯性必然较大，加重了驱动电机及减速器的负载。同时，因为机器人的内部空间小、散热条件差，它又限制了驱动电机和减速器的规格，加上电机和减速器的检测、维修、保养均较困难。直接传动结构缺点：5.2.2其他常见机构用于大型零件重载搬运、码垛的机器人，由于负载的质量和惯性大，驱动系统必须能提供足够大的输出转矩，才能驱动机器人运动，故需要配套大规格的伺服驱动电机和减速器。此外，为了保证机器人运动稳定、可靠，就需要降低重心、增强结构稳定性，并保证机械结构件有足够的体积和刚性。因此，一般不能采用直接传动结构。（1）连杆驱动结构图5-27为大型、重载搬运和码垛的机器人常用结构。大型机器人的上、下臂和手腕的摆动一般采用平行四边形连杆机构进行驱动，其上、下臂摆动的驱动机构安装在机器人的腰部，手腕弯曲的驱动机构安装在上臂的摆动部位；全部驱动电机和减速器均为外置。采用平行四边形连杆机构驱动，不仅可以加长上、下臂和手腕弯曲的驱动力臂、放大驱动力矩，同时，由于驱动机构安装位置下移，也可降低机器人重心、提高运动稳定性。因此，它较好地解决了直接传动所存在的上臂质量大、重心高，高速运动稳定性差的问题。

图5-27平行四边形连杆的运动可直接使用滚珠、丝杠等直线运动部件驱动；为了提高重载稳定性，机器人的上、下臂通常需要配置液压(或气动)平衡系统。对于作业要求固定的大型机器人，有时也采用图5-28所示的5轴结构。这种机器人结构特点是，除手回转驱动机构外，其他轴的驱动机构全部布置在腰部，因此其稳定性更好。但由于机器人的手腕不能回转，故适合于平面搬运、码垛作业。

1-腰部回转电机2-下臂摆动电机3-上臂摆动电机

4-腕弯曲电机5.手回转电机

图5-285轴大型机器人的结构（2）手腕后驱结构图5-29手腕后驱机器人的结构图5-29手腕后驱机器人的结构5.2.3ABB工业机器人控制柜目前，ABB工业机器人的第五代控制柜为IRC5。它的运动控制技术、TrueMove和QuickMove是机器人精度、速度、周期时间、可编程性以及与外部设备同步性等机器人性能指标的重要保证。IRC5第五代机器人控制柜如图5-30所示。控制柜主要包括以下部分：主计算机。

驱动单元3.I/O单元4.开关5.主线5.3ABB工业机器人的基本操作5.3.1示教器的使用（1）示教器介绍在示教器上，绝大多数的操作都是在触摸屏上完成的，同时也保留了必要的按钮和操作装置。手拿示教器的方法如图5-31所示。示教器上保留的按钮和功能主要包括：链接电缆、触摸屏、急停开关、手动操纵摇杆、USB端口、使能器按钮、触摸屏用笔、示教器复位按钮。（a）手持示教器的正面图

（b）手持示教器的背面图图5-31手持示教器的正确方法1）设定示教器的显示语言示教器出厂时，默认的显示语言是英语。为了方便操作，我们可以把显示语言设定为中文，步骤如图5-32至5-36顺次所示。

a单击左上角主菜单按钮。b选择“ControlPanel”。图5-32主菜单选择c选择“Language”。图5-32语言选择4.选择“Chinese”5.单击“OK”6.点击“YES”后，系统重启。

图5-33选择中文（Chinese）图5-35系统重新启动后设置生效d选择“Chinese”。e单击“OK”。f点击“YES”后，系统重启7.重启后，单击左上角按钮就能看到菜单已切换成中文界面图5-36重新启动后系统已经变成中文界面g重启后，单击左上角按钮就能看到菜单已切换成中文界面。2）设定机器人系统的时间图5-37至图5-39给出了设置机器人系统时间的步骤。a单击左上角主菜单按。b选择“控制面板”。图5-37主菜单选择c选择“日期和时间”。图5-38选择日期和时间d在此画面下设定日期和时间。日期和时间修改完成后，单击“确定”。4.在此画面就能对日期和时间进行设定。日期和时间修改完成后，单击“确定”3.选择“日期和时间”图5-39日期和时间的设定（2）正确使用使能器按钮

