作者：管小清
出版社：机械工业出版社
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工业机器人:产品包装典型应用精析试读：
前 言
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编好的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
在发达国家，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车、电子电器、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。
20世纪90年代以来，机器人技术的应用开始从制造领域扩充到非制造领域，研究和发展基于非结构环境、极限环境下的特种机器人技术已经成为主要方向。同时，机器人研究又不断向智能化、模块化、多功能化以及高性能、自诊断、自修复趋势发展，以适应市场对“敏捷制造”、多样化、个性化的需求，适应多变的机器人作业环境，向更大更宽广的制造与非制造业进军。我国的工业机器人研制虽然起步晚，但是有着广阔的市场潜力，有着众多的人才和资源基础。在“十三五”《规划纲要》等国家政策的支持下，在市场经济和国际竞争愈演愈烈的未来，我们一定能够完全自主制造出自己的工业机器人，并且将工业机器人推广应用到制造与非制造等广大的行业中，降低我国劳动力成本，提高我国企业的生产效率和国际竞争力，保证我国社会生产的安全。
本书从实用性出发，聚焦ABB工业机器人在产品包装中的实际应用，以5个典型的应用案例搬运、分拣、装箱、码垛、拆垛，体现了工业机器人技术的应用特点。本书利用ABB机器人强大的虚拟仿真软件RobotStudio搭建虚拟工作站，学习各产品包装典型工作站搭建、机器人配置、调试和编程，解决了在没有工业机器人本体和外围设备的情况下，完成工业现场具体任务的问题，书中的任务对象大多来自实际的工业生产实践，以1:1的比例，真实再现了产品包装生产现场的情境。为方便读者学习，赠送光盘，含相关工作站模板、工作站软件，资源也可以通过www.robotpartner.cn下载；为方便老师授课，赠送PPT课件，可联系296447532@qq.com获取。
本书的内容适合从事工业机器人操作和学习的人士阅读和仿真操作。全书由管小清著。由于著者的水平有限，难免出现疏漏，欢迎广大读者提出宝贵意见和建议。
著 者
第1章 工业机器人概述
1.1 工业机器人的发展
1.2 工业机器人的分类
1.3 工业机器人在产品包装中的应用
1.4 ABB机器人在中国的现状
1.1 工业机器人的发展工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它能自动执行工作，可以接受人类指挥，也可以按照预先编好的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
1954年，美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利，该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能够实现动作的记录和再现，这就是所谓的示教再现机器人，现有的机器人差不多都是采用这种控制方式。1959年，Unimation公司的第一台工业机器人（图1-1）在美国诞生，开创了工业机器人发展的新纪元。
1974年，瑞典通用电机公司（ASEA，ABB公司的前身）开发出世界上第一台全电力驱动、由微处理器控制的工业机器人IRB 6，如图1-2所示。IRB 6主要应用于工件的取放和物料的搬运，首台IRB 6运行于瑞典南部的一家小型机械工程公司。IRB 6采用仿人化设计，其手臂动作模仿人类的手臂，载重6kg，5轴。IRB 6的S1控制器是第一个使用英特尔8bit微处理器的工业机器人，内存容量为16KB。S1控制器有16个数字I/O接口，通过16个按键编程，并具有四位数的LED显示屏。图1-1 Unimation公司的第4一台工业机器人图1-2 工业机器人IRB 6
