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使用ABB协作机器人搭建复合机器人!

发布时间：2025-10-22 浏览次数：0 返回列表

使用 ABB 协作机器人（如 YuMi、GoFa、SWIFTI 系列）搭建复合机器人，核心是将协作机器人与移动平台（AGV/AMR）、末端执行器（夹爪 / 工具）及感知系统（视觉 / 力控）集成，实现 “移动 + 操作” 的复合功能（如柔性搬运、跨工位装配）。以下是具体搭建流程、关键组件选型及调试要点：

一、搭建前的核心需求与方案规划

首先明确复合机器人的应用场景（如车间物料转运、产线上下料、精密装配），确定核心技术指标，避免组件选型冗余或不足：

技术指标	规划要点
负载能力	协作机器人负载（如 YuMi 0.5kg、GoFa 5kg）需匹配末端工具 + 工件重量，预留 10%-20% 余量
移动范围	AGV/AMR 的续航（如 8 小时）、最大速度（如 1m/s）、定位精度（如 ±5mm，需配合激光 SLAM）
操作精度	协作机器人重复定位精度（如 ±0.02mm）+ 移动平台定位精度，满足工件对接需求（如 ±1mm）
安全等级	协作机器人需符合 ISO/TS 15066（人机协作安全），移动平台需具备急停、避障功能
通信兼容性	确保机器人、AGV、感知系统支持统一通信协议（如 EtherNet/IP、Profinet、ROS）

二、关键组件选型与硬件集成

复合机器人的硬件核心是 “协作机器人 + 移动平台 + 末端工具 + 感知系统”，需确保组件间机械适配、通信兼容：

1. 核心组件选型

组件类型	选型建议（ABB 及兼容品牌）	关键参数要求
协作机器人	- 轻负载场景：ABB YuMi（双腕，适合精密装配）- 中负载场景：ABB GoFa IRB 15000（5kg 负载，臂展 1.5m）- 高速场景：ABB SWIFTI IRB 1100（1.1kg，速度快）	重复定位精度 ±0.02mm~±0.05mm，支持力控、视觉引导
移动平台（AGV/AMR）	- 自主导航：MiR AMR（如 MiR100，支持激光 SLAM，定位 ±5mm）- 轨道导航：SICK AGV（适合固定路径，定位 ±2mm）	负载≥50kg（含机器人 + 工件），支持 EtherNet/IP 通信，具备自主避障（激光雷达 + 超声波）
末端执行器	- 夹爪：Robotiq 2F-85（气动 / 电动，适配 5mm~85mm 工件）- 工具：定制吸盘（真空式，适合板材 / 包装）	重量≤机器人负载的 30%，带力反馈（如 Robotiq Force Torque Sensor），避免压伤工件
感知系统	- 视觉：ABB 3D Vision Sensor（如 PrimeSense，定位工件 ±0.1mm）- 力控：ABB Force Control Kit（力控精度 ±0.1N）	视觉需支持工件姿态识别（如倾斜、旋转），力控支持碰撞检测、柔顺装配
通信与控制模块	- 网关：HMS Anybus（转换 EtherNet/IP 与 ROS 协议）- 控制器：ABB OmniCore E10（机器人控制器，兼容 AGV 通信）	支持实时通信（延迟≤10ms），确保机器人与 AGV 动作同步

2. 硬件集成步骤

（1）机械安装：确保稳定性与负载平衡

机器人与移动平台固定：

在 AGV/AMR 顶部安装定制安装板（材质：铝合金，厚度≥10mm），安装板需与 AGV 底盘刚性连接（避免振动导致机器人精度下降）；
将协作机器人底座通过螺栓固定在安装板上，使用水平仪校准机器人底座水平（误差≤0.1mm/m），确保机器人运行时无倾斜；
配重设计：若机器人安装在 AGV 边缘，需在 AGV 另一侧添加配重块（重量 = 机器人重量的 1/2~1/3），避免 AGV 重心偏移导致倾倒。

（2）末端工具安装：适配力控与通信

将末端夹爪 / 工具通过机器人腕部的法兰接口（如 ISO 9409-1）固定，拧紧力矩按机器人手册要求（如 GoFa 法兰力矩 25N・m）；

连接工具的气管 / 电缆：气动夹爪需接气管（直径 6mm，压力 0.5~0.7MPa），电动工具需通过机器人腕部的信号接口（如 ABB XS100）连接电源与通信线，确保工具动作可控。

（3）感知系统安装：优化识别范围

视觉传感器：安装在机器人腕部（随动识别，适合抓取移动工件）或 AGV 顶部（固定识别，适合定位工位），确保传感器视野覆盖工件放置区域（如抓取工位的托盘）；
激光雷达：安装在 AGV 四周（高度 15~30cm），避免遮挡，确保避障范围≥1m，覆盖机器人操作半径（如 GoFa 操作半径 1.5m，雷达覆盖需≥2m）。

三、软件与通信集成：实现 “移动 + 操作” 协同

复合机器人的核心是让协作机器人与移动平台 “同步动作”（如 AGV 到位后机器人开始抓取），需通过通信协议与控制逻辑实现协同：

1. 通信协议选型与配置

优先选择实时性高、兼容性强的协议，确保机器人与 AGV 的状态互传延迟≤10ms：

通信场景	推荐协议	配置要点
机器人 ↔ AGV	EtherNet/IP	1. 在 ABB OmniCore 控制器中启用 EtherNet/IP 从站，设置 IP 地址（如 192.168.1.10）；2. 在 AGV 控制器（如 MiR）中添加机器人为 EtherNet/IP 主站，配置信号交互（如 AGV 到位信号、机器人就绪信号）
机器人 ↔ 视觉传感器	ABB Vision Interface	1. 在 RobotStudio 中安装 ABB 视觉插件（如 Vision Master）；2. 校准视觉与机器人的坐标关系（手眼标定，精度 ±0.1mm）
远程监控（可选）	OPC UA	在机器人控制器中启用 OPC UA 服务器，对接 MES 系统，实时上传位置、负载状态