使能器按钮是工业机器人为保证操作人员人身安全而设置的。只有在按下使能器按钮，并保持在“点击开启”的状态下，才可对机器人进行手动操作与程序的调试。当发生危险时人会本能地将使能器按钮松开或按紧，机器人则会马上停下来，保证安全。图5-40为手握示教器的示意图。使能器按钮位于示教器手动操作摇杆的右侧操作者应用左手的四个手指进行操作图5-40手握示教器使能按钮的正确方式使能器按钮分为两档，在手动状态下第一档按下去，机器人处于电机开启状态；第二档按下去以后，机器人就会处于防护装置停止状态，如图5-41所示。电机开启状态防护装置停止b.防护装置停止状态图5-41使能按钮处于不同状态时的显示（3）示教器事件日志查看如图5-42所示，可以通过示教器画面上的状态栏查看ABB机器人常用信息及事件日志。主要有：1）机器人的状态（手动、全速手动和自动）。2）机器人的系统信息。3）机器人的电机状态。4）机器人的程序运行状态。5）当前机器人或外轴的使用状态。图5-42通过状态栏查看事件和日志5.3.2系统的备份和恢复设置（1）对ABB机器人数据进行备份的操作可以通过图5-43至图5-45所示的步骤对数据进行备份。

1)单击左上角主菜单按钮。2)选择“备份与恢复”。图5-43主菜单选择3)单击“备份当前系统…”。图5-44选择备份系统功能4)单击“ABC…”按钮，设定备份数据目录的名称。5)单击“…”按钮，选择备份存放的位置（机器人硬盘或USB存储设备）6)单击“备份”进行备份的操作。图5-45进行数据备份4.单击“ABC…”按钮

5.单击“…”按钮6.单击“备份”

(2)对ABB机器人数据进行恢复的操作图5-46至图5-48所示为恢复数据的步骤。1)单击“恢复系统…”。图5-46选择恢复系统功能1.单击“恢复系统…”

2)单击“…”，选择备份存放的目录。3)单击“恢复”。图5-47进行回复操作2.单击“…”3.单击“恢复”4)单击“是”。4.单击“是”图5-48确认操作在进行恢复时，要注意：备份的数据是具有唯一性，不能将一台机器人的备份恢复到另一台机器人中去，否则会造成系统故障。但是，也常会将程序和I/O的定义做成通用的，方便批量生产时使用。这时，可以通过分别单独导入程序和EIO文件来解决实际的需要。(3)单独导入程序的操作图5-49至图5-51为利用程序编辑器导入程序的步骤。1.单击左上角主菜单按钮

2.选择“程序编辑器”

图5-49主菜单选择1)单击左上角主菜单按钮。2)选择“程序编辑器”。3)单击“模块”标签。3.单击“模块”标签。

图5-50选择模块标签4)打开“文件”菜单，点击“加载模块…”，从“备份目录/RAPID”路径下加载所需要的程序模块。4.打开“文件”菜单，点击“加载模块…”图5-51加载需要的程序模块(4)单独导入EIO文件的操作图5-52至图5-57为导入EIO文件的步骤。1)单击左上角主菜单按钮。2)选择“控制面板”。1.单击左上角主菜单按钮

2.选择“控制面板”

图5-52主菜单选择3)选择“配置”。图5-53选择配置3.选择“配置”4)打开“文件”菜单，单击“加载参数”。4.打开“文件”菜单，单击“加载参数”

图5-54加载参数5)选择“删除现有参数后加载”。6)单击“加载…”。5.选择“删除现有参数后加载”6.单击“加载…”

图5-55选择模式7)在“备份目录/SYSPAR”路径下找到EIO.cfg文件。8)单击“确定”。7.在“备份目录/SYSPAR”路径下找到EIO.cfg文件图5-56找到所需文件9)单击“是”，重启后完成导入。9.单击“是”8.单击“确定”