1987年，在第17届国际工业机器人研讨会上，来自15个国家的机器人组织成立了国际机器人联合会（International Federation of Robotics，IFR）。IFR是一个非营利性的专业化组织，以推动机器人领域里的研究、开发、应用和国际合作为己任，组织与机器人技术相关的活动，它已成为一个重要的国际组织。IFR的主要活动包括：对全世界机器人技术的使用情况进行调查、研究和统计分析，提供主要数据；主办年度国际机器人研讨会；协作制定国际标准；鼓励新兴机器人技术领域里的研究与开发；与其他的国家或国际组织建立联系并开展积极合作；通过与制造商、用户、大学和其他有关组织的合作，促进机器人技术的应用和传播。
目前，全世界已有数百万台工业机器人忙碌在各个生产领域。其中，我国近几年在工业机器人发展上面特别突出，2013年国内销量35560台，已超过日本成为全球最大的工业机器人市场，2014年更是增长55%，达到了56500台。尽管如此，我国机器人数量使用密度较发达国家依然较低，从每万人机器人拥有量这个指标来看，我国仅有29台不到日本的十分之一，与世界平均水平的55台也有较大差距。从这个方面来看，我国工业机器人的市场需求依然广阔。1.2 工业机器人的分类
工业机器人种类繁多，分类方法也不统一，可按照运动形态、运动轨迹、驱动方式坐标形式来区分。其中，按照坐标形式分为以下五类（坐标形式是指操作机的手臂在运动时所取的参考坐标系的形式）。1.直角坐标型工业机器人
直角坐标型工业机器人的运动部分由三个相互垂直的直线移动（即PPP）组成，其工作空间图形为长方形，如图1-3所示。它在各个轴向的移动距离，可在各个坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高，控制无耦合，结构简单，但机体所占空间体积大，动作范围小，灵活性差，难与其他工业机器人协调工作。图1-3 直角坐标型工业机器人2.圆柱坐标型工业机器人
圆柱坐标型工业机器人的运动形式是通过一个转动和两个移动组成的运动系来实现的，其工作空间图形为圆柱，与直角坐标型工业机器人相比，在相同的工作空间条件下，机体所占体积小，运动范围大，位置精度仅次于直角坐标型工业机器人，难与其他工业机器人协调工作，如图1-4所示。图1-4 圆柱坐标型工业机器人3.球坐标型工业机器人
球坐标型工业机器人又称极坐标型工业机器人，其手臂的运动由两个转动和一个直线移动（即RRP，一个回转、一个俯仰和一个伸缩运动）组成，其工作空间为一球体，它可以做上下俯仰动作，并能抓取地面上或较低位置的工件，其位置精度高，位置误差与臂长成正比，如图1-5所示。图1-5 球坐标型工业机器人4.多关节型工业机器人
多关节型工业机器人又称回转坐标型工业机器人，这种工业机器人的手臂与人体上肢类似，其前三个关节是回转副（即RRR），如图1-6所示。该工业机器人一般由立柱和大小臂组成，立柱与大臂间形成肩关节，大臂和小臂间形成肘关节，可使大臂做回转运动和俯仰摆动，小臂做仰俯摆动。其结构最紧凑，灵活性大，占地面积最小，能与其他工业机器人协调工作，但位置精度较低，有平衡问题，控制耦合，这种工业机器人的应用会越来越广泛。图1-6 多关节型工业机器人5.平面关节型工业机器人
平面关节型工业机器人采用一个移动关节和两个回转关节（即PRR），移动关节实现上下运动，而两个回转关节则控制前后、左右运动，如图1-7所示。这种形式的工业机器人又称装配机器人（Seletive Compliance Assembly Robot Arm，SCARA）。它在水平方向具有柔顺性，在垂直方向有较大的刚性，结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配，如在电子工业的插接、装配中应用广泛。图1-7 平面关节型工业机器人1.3 工业机器人在产品包装中的应用
