河北工业职业技术学院
毕业论文
论文题目ABB机器人结构及在坡口中的应用与维护
ABB机器人结构及在坡口中的应用与维护
摘要:论文主要写了ABB机器人的发展及未来,包括它的主要组成部分,以及在坡
口生产中的应用,在生产过程中应该如何对机器人进行简单的保养与维护.同时也介绍
了一些大家平时不太熟悉的坡口技术.
关键词:发展与未来，组成部分，坡口，应用与维护
Abb the robot structure and the application of the slope mouth with maintenance
Abstract: ABB wrote the paper and the future development of robots, including its major components, and in the groove Production, in the production process on how the robot should be simple care and maintenance. We also introduced a number of usually not familiar with the groove technology.
Key words：Development and future , Part, Groove , Application and Maintenance.
一、引言
现在，随着重型机械产业的不断的发展，许多原始的落后设备已经不能满足现代工业生产。因此新的设备需要不断引进，现代工业变得越来越科技化、机械化和智能化。其中机器人的发展对工业生产带来了重要的帮助，减少了大量劳动力，同时生产量稳步提升，大大提高了工业生产的效率。科技是第一生产力，机器人的开发与研究很有必要。
二、ABB机器人的发展与未来。
1964年，ABB开发出世界首台喷涂机器人；1994年，ABB机器人部在上海成立；2005年，在上海设立机器人研发中心并开始本地化生产；2006年，ABB机器人全球业务总部移师上海；2009年，成功自主研发ABB最小机器人IRB 120；2010年，建成中国首个机器人整车喷涂实验中心。“中国的工业机器人数量未来突破一百万台只是时间问
题。”ABB机器人部中国区负责人顾纯元博士预测说。届时，ABB机器人将会在中国自动化这一发展进程史上再次留下浓墨重彩的一笔。
自1994年进入中国市场以来，ABB在工业机器人的生产、研发、测试和集成上的投入逐年增加。顾纯元介绍说：“我们在中国的业务涵盖了包括白车身、冲压自动化、动力总成及涂装自动化在内的四大系统，为各大汽车整车厂和零部件供应商提供全面的机器人自动化解决方案。”同时，他表示，除了汽车工业，机器人在制造业的应用也日趋广泛和深入，从重工业的应用，再到食品饮料、化学制药、金属加工、电子消费品到铁路机车、航空航天、太阳能、风能等，工业机器人已经被越来越多地应用在自动化生产线上。可以预见，随着将来制造业市场的不断成熟和自动化应用范围的拓展，ABB机器人在中国的发展之路将会越走越宽，在未来有更加广阔的发展前景和市场潜力。那么在如此光明的发展前景下，机器人产品的“黄金期”是否已经到来了？“未来的三至五年，机器人市场会处在一个积累上升的阶段，但是发展到什么状况我们无从知道，不过我们也一定要时刻提醒自己是否已经真的准备好迎接机器人‘黄金期’的到来。”顾纯元表示。机器人的发展是势在必行，但是我们也要在其发展过程中处理好带来的问题，可以说ABB等离子的发展既给我们带来了机遇同时它也给我们带来了极大的挑战。因此能不能抓住商机，开发出对人类有重大意义的ABB机器人，是我们ABB机器人以后要面临的主要问题，但是我们有信心、有理由、也有能力把ABB机器人在亚洲乃至全世界经营好，顾纯元说。
三、ABB机器人的综述。
图
图1 机器人的组成
(一) ABB机器人的组成:
1、Manipulator:机械手。
机械手是由六个转轴组成空间六杆开链机构，理论上可达运动范围内空间任何一点。
六个转轴均有AC伺服电机驱动，每个电机后均有编码器。
每个转轴均带一个齿轮箱，机械手运动精度(综合)达正负0.05mm至正负0.2mm。
机械手带有一个手动松闸按钮，用于维修时使用。
机器人必须带有24VDC。(机器人配置)
机械手带有平衡汽缸或弹簧。
机械手带有串口测量板，测量板带有六节1.2V的锂电池，起保存数据作用。
六根轴的名称及运动方
式：
Axis1: 一轴。
Axis2: 二轴。
Axis3: 三轴。
Axis4: 四轴。
Axis5: 五轴。
Axis6: 六轴。
图2 机器人的轴体结构
