ABB IRB 120机器人概述

1. 机器人简介

1.1 ABB IRB 120概述

ABB IRB 120 是一款紧凑型六轴工业机器人，广泛应用于精密装配、电子制造、医疗设备、汽车零部件制造等行业。它的设计特点使其非常适合在空间有限的环境中进行高精度操作。IRB 120 具有较高的重复定位精度（±0.01 mm）和较轻的自重（约 3 kg），可以轻松集成到现有的生产线中。

1.2 机器人主要参数

• 最大负载：0.5 kg 至 3 kg

• 臂展：580 mm

• 重复定位精度：±0.01 mm

• 最大速度：10 m/s

• 重量：23 kg

• 安装方式：地面安装、倒置安装、壁挂安装

• 工作范围：360°旋转，±120°倾斜

1.3 机器人应用领域

ABB IRB 120 机器人在汽车零部件制造行业中的应用非常广泛，包括但不限于以下领域：

• 精密装配：例如，发动机零件的装配、传感器的安装等。

• 焊接：适用于小型焊点的高精度焊接。

• 涂胶：在各种表面上精确涂布胶水。

• 检测：进行高精度的视觉检测。

• 搬运：轻量级零件的搬运和排列。

2. 机器人结构与工作原理

2.1 机器人结构

ABB IRB 120 机器人由六个关节组成，每个关节都有一个特定的轴号（A1 至 A6），这些轴号用于描述机器人的运动。机器人的主要部件包括：

• 基座（Base）：机器人固定安装的基础部分。

• 肩部（Shoulder）：位于基座上方，负责机器人的大范围旋转。

• 上臂（Upper Arm）：连接肩部和下臂，负责机器人的垂直运动。

• 下臂（Lower Arm）：连接上臂和手腕，负责机器人的水平运动。

• 手腕（Wrist）：连接下臂和末端执行器，负责机器人的精细调整。

• 末端执行器（End Effector）：安装在手腕上，用于执行特定任务，如夹具、焊枪、喷嘴等。

2.2 机器人工作原理

ABB IRB 120 机器人通过六个关节的协同工作来实现复杂的运动。每个关节由一个电动机驱动，并通过编码器反馈位置信息。控制系统的任务是根据预定的运动路径，计算每个关节的运动参数，并通过电动机驱动关节运动，最终使末端执行器到达指定位置。

2.3 机器人运动学

机器人运动学是研究机器人各个关节的运动关系及其对末端执行器位置和姿态影响的学科。ABB IRB 120 的运动学模型可以通过以下公式描述：

$$T=T_1{T}_2{T}_3{T}_4{T}_5{T}_6$$

其中，$T$ 是末端执行器的变换矩阵，$T_i$ 是第 $i$ 个关节的变换矩阵。变换矩阵包括旋转和平移两种运动，可以通过以下公式表示：

$$ T_i = \begin{bmatrix}

\cos(\theta_i) & -\sin(\theta_i) & 0 & a_i \cos(\theta_i) \

\sin(\theta_i) & \cos(\theta_i) & 0 & a_i \sin(\theta_i) \

0 & 0 & 1 & d_i \

0 & 0 & 0 & 1

\end{bmatrix} $$

其中，${\theta }_i$ 是关节角度，$a_i$ 是沿 $x$ 轴的平移距离，$d_i$ 是沿 $z$ 轴的平移距离。

3. 控制系统

3.1 控制系统概述

ABB IRB 120 机器人的控制系统主要包括硬件和软件两部分。硬件部分包括控制器、电动机、编码器等，软件部分包括控制软件和编程语言。

3.2 控制器

控制器是机器人的核心部件，负责接收和处理指令，控制电动机的运动。ABB IRB 120 通常使用 ABB 的 IRC5 控制器，该控制器具有以下特点：

• 高性能：IRC5 控制器采用先进的控制算法，确保机器人的高精度和高速度。

• 易用性：提供直观的用户界面和丰富的编程工具。

• 兼容性：支持多种通信协议，可以与外部设备无缝集成。

3.3 编程语言

ABB IRB 120 机器人支持多种编程语言，其中最常用的是 RAPID（Robotic Application Programming Interface Description）。RAPID 是一种专为 ABB 机器人设计的编程语言，提供了丰富的指令和函数，可以方便地编写复杂的运动和控制程序。

3.4 通信接口

ABB IRB 120 机器人支持多种通信接口，包括以太网、PROFIBUS、DeviceNet 等。这些接口可以用于与外部设备（如 PLC、视觉系统、传感器等）进行数据交换和协同工作。