工业机器人在产品包装领域中，应用已有很长的历史。工业机器人包装应用作业有很多方面，其中最为成熟的是搬运、分拣、装箱、码垛、拆垛应用。主要用于体积大而笨重物件的搬运，人体不能接触的洁净产品的包装，如食品、药品；对人体有害的化工原料的包装等。随着机器人技术的成熟和产业化的实现，使得产品包装领域中工业机器人的应用范围越来越广，如图1-8～图1-16。1.搬运应用（图1-8，图1-9）图1-8 太阳能板搬运图1-9 轮毂搬运2.分拣应用（图1-10，图1-11）图1-10 电子产品分拣图1-11 食品分拣3.装箱应用（图1-12，图1-13）图1-12 牛奶包装箱图1-13 日化品装箱4.码垛应用（图1-14，图1-15）图1-14 油品箱码垛图1-15 饲料袋码垛5.拆垛应用（图1-16）图1-16 烟草拆垛1.4 ABB机器人在中国的现状
1994年ABB机器人来到中国，2005年建立了研发中心和生产基地，2006年将全球业务总部搬迁至上海，为中国制造业的迅猛发展提供更强有力的支持。目前，ABB机器人位于上海康桥的生产基地（图1-17）已累计生产机器人超过4万台，ABB也是目前唯一一家在中国打造工业机器人从研发、生产、销售、工程、系统集成到客户服务全价值链业务的跨国企业。图1-17 ABB机器人位于上海康桥的生产基地
在保持中国领先地位的同时，ABB机器人仍在继续开疆拓土，在山东青岛成立了应用中心（图1-18），并在广东珠海成立了ABB机器人（珠海）分公司（图1-19），其他区域的应用中心也在加紧筹备中。图1-18 ABB机器人青岛应用中心签约仪式图1-19 在广东珠海成立了ABB机器人（珠海）分公司
此外，ABB机器人非常重视机器人技术人才的培养，工业机器人行业的发展归根到底是人才的培养。随着中国工业机器人市场的高速发展，人才问题日益突显，工业机器人供应商、集成商和终端用户都处在求贤若渴的状态。ABB机器人校企合作计划于2010年开始展开，现已经与国内近百所院校合作建立了工业机器人实训室，并提供了全方位的技术支持，极大促进了机器人技术在国内的推广与应用，如图1-20所示。图1-20 与院校合作建立的工业机器人实训室及设备
当前，全球正面临新一轮工业革命，互联网技术将物、服务与人紧密相连，实现更智能、更高效的工业一体化，工业机器人将在其中扮演重要的一环。作为世界领先的机器人制造商，ABB机器人根植于中国，服务于中国，正在与业内同行和合作伙伴共同推动工业机器人在国内的发展、推广和应用，为实现《中国制造2025》规划的宏伟目标贡献力量。
第2章 产品搬运
2.1学习目标
2.2工作站描述
2.3知识储备
2.4工作站实施
2.5本章总结及课后练习
2.1 学习目标
通过本机器人工作站的操作练习，使读者学习如下知识
1.搬运工作站构成
2.机器人I/O通信设置
3.搬运类工具坐标系、有效载荷设置
4.常用运动指令使用
5.常用信号设置指令运用
6.偏移函数Offs运用
7.搬运程序编写技巧
2.2 工作站描述
工业机器人在搬运领域中有着广泛的应用，可以代替人力完成大量重复性工作，小到电子零部件，大到汽车车身，均可使用机器人进行搬运处理，降低劳动强度，特别适合一些物料数量多或者重量大或者体积大的搬运场合。
本工作站以玻璃搬运为例，利用ABB公司的IRB 6700机器人将玻璃从生产线上搬运至立式清洗机上，以便完成后续的玻璃清洗工作，如图2-1所示。图2-1 玻璃搬运工作站布局1.玻璃输送链
此输送链对接玻璃生产线前端生产设备，将玻璃传送至输送链末端，并且在末端设置有传感器，检测玻璃是否到位，到位后将信号传送至机器人系统，则机器人进行下一步玻璃拾取处理，如图2-2所示。图2-2 玻璃输送链2.吸盘工具
机器人末端法兰盘装有吸盘工具，利用真空发生器产生真空，对玻璃进行拾取处理。机器人利用输出信号控制真空的产生与关闭，从而实现玻璃的拾取与释放，如图2-3所示。图2-3 吸盘工具3.立式清洗机
机器人将玻璃搬运至立式清洗机的上料侧，通过传送装置进入清洗工位，完成清洗后，玻璃被传送至下料侧，本工作站只截取了上料侧机器人的搬运处理，在真实应用中下料侧一般也使用工业机器人，将清洗完成后的玻璃搬运至玻璃周转架上，如图2-4所示。图2-4 立式清洗机
2.3 知识储备
2.3.1 I/O板卡设置ABB标准I/O板卡下挂在DeviceNet总线上面，常用型号有DSQC651（8个数字输入，8个数字输出，2个模拟输出），DSQC652（16个数字输入，16个数字输出），如图2-5、图2-6所示。图2-5 DSQC651
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]