2、控制柜：(Controller)
(1)外观：
Mains Switch:主电源开关。
Teach Pendant:示教器。
Operator’s Panel: 操作盘。
Disk drive:磁盘驱动器。
图3 电器控制柜
(2)控制系统：
Robot computer board :机器人计算机板，控制运动与输入输出通信。
Memory board:存储板，增加额外的内存。
Main computer board :主计算机板，含8M内存，控制整个系统。
Optional board :选项板插槽。
Communication boards :通讯板，用于网络或现场总线通讯。
(3)驱动系统：
DC link ；将三相交流电转化为三相直流电。
Drive module :每个单元控制2-3根转轴的转矩。
(4)电源系统：
Transformer:进电变压器
Supply unit:直流供电单元，整流输出电压及短路保护。
(5)其它主要部件：
Lithium batteries :锂电池，储存备用电源。
Panel unit :系统安全面板单元，处理所有影响安全与操作的信号。
I∕O units :输入∕输出单元。
（二）ABB机器人的系统软件
Robot Ware 是ABB提供的机器人系列应用软件总称。目前包括Base Ware, Base Ware Option Process Ware, Desk Ware 与Factory Ware五个系列。
1、S4系统机器人:
每台机器人配有一张IRB盘，三张系统盘和若干张参数盘，其中IRB盘为每台机器人特有的，其它盘片只要版本相同即可相互使用。
根据机器人的工作性质，每台机器人可以另外增加应用软件选项盘。
2、S4C系统机器人:
每台机器人配有一张Key盘与一套系统盘，Key盘为每台机器人所有，其它盘片只要版本相同即可相互使用。
3、S4C Plus系统机器人:
每台机器人均配有一张系统光盘和一张Key盘或一组密码，Key盘和密码为每台机器人所有，系统光盘只要版本相同即可使用。
系统光盘中包含机器人冷启动软件Rob Install与网络通信软件FTP。
四、工业生产中的坡口工序。
坡口定义:根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成的一定几何形状的沟槽，就叫坡口。坡口是主要为了焊接工件，保证焊接度,普通情况下用机加工方法加工出的型面，要求不高时也可以气割（如果是一类焊缝，需超声波探伤的，则只能用机加工方法），但需清除氧化渣，根据需要，有Ｋ型坡口，Ｖ型坡口，Ｕ型坡口等，但大多要求保留一定的钝边。
（一）焊接坡口的基本形式：
根据坡口的形状，坡口分成I形(不开坡口)、V形、Y形、双Y形、U形、双U形、单边V形、双单边Y形、J形等各种坡口形式。
V形和Y形坡口的加工和施焊方便(不必翻转焊件)，但焊后容易产生角变形。
双Y形坡口是在V形坡口的基础上发展的。当焊件厚度增大时，采用双Y形代替V 形坡口，在同样厚度下，可减少焊缝金属量约1/2，并且可对称施焊，焊后的残余变形较小。缺点是焊接过程中要翻转焊件，在筒形焊件的内部施焊，使劳动条件变差。
U形坡口的填充金属量在焊件厚度相同的条件下比V形坡口小得多，但这种坡口的加工较复
(二) 坡口的几何尺寸：
(1)坡口面待焊件上的坡口表面叫坡口面。
(2)坡口面角度和坡口角度待加工坡口的端面与坡口面之间的夹角叫坡口面角度，两坡口面之间的夹角叫坡口角度，（见图）。
(3)根部间隙焊前在接头根部之间预留的空隙叫根部间隙，（见图）。其作用在于打底焊时能保证根部焊透。根部间隙又叫装配间隙。
(4)钝边焊件开坡口时，沿焊件接头坡口根部的端面直边部分叫钝边，（见图）。钝边的作用是防止根部烧穿。
(5)根部半径在J形、U形坡口底部的圆角半径叫根部半径(见图)。它的作用是增大坡口根部的空间，以便焊透根部。
图4 几种常见的坡口的形式及解释
五、ABB机器人在坡口中的应用。
传统的坡口工序比较简单只是由气割枪由焊接工人自己进行简单的切割，没有具体严格的要求,但是生产效率极低，为了生产工艺的完整性与合理性，慢慢的现在的大型机械企业把坡口单独分离出来，进行单独的加工，作为焊接前的准备工作。可是如果运用小跑车似的原始的加工工具似乎又不能满足所有的工业需求，更重要的是许多的钢材工件加工形状不是标准的，而是奇形怪状的，因此，坡口机器人的引入就更加需要，在这里我们谈一下ABB等离子坡口机器人。
首先坡口机器人在生产中只要编好程序可以加工各种工件,同时我们可以大批量的生产，不断满足焊接的需求。一般情况下我们可以把机械加工中的工件大致分为四种：（一）直线型坡口