4. ABB IRB 120的系统配置

4.1 硬件配置

ABB IRB 120 的硬件配置包括机器人本体、控制器、电动机、编码器、传感器等。在配置机器人时，需要考虑以下因素：

• 负载能力：根据应用需求选择合适的负载能力。

• 工作范围：确保机器人的工作范围能够覆盖所有需要的操作点。

• 安装方式：根据生产线布局选择合适的安装方式。

• 传感器：选择合适的传感器（如视觉传感器、力传感器等）以提高机器人的精度和可靠性。

4.2 软件配置

ABB IRB 120 的软件配置主要包括控制软件和编程工具。常用软件包括：

• RobotStudio：ABB 提供的虚拟仿真软件，可以用于离线编程和调试。

• EOffline：用于生成和编辑运动路径的离线编程工具。

• RAPID 编程环境：用于编写和调试机器人程序的集成开发环境。

4.3 系统连接

在系统连接时，需要确保机器人与控制器、外部设备之间的通信正常。常见的连接步骤包括：

1. 连接控制器：将机器人与 IRC5 控制器通过电缆连接。

2. 配置网络：如果使用以太网通信，需要配置控制器的 IP 地址。

3. 连接外部设备：根据需要连接 PLC、视觉系统、传感器等外部设备。

5. RAPID编程基础

5.1 RAPID语言简介

RAPID 是 ABB 机器人编程的标准语言，具有以下特点：

• 易学易用：语法简单，易于学习和使用。

• 丰富的指令：提供多种运动指令和控制指令。

• 模块化编程：支持模块化编程，提高代码的可维护性和可重用性。

5.2 基本指令

RAPID 语言提供了一系列基本指令，用于控制机器人的运动和操作。以下是一些常用的指令：

• MoveJ：关节空间的点到点运动。

• MoveL：线性运动。

• MoveC：圆弧运动。

• WaitTime：等待指定时间。

• SetDO：设置数字输出。

• GetDI：获取数字输入。

5.3 代码示例

以下是一个简单的 RAPID 代码示例，用于控制 ABB IRB 120 机器人从一个位置移动到另一个位置：

MODULE mainModule

  ! 定义机器人运动路径

  PROC main()

    ! 关节空间的点到点运动

    MoveJ \JointTarget(0, 0, 0, 0, 0, 0) \Speed:=v1000 \Zone:=z10 \Tool:=tool0;

    

    ! 线性运动

    MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p1, p2, p3, p4, p5, p6);

    

    ! 等待 2 秒

    WaitTime 2;

    

    ! 关闭数字输出

    SetDO do1, 0;

  ENDPROC

ENDMODULE

5.4 代码解释

• MoveJ：关节空间的点到点运动。JointTarget(0, 0, 0, 0, 0, 0) 表示六个关节的初始位置，Speed:=v1000 表示运动速度，Zone:=z10 表示路径规划的精度，Tool:=tool0 表示使用的工具。

• MoveL：线性运动。WObj:=wobj0 表示工作对象的坐标系，Tool:=tool0 表示使用的工具，Speed:=v500 表示运动速度，Zone:=z10 表示路径规划的精度，Target(p1, p2, p3, p4, p5, p6) 表示目标位置。

• WaitTime：等待指定时间。WaitTime 2 表示等待 2 秒。

• SetDO：设置数字输出。SetDO do1, 0 表示将数字输出 do1 设置为 0。

6. 机器人编程流程

6.1 编程环境准备

在开始编程之前，需要准备以下环境：

• 控制器：确保控制器已经正确安装并连接到机器人。

• 编程软件：使用 ABB RobotStudio 或 RAPID 编程环境。

• 仿真模型：在 RobotStudio 中加载机器人的仿真模型。

6.2 创建程序模块

在 RAPID 编程环境中，可以创建多个程序模块，每个模块包含一个或多个过程（PROC）。以下是一个创建模块的示例：

MODULE assemblyModule

  ! 定义装配过程

  PROC assemblyProcess()

    ! 移动到起始位置

    MoveJ \JointTarget(0, 0, 0, 0, 0, 0) \Speed:=v1000 \Zone:=z10 \Tool:=tool0;

    

    ! 执行装配操作

    MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p1, p2, p3, p4, p5, p6);

    

    ! 等待 2 秒

    WaitTime 2;

    

    ! 移动到下一个位置

    MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p7, p8, p9, p10, p11, p12);

  ENDPROC

ENDMODULE

6.3 编写运动路径

编写运动路径时，需要定义机器人的目标位置和运动方式。以下是一个定义运动路径的示例：

MODULE pathModule

  ! 定义运动路径

  PROC movePath()