图5-57完成导入后重新启动5.3.3ABB工业机器人的手动操作(1)单轴运动的手动操纵图5-58为控制柜上按键的位置和说明。图5-59开始为通过示教器操纵单轴运动的步骤。（3）单击左上角主菜单按钮（2）在状态栏中，确认机器人的状态已切换为“手动”图5-58控制柜上的按钮和功能图5-59确认为手动状态1)如图5-58，将控制柜上机器人状态钥匙切换到手动限速状态（小手标志）。2)如图5-59所示，在示教器的状态栏中确认机器人的状态已切换为“手动”。3)单击左上角主菜单按钮。4)如图5-60所示，选择“手动操纵”。图5-60选择手动操作5)如图5-61，单击“动作模式”。图5-61点击“动作模式”6)选中“轴1-3”，然后单击“确定”（若选中“轴4-6”，就可以操纵轴4~6）。（6）选中“轴1-3”，然后单击“确定”图5-62选择控制的轴7)用左手按下使能按钮，进入“电机开启”状态。图5-63开启电机8)在状态栏中，确认“电机开启”状态。9)显示“轴1-3”的操纵杆方向，箭头代表正方向。电机开启“轴1-3”的操纵杆方向图5-64确认电机当前状态操纵杆的使用是有技巧的。可以将机器人的操纵杆比作汽车的离合器，操纵杆的操纵幅度是与机器人的运动速度相关的。操纵幅度较小，则机器人的运动速度较慢。操纵幅度较大，则机器人运动速度较快。我们在初学操作时，应该尽量以小幅度操纵使机器人慢慢运动来开始手动操纵的学习。(2)线性运动的手动操纵1）手动操纵线性运动的方法机器人的线性运动是指安装在机器人第六轴法兰盘上工具的TCP在空间中作线性运动。以下就是手动操纵线性运动的方法。a.如图5-65所示，选择“手动操纵”。1.选择“手动操纵”

图5-65选择手动操纵b.单击“动作模式”。2.单击“动作模式”图5-66单击“动作模式”c.选择“线性”，然后单击“确定”。3.选择“线性”，然后单击“确定”图5-67选择“线性”d.单击“工具坐标”。4.单击“工具坐标”图5-68单击“工具坐标”e.选中对应的工具“tool1”，然后单击“确定”。5.选中对应的工具“tool1”然后单击“确定”图5-69选择工具名称f.用左手按下使能按钮，进入“电机开启”状态。图5-70进入“电机开启”状态g.在状态中，确认“电机开启”状态。h.显示轴X、Y、Z的操纵杆方向。箭头代表正方向。电机开启轴X、Y、Z的操纵杆方向图5-71确认电机状态和机器人各轴正方向i.操作示教器上的操纵杆，使工具的TCP点在空间中作线性运动。图5-72确认机械手末端的工件做线性运动（3）重定位运动的手动操纵机器人的重定位运动是指机器人第六轴法兰盘上的工具TCP点在空间中绕着坐标轴旋转的运动，也可以理解为机器人绕着工具TCP点作姿态调整的运动。以下就是手动操纵重定位运动的方法。

1）如图5-75所示，选择“手动操纵”。1.选择“手动操纵”图5-75选择“手动操纵”2）单击“动作模式”。2.单击“动作模式”图5-76单击“动作模式”3）选择“重定位”，然后单击“确定”。图5-77选择“重定位”4）单击“坐标系”。4.单击“坐标系”图5-78单击“坐标系”5）选择“工具”，然后单击“确定”。5.选择“工具”，然后单击“确定”图5-79选择工具6）单击“工具坐标”。图5-80单击“工具坐标”7）选中对应的工具“tool1”，然后单击“确定”。图5-81选择对应的工具8）用左手按下使能按钮，进入“电机开启”状态图5-82进入“电机开启”状态9）在状态中，确认“电机开启”状态。10）显示轴X、Y、Z的操纵杆方向。箭头代表正方向。电机开启图5-83确认电机状态和各轴正方向轴