也就是说工件所需加工的部分为直线，这样的工件一般容易切削。编程比较简单，如果是小工件我们可以同时定位好，一次性连续切削多个工件，如果是大个的工件最好单个切削，以避免跑位。
编辑直线型工件程序指令一般为：
Move j * (机器人的原点位置)
Move j * (机器人在空中一点，从原点到这一点的过程为轴坐标形式)
Move l *(机器人从上一点到这一点的过程为直线型坐标形式)
Arc l start *（起弧点，机器人从上一点到到起弧点过程为直线型形式）
waittime0.5 （等待时间为0.5秒）
Arc l *(直线切削过程中的一点)
Arc l end *（切削完成进行的收弧指令）
Waittime2.0(等待时间为2秒)
Move l *(机器人回原点过程中的一点)
Move j *(机器人回到原点)
（二）圆弧型坡口
顾名思义，也就是说工件所需加工部分为圆弧。一般情况下可以分为大圆弧（圆弧大于180度）和小圆弧（圆弧小于180度）。一般情况下小圆弧的程序容易编程，因为它机器人轴的变化不大，而大圆弧也就相对难编一些。
编辑圆弧型工件的程序指令为：
Move j * (机器人的原点位置)
Move j * (机器人在空中一点，从原点到这一点的过程为轴坐标形式)
Move l *(机器人在上一点到这一点的过程为直线型坐标形式)
Arc l start *（起弧点，机器人从上一点到到起弧点过程为直线型形式）
waittime0.5 （等待时间为0.5秒）
Arc c * *(c为圆弧指令，从起弧点到这两点之间为圆弧指令)
Arc c end * *(机器人以圆弧指令进行收弧)
Waittime2.0(等待时间为2秒)
Move l *(机器人回原点过程中的一点)
Move j *(机器人回到原点)
（三）圆型坡口
也就是说工件所需加工的部分为圆。这样的工件与圆弧程序差不多但是因为圆的弧度为360度，所以编程时机器人六个轴的变化也最大，需要好好调整机器人的轴姿态，以免发生撞枪事故。一般情况下采用八点编圆，保证圆的轴变化幅度小于90度。
编辑原型工件的程序指令为：
Move j * (机器人的原点位置)
Move j * (机器人在空中一点，从原点到这一点的过程为轴坐标形式)
Move l *(机器人在上一点到这一点的过程为直线型坐标形式)
Arc l start *（起弧点，机器人从上一点到到起弧点过程为直线型形式） wa ittime0.5 （等待时间为0.5秒）
Arc c * *(c为圆弧指令，从起弧点到这两点之间为圆弧指令)
Arc c * *(圆的八个点中的两点，切削过程为圆弧指令)
Arc c * *(圆的八个点中的两点，切削过程为圆弧指令)
Arc c end * *(机器人以圆弧指令进行收弧，圆切削完成)
Waittime2.0(等待时间为2秒)
Move l *(机器人回原点过程中的一点)
Move j *(机器人回到原点)
（四）复合型坡口
这种工件所需加工的部分比较复杂，它是由两种或者多种简单型坡口组合而成，比如圆弧和直线型、直线型和圆型、直线型圆弧型和圆型…总之只要掌握基本形状的切削指令，只要将指令组合就行，需要具体情况具体分析。
下图为ABB等离子机器人在坡口工作当中：
，
图5 等离子坡口机器人在切削工作中
六、ABB机器人的保养维护及系统安全。
在工业生产中机器与一样都需要休息，当然让机器休息比不总是叫它停机休息，影响效率，但是必要的工作中的保养与维护是必须的，这样才能保证我们切削出来的工件的质量，同时可以尽量延长机器人的寿命。
(一)时常更换易损件：
为了保证切割出来的工件光亮我们需要时常的更换易损件，否则工件切出来不但不合格,还有可能损害机器人。下图中
为常见的需要时常更换的易损件。
图6 等离子机器人易损件
(二) 机器人本体：
?检查动力电缆与通讯电缆。
?检查各轴运动状况。
?检查各轴密封。
?检查机器人零位。
?检查机器人标定数据。
?检查机器人电池。(大于7.2V)
?检查机器人各轴马达与刹车。
?检查机器人各轴电缆机器人各轴加润滑油。
(三)机器人控制柜：
?检测控制柜温度。
?检查主机板、存储板、计算板以及驱动板。
?检查程序存储电池。(大于3.6V)
?检查变压器以及保险丝。
?检查机器人三相电源。
?检查I/O板以及保险丝。
?检查安全链。
?检测示教板操作。
?检查电扇及空调。
?检测软盘读取口。
(四) 其他：
?清洁机器人。
?机器人软件备份。
?检查机器人工作位置。
总之不管是什么机器，都需要保养与维护，只要做到了以上工作，我相信机器人的工作寿命肯定会长，能够避免不必要的损坏，这样才能够为社会创造更多的价值。（五）机器人的系统安全：