    ! 移动到起始位置

    MoveJ \JointTarget(0, 0, 0, 0, 0, 0) \Speed:=v1000 \Zone:=z10 \Tool:=tool0;

    

    ! 通过多个点的线性运动

    MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p1, p2, p3, p4, p5, p6);

    MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p7, p8, p9, p10, p11, p12);

    MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p13, p14, p15, p16, p17, p18);

  ENDPROC

ENDMODULE

6.4 调试与测试

调试和测试是确保机器人程序正确运行的重要步骤。在 RobotStudio 中，可以通过仿真来测试程序。以下是一个调试和测试的示例：

1. 加载程序：将编写好的 RAPID 代码加载到 RobotStudio 中。

2. 设置仿真环境：在 RobotStudio 中设置工作对象和工具。

3. 运行仿真：运行仿真，观察机器人的运动是否符合预期。

4. 调整参数：根据仿真结果调整运动参数，如速度、精度等。

7. 进阶编程技巧

7.1 条件判断

在 RAPID 中，可以使用条件判断语句（如 IF 语句）来控制机器人的行为。以下是一个使用 IF 语句的示例：

MODULE conditionModule

  ! 定义条件判断过程

  PROC conditionalMove()

    ! 检查数字输入

    IF GetDI di1 = 1 THEN

      ! 移动到位置 A

      MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p1, p2, p3, p4, p5, p6);

    ELSE

      ! 移动到位置 B

      MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p7, p8, p9, p10, p11, p12);

    ENDIF

  ENDPROC

ENDMODULE

7.2 循环控制

循环控制可以用于重复执行相同的任务。以下是一个使用 FOR 循环的示例：

MODULE loopModule

  ! 定义循环过程

  PROC loopMove()

    ! 重复执行 5 次

    FOR i FROM 1 TO 5 DO

      ! 移动到位置 A

      MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p1, p2, p3, p4, p5, p6);

      

      ! 等待 1 秒

      WaitTime 1;

      

      ! 移动到位置 B

      MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p7, p8, p9, p10, p11, p12);

      

      ! 等待 1 秒

      WaitTime 1;

    ENDFOR

  ENDPROC

ENDMODULE

7.3 信号处理

信号处理是机器人与外部设备交互的重要部分。以下是一个处理数字输入和输出的示例：

MODULE signalModule

  ! 定义信号处理过程

  PROC signalProcess()

    ! 检查数字输入

    WHILE GetDI di1 = 1 DO

      ! 设置数字输出

      SetDO do1, 1;

      

      ! 移动到位置 A

      MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p1, p2, p3, p4, p5, p6);

      

      ! 等待 1 秒

      WaitTime 1;

      

      ! 重置数字输出

      SetDO do1, 0;

      

      ! 等待 1 秒

      WaitTime 1;

    ENDWHILE

  ENDPROC

ENDMODULE

7.4 逻辑函数

逻辑函数可以用于复杂的决策过程。以下是一个使用逻辑函数的示例：

MODULE logicModule

  ! 定义逻辑函数

  FUNCTION checkCondition() : BOOL

    ! 检查数字输入

    IF GetDI di1 = 1 AND GetDI di2 = 0 THEN

      RETURN 1;

    ELSE

      RETURN 0;

    ENDIF

  ENDFUNCTION



  ! 定义主过程

  PROC mainProcess()

    ! 检查条件

    IF checkCondition() THEN

      ! 条件满足，执行任务

      MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p1, p2, p3, p4, p5, p6);

    ELSE

      ! 条件不满足，执行其他任务

      MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p7, p8, p9, p10, p11, p12);

    ENDIF

  ENDPROC

ENDMODULE

8. 机器人编程案例

8.1 精密装配案例

8.1.1 案例背景

在汽车零部件制造中，精密装配是一个常见的任务。假设我们需要将一个小型传感器安装到发动机零件上，要求机器人能够在不同的工位之间精确移动，并执行安装操作。这涉及到机器人的运动控制、信号处理和逻辑判断等多个方面。

8.1.2 案例实现

以下是一个完整的 RAPID 代码示例，用于实现传感器安装任务：

MODULE assemblyTask

  ! 定义传感器安装过程

  PROC installSensor()

    ! 移动到传感器拾取位置

    MoveJ \JointTarget(0, 0, 0, 0, 0, 0) \Speed:=v1000 \Zone:=z10 \Tool:=tool0;

    MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p1, p2, p3, p4, p5, p6);