2. 控制逻辑编写（基于 RobotStudio）

以 “AGV 搬运工件→机器人抓取→AGV 转运→机器人放置” 的流程为例，编写 RAPID 程序（ABB 机器人编程语言）：

rapid

MODULE CompositeRobot
    ! 定义信号：AGV到位（DI_AGV_Ready）、机器人就绪（DO_Robot_Ready）、夹爪夹紧（DI_Gripper_Closed）
    SIGNAL DI_AGV_Ready FROM "EtherNetIP:192.168.1.20:0" ; ! AGV到位信号（来自AGV）
    SIGNAL DO_Robot_Ready TO "EtherNetIP:192.168.1.20:1" ; ! 机器人就绪信号（发送给AGV）
    SIGNAL DI_Gripper_Closed FROM "LocalIO:0" ; ! 夹爪夹紧信号（来自末端工具）

    PROC Main()
        ! 1. AGV移动到抓取工位
        DO_Robot_Ready := TRUE ; ! 机器人就绪，通知AGV启动
        WaitDI DI_AGV_Ready, 1 ; ! 等待AGV到位（DI_AGV_Ready=1）
        DO_Robot_Ready := FALSE ;

        ! 2. 机器人抓取工件（视觉引导）
        Vision_Locate "Workpiece", pos_Work ; ! 视觉定位工件位置（pos_Work为目标坐标）
        MoveJ pos_Approach, v1000, z50, tool_Gripper ; ! 移动到工件上方
        MoveL pos_Grasp, v500, fine, tool_Gripper ; ! 移动到抓取位置
        DO_Gripper_Open := FALSE ; ! 夹爪夹紧
        WaitDI DI_Gripper_Closed, 1, 5 ; ! 等待夹紧（5秒超时）

        ! 3. AGV移动到放置工位
        DO_Robot_Ready := TRUE ; ! 通知AGV开始转运
        WaitDI DI_AGV_Ready, 1 ; ! 等待AGV到达放置工位
        DO_Robot_Ready := FALSE ;

        ! 4. 机器人放置工件
        MoveJ pos_Place_Approach, v1000, z50, tool_Gripper ; ! 移动到放置位置上方
        MoveL pos_Place, v500, fine, tool_Gripper ; ! 移动到放置位置
        DO_Gripper_Open := TRUE ; ! 夹爪打开，释放工件
        WaitTime 0.5 ; ! 等待0.5秒确保释放

        ! 5. 复位，准备下一次循环
        MoveJ pos_Home, v1000, z50, tool_Gripper ; ! 机器人返回Home位
        DO_Robot_Ready := TRUE ; ! 通知AGV返回抓取工位
    ENDPROC
ENDMODULE

四、调试与安全验证

1. 分阶段调试：先单机后协同

第一步：单机调试

机器人调试：手动操作机器人移动，测试末端工具的开合、力控功能（如抓取工件时力控触发，避免过载）；
AGV 调试：单独运行 AGV，测试自主导航、避障功能（如遇到障碍物时 1 秒内停止），确保 AGV 在目标工位的定位精度≤±5mm。

第二步：协同调试

信号交互测试：在 RobotStudio 中模拟 AGV 到位信号（DI_AGV_Ready=1），观察机器人是否触发抓取动作；
流程测试：运行完整 RAPID 程序，记录各步骤的时间（如 AGV 移动时间、机器人抓取时间），优化动作节奏（如 AGV 移动时机器人提前准备 Home 位，减少等待时间）。

2. 安全验证：符合人机协作标准

碰撞检测测试：

手动触发机器人与固定障碍物的轻微碰撞（如泡沫块），验证协作机器人的力控碰撞检测是否生效（如机器人立即停止，力控阈值≤50N）；
测试 AGV 的避障功能：在 AGV 路径上放置人员模型，验证 AGV 是否在 1m 外减速、0.5m 外停止。

急停测试：触发复合机器人的急停按钮（AGV 急停、机器人急停），确保所有运动轴（AGV 车轮、机器人关节）在 1 秒内停止，且重启后需手动复位程序。

五、典型应用场景与优化建议

1. 典型场景：电子车间柔性上下料

配置：ABB GoFa IRB 15000（5kg 负载）+ MiR100 AMR + Robotiq 2F-85 夹爪 + ABB 3D 视觉；
流程：AGV 从物料架取料盘→移动到产线→机器人抓取工件（视觉定位）→放置到生产线夹具→AGV 空盘返回物料架；
优化：在 AGV 上添加料盘检测传感器（如光电传感器），避免空盘运输。

2. 优化建议

精度提升：若 AGV 定位精度不足（如 ±5mm），可在目标工位添加定位销 / 二维码，通过视觉二次定位（精度 ±0.1mm）；
效率优化：采用 “并行动作”（如 AGV 移动时机器人调整姿态），减少单循环时间（如从 60 秒压缩至 45 秒）；
维护便捷：在 RobotStudio 中添加故障诊断程序（如检测夹爪未夹紧时报警），并通过 OPC UA 上传故障信息至 MES 系统。

总结

ABB 协作机器人搭建复合机器人的核心是 “硬件适配 + 通信协同 + 安全验证”，需优先确保组件间的机械稳定性（如机器人与 AGV 的刚性连接）和通信实时性（如 EtherNet/IP 延迟≤10ms），再通过分阶段调试优化动作流程。最终实现 “移动灵活、操作精准、安全协作” 的复合功能，满足柔性制造的跨工位、多场景需求。

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