由于机器人的系统复杂而且危险性大，对机器人的任何操作都必须注意安全，无论什么时候进入机器人的工作范围都可能导致严重伤害，所以只有经过培训认证的人员才可以进入该区域。必要的安全守则必须遵守：
?万一发生火灾请使用二氧化碳灭火器。
?急停开关（E-Stop）不允许被短接。
?机器人运动时任何人都不准进入它运动所及的范围。
?在任何情况下都不要使用机器人原始启动盘，用复制盘。
?机器人停机时，夹具上不应置物，必须空机。
?机器人在发生意外或运行不正常情况下，均可使用E-Stop键，停止运行
?因为机器人在自动状态下，即使运行速度非常低，它动量仍然很大，所以在进行编程，测试及维修等工作时，必须将机器人置于手动模式。
?气路系统中的压力可达0.6Mpa,任何相关检修都必须切断气源。
?在手动模式下调试机器人，如果不需要移动机器人时，必须及时释放使能器（Enable Device）。
?测试人员进入机器人工作范围内时，必须随身携带示教器，以免他人误操作。
?在得到停电通知时，要预先关断机器人的主电源和气源。
?突然停电时，要赶在来电之前预先关掉机器人的主电源开关，并及时取下夹具上的工件。
?维修人员必须管理好机器人的钥匙，严禁非授权人员在手动模式下进入机器人的软件系统，随意翻阅或修改程序及参数。
只有我们自觉遵守安全手册规则我们才能尽量避免事故的发生，减少人为的机器人的工人方面的损坏，保持一个良好的生产环境。
七、ＡＢＢ机器人的应用前景。
图7 ABB机器人部新任全球总经理金思理
ABB机器人在工业中的生产变得越来越不可或缺，然而随着时代的进步，ABB机器人的应用不仅会是机械行业中，它还会应用到其他方面，从机械生产到食品加工，甚至娱乐电影，都能看到ABB机器人的身影。然而，机器人在为生产带来高效和稳定的同时，面临的是全球装机量仅约100万台的现实，远远小于500万台的市场预期。对此，ABB 机器人总经理金思理以Iphone为例，诠释新产品和新技术被接受的过程。他说：“当Iphone一经推出，预计会有2%的狂热拥护者立即购入，随着市场的普及，又有约14%的客户相继采纳，而占据消费主体约68%的实用主义者和保守主义者还有待开发。ABB 的机器人技术同样如此。”
从100万到500万，如何弥补现实与理想的鸿沟？金思理给出的答案是向技术创新和商业创新迈进，并从观念上改变人们对机器人的固有看法，不断开拓新的应用领域。
技术与创新早已渗入ABB的血脉。自2005成立研发中心并开始机器人本土生产，ABB每年都有新型机器人问世，研发的脚步从未停止过。对于机器人未来的发展趋势，金思理表示，小型机器人是今后发展的重点之一。“让使用更简单”无疑是ABB机器人部关注的重点之一。为此，ABB成为了全球首家推出机器人离线编程软件——Robot Studio的企业。“许多客户对如何使用机器人产品存在疑惑，借助ABB的模拟与离线编程软件Robot Studio，可以在办公室内轻松完成机器人编程，不需要中断生产。机器人的程序可提前准备就绪，从而减少调试时的执行风险且提高整体生产效率效率。”金思理说。据悉，Robot Studio软件在国外已有很多的成功案例，在中国市场也会尽快投入应用。
众所周知，中国正处于制造业全面升级和经济结构调整的历史转型期，在风电、太阳能、高铁等领域保持着高速增长，给自动化带来了新的发展空间，ABB机器人部也是受益者之一。金斯理表示，从汽车制造等传统领域向风电、太阳能、矿业、铁路等快速增长领域扩张，将ABB机器人部的发展重心与中国发展保持一致，符合双方共同利益。同时，从电影《终结者2018》中“终结者”的制造者，到近期与音乐巨星邦-乔维同台献艺，ABB机器人的每次亮相都惊艳非凡，给观众留下了深刻的印象。不难看出，在这些新型的应用领域，极富创新精神的ABB，前景可观。
八、结论
通过本文的研究可以预见，ABB机器人的作用非常之大，在工业生产中，我们需要高效率的大批量的生产，那么必须需要高科技，那么机器人的改革势在必行，同时，机
器人的出现也使人类不需要在应用太多的人力就可以完成以前需要很多人力才能完成
的工作量。符合人类发展的趋势。
但是现在ABB机器人的发展只是在起步阶段，还需要继续研发，开发出其他的功能，这样它才有可能应用的范围更广，总之，机器人时代已经到来。
参考文献
1手动ABB的常规操作及日常维护等离子切割原理
2气体操作台使用手册 806349—第1版
3涡流气体保护下的等离子切割[J]，工业现场，2002年第18期.
4 李亚江，切割技术及应用化学工业出版社，北京，2004年7月。
5 ABB机器人手册（英文版）使用指南