    

    ! 拾取传感器

    SetDO do1, 1; ! 打开夹具

    WaitTime 1;   ! 等待 1 秒，确保传感器被夹紧

    SetDO do1, 0; ! 关闭夹具

    

    ! 移动到发动机零件安装位置

    MoveJ \JointTarget(0, 0, 0, 0, 0, 0) \Speed:=v1000 \Zone:=z10 \Tool:=tool0;

    MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p7, p8, p9, p10, p11, p12);

    

    ! 安装传感器

    SetDO do2, 1; ! 打开安装工具

    WaitTime 1;   ! 等待 1 秒，确保传感器安装到位

    SetDO do2, 0; ! 关闭安装工具

    

    ! 返回到起始位置

    MoveJ \JointTarget(0, 0, 0, 0, 0, 0) \Speed:=v1000 \Zone:=z10 \Tool:=tool0;

  ENDPROC

ENDMODULE

8.2 焊接案例

8.2.1 案例背景

在汽车零部件制造中，焊接是另一个常见的任务。假设我们需要对一个小型零件进行多点焊接，要求机器人能够沿着预定的路径精确移动并进行焊接操作。这涉及到机器人的路径规划、速度控制和信号处理。

8.2.2 案例实现

以下是一个完整的 RAPID 代码示例，用于实现多点焊接任务：

MODULE weldingTask

  ! 定义焊接路径

  PROC weldPath()

    ! 移动到起始位置

    MoveJ \JointTarget(0, 0, 0, 0, 0, 0) \Speed:=v1000 \Zone:=z10 \Tool:=weldingTool;

    

    ! 通过多个焊接点

    MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=weldingTool \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p1, p2, p3, p4, p5, p6);

    MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=weldingTool \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p7, p8, p9, p10, p11, p12);

    MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=weldingTool \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p13, p14, p15, p16, p17, p18);

    

    ! 执行焊接操作

    SetDO do1, 1; ! 打开焊接电源

    WaitTime 2;   ! 等待 2 秒，确保焊接完成

    SetDO do1, 0; ! 关闭焊接电源

    

    ! 返回到起始位置

    MoveJ \JointTarget(0, 0, 0, 0, 0, 0) \Speed:=v1000 \Zone:=z10 \Tool:=weldingTool;

  ENDPROC

ENDMODULE

8.3 涂胶案例

8.3.1 案例背景

在汽车零部件制造中，涂胶是一个重要的工艺步骤。假设我们需要对一个零件的多个表面进行精确涂胶，要求机器人能够沿着预定的路径移动并喷胶。这涉及到机器人的路径规划、速度控制和喷胶设备的信号处理。

8.3.2 案例实现

以下是一个完整的 RAPID 代码示例，用于实现多表面涂胶任务：

MODULE gluingTask

  ! 定义涂胶路径

  PROC gluingPath()

    ! 移动到起始位置

    MoveJ \JointTarget(0, 0, 0, 0, 0, 0) \Speed:=v1000 \Zone:=z10 \Tool:=gluingTool;

    

    ! 通过多个涂胶点

    MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=gluingTool \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p1, p2, p3, p4, p5, p6);

    MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=gluingTool \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p7, p8, p9, p10, p11, p12);

    MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=gluingTool \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p13, p14, p15, p16, p17, p18);

    

    ! 执行涂胶操作

    SetDO do1, 1; ! 打开喷胶设备

    WaitTime 2;   ! 等待 2 秒，确保涂胶完成

    SetDO do1, 0; ! 关闭喷胶设备

    

    ! 返回到起始位置

    MoveJ \JointTarget(0, 0, 0, 0, 0, 0) \Speed:=v1000 \Zone:=z10 \Tool:=gluingTool;

  ENDPROC

ENDMODULE

8.4 检测案例

8.4.1 案例背景

在汽车零部件制造中，检测是确保产品质量的重要环节。假设我们需要对一个零件进行高精度的视觉检测，要求机器人能够将零件移动到检测位置，并与视觉系统协同工作。这涉及到机器人的运动控制、信号处理和视觉系统的集成。

8.4.2 案例实现

以下是一个完整的 RAPID 代码示例，用于实现视觉检测任务：

MODULE inspectionTask

  ! 定义检测过程

  PROC inspectPart()

    ! 移动到检测位置

    MoveJ \JointTarget(0, 0, 0, 0, 0, 0) \Speed:=v1000 \Zone:=z10 \Tool:=tool0;

    MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p1, p2, p3, p4, p5, p6);

    

    ! 检查视觉系统信号

    WHILE GetDI di1 = 0 DO

      WaitTime 0.5; ! 等待视觉系统准备就绪

    ENDWHILE

    

    ! 触发视觉系统检测

    SetDO do1, 1; ! 发送检测信号

    WaitTime 2;   ! 等待 2 秒，确保检测完成

    SetDO do1, 0; ! 关闭检测信号

    

    ! 获取检测结果

    IF GetDI di2 = 1 THEN

      ! 检测通过，移动到下一个位置

      MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p7, p8, p9, p10, p11, p12);

    ELSE

      ! 检测未通过，移动到不合格品位置

      MoveL \WObj:=wobj0 \Tool:=tool0 \Speed:=v500 \Zone:=z10 \Target(p13, p14, p15, p16, p17, p18);

    ENDIF

    

    ! 返回到起始位置

    MoveJ \JointTarget(0, 0, 0, 0, 0, 0) \Speed:=v1000 \Zone:=z10 \Tool:=tool0;

  ENDPROC

ENDMODULE

9. 机器人维护与故障排除

9.1 日常维护

ABB IRB 120 机器人的日常维护主要包括以下内容：

• 清洁：定期清洁机器人的表面和关节，确保无尘和无油。

• 润滑：根据制造商的建议，定期对机器人的关节进行润滑。

• 检查：检查机器人的电缆、连接器、传感器等部件，确保无损坏。

• 校准：定期校准机器人的位置和姿态，确保高精度操作。

9.2 故障排除

ABB IRB 120 机器人在使用过程中可能会遇到各种故障，以下是一些常见的故障及其排除方法：

• 运动异常：

  • 检查：检查机器人的关节是否卡死，电缆是否松动。

  • 重启：重启控制器，重新加载程序。

  • 校准：重新校准机器人的位置和姿态。

• 通信故障：

  • 检查：检查网络连接是否正常，IP 地址是否正确。

  • 重置：重置通信接口，重新配置网络参数。

  • 测试：使用诊断工具测试通信状态，确保数据交换正常。

• 传感器故障：

  • 检查：检查传感器的连接是否松动，供电是否正常。

  • 校准：重新校准传感器，确保检测精度。

  • 更换：如果传感器损坏，及时更换新的传感器。

9.3 安全操作

为了确保 ABB IRB 120 机器人在操作过程中的安全，需要遵守以下操作规范：

• 人员培训：操作人员应接受专业培训，了解机器人的操作和维护知识。

• 安全防护：在机器人工作区域设置安全护栏，防止人员误入。

• 急停按钮：确保急停按钮易于触及，以便在紧急情况下迅速停止机器人。

• 定期检查：定期检查机器人的安全装置，确保其正常工作。

10. 未来发展方向

10.1 技术创新

随着工业自动化技术的不断发展，ABB IRB 120 机器人也在不断地进行技术创新：

• 更高的精度：通过改进运动控制算法，进一步提高机器人的重复定位精度。

• 更快的速度：优化电机和传动系统，提高机器人的运动速度。

• 更强的负载能力：通过改进机械结构，提高机器人的最大负载能力。

• 更智能的控制：集成更多传感器和智能算法，实现更复杂的自主操作和决策。

10.2 应用扩展

ABB IRB 120 机器人的应用领域也在不断扩大：

• 医疗领域：在手术机器人、药物分发等医疗应用中发挥重要作用。

• 教育领域：作为教学工具，用于培养未来的工程师和编程人员。

• 服务领域：在服务机器人领域，如餐厅服务、家庭助理等，展示其灵活性和高精度。

10.3 市场前景

随着工业 4.0 和智能制造的推进，ABB IRB 120 机器人的市场前景非常广阔：

• 需求增加：越来越多的行业开始采用机器人自动化，ABB IRB 120 的需求将持续增长。

• 成本降低：随着技术的成熟和规模的扩大，机器人的成本将逐步降低，使其更具有竞争力。

• 定制化解决方案：ABB 将提供更多定制化的解决方案，满足不同行业和应用场景的需求。

11. 总结

ABB IRB 120 机器人是一款紧凑型、高精度的六轴工业机器人，广泛应用于汽车零部件制造、电子制造、医疗设备等领域。通过其先进的控制系统和丰富的编程工具，可以实现复杂的任务和高精度操作。日常维护和故障排除是确保机器人正常运行的重要环节，未来的技术创新和应用扩展将进一步提升其市场竞争力。希望本文对您了解 ABB IRB 120 机器人的结构、工作原理、编程方法及维护技巧有所帮助。