ABB工业机器人制造系统集成技术应用

前    言

当前，以工业机器人为代表的智能制造逐渐成为全球新一轮生产技术革命浪潮中澎湃的浪花，推动着各国经济发展的进程。随着工业互联网、云计算、大数据、物联网等新一代信息技术的快速发展，社会智能化的发展日益加快，工业机器人的服务也从工业制造领域逐渐拓展到教育娱乐、医疗康复、安防救灾等领域。工业机器人已成为智能社会不可或缺的人类助手。就国际形势来看，美国的“工业互联网”战略、德国“工业4.0”战略、欧洲“火花计划”、日本“工业机器人新战略”等，均将“工业机器人产业”作为发展重点，试图通过数字化、网络化、智能化夺回制造业优势。就国内发展而言，经济下行压力增强、环境约束日益趋紧、人口红利逐渐减少，迫切需要制造业转型升级，形成增长新引擎，适应经济新常态。
近年来，随着劳动力成本的上升和工厂自动化程度的提高，我国工业机器人市场正步入快速发展阶段。据统计，2017年，我国工业机器人产量达到13.11万台，同比增长81.0%。2018年上半年，我国工业机器人产量达到7.38万台。我国工业机器人生产企业积极扩产能，未来有望加速国产化进程。然而面对旺盛的需求，工业机器人技术人才依旧急缺，因此加强人才队伍建设迫在眉睫，这不仅关系到中国智能化进程，也关系到全球工业机器人产业的发展。
为适应产业发展对人才培养的新需求，越来越多的高等院校开始开设与工业机器人相关的专业培养应用型与研发型人才。在这种人才急缺的发展背景下，编写一本基于项目化教学、适用于高等院校工业机器人课程教育的新形态工业机器人应用教材，有利于培养出高质量的具备工业机器人应用能力的专业人才，真正满足企业的技术人才需求。
本书是在上述背景下筹备撰写的工业机器人应用技术相关课程的配套教材。书中的主要内容紧紧围绕CHL-DS-11智能制造单元系统集成应用平台，详细介绍了该应用平台视觉系统、分拣系统、数控系统和立库系统工作站的组成和工作过程，着重讲述了工业机器人与视觉系统、分拣系统、数控系统及立库系统的集成与应用，使读者学习和掌握工业机器人工作站与不同系统集成应用的方法和技巧。
本书以智能制造单元系统的项目工作为载体，通过任务驱动每一教学单元的开展。全书内容以若干知识块的形式分散在各个项目中，不破坏知识体系结构，任务开展时的知识以够用为准，每个任务开展时用到的知识是零散的，但是在系统性学习时能看到完整的知识体系。
本书既有对原理基础知识通俗易懂地讲解，又有对某一具体工业机器人与相关系统工作站的集成应用进行详细的分析与介绍，如智能制造单元系统应用平台、工业机器人本体结构、I/O通信设置等，是一本典型的理实一体化教材。同时，本书是新型活页式教材，可以根据学生的需求和不足，灵活地为学生挑选内容，真正实现了“定制教材”，做到了更针对、更高效的授课。
为了便于教学的开展，本书配套了免费的电子教学课件、习题及习题参考答案，有大量的动画、视频和图片等多媒体资源。以上素材资源都可以通过手机扫描二维码下载获取。
本书由金华职业技术学院黄鹏程、王桂锋、肖建章担任主编，陈中哲、徐明辉、傅云峰担任副主编。其中项目一的部分知识和项目二由黄鹏程编写；项目一的部分知识和项目四由王桂锋编写；项目三和项目五由肖建章编写；陈中哲、徐明辉和傅云峰审阅了全书，并对本书提出了宝贵的经验和建议。本书是在行业企业专家、技术带头人和一线科研人员的带领下，经过反复研讨、修订和论证完成的。在此对相关人员一并表示感谢。
因编者水平有限，书中难免存在不足之处，希望同行专家和读者予以批评指正。

                                                                  编  者

针对传统制造生产系统向智能制造单元技术升级的实际问题，本书以智能控制技术应用为核心，以机械零部件加工打磨监测工序的智能制造过程为背景，包括工业机器人系统和基础介绍、机器人工作站与视觉系统集成、机器人分拣工作站系统集成、机器人工作站与数控系统集成、机器人工作站与制具系统集成和机器人工作站与立库系统集成等内容。本书内容涉及系统功能分析、系统集成设计、成本控制、工作站布局规划到安装部署、编程调试和优化改进等完整的教学和实践项目，让读者在完成基础学习和训练后，通过智能仓储物流、工业机器人、数控加工、智能检测等模块的综合练习，提升智能制造相关技能。

针对传统制造生产系统向智能制造单元技术升级的实际问题，本书以智能控制技术应用为核心，以机械零部件加工打磨监测工序的智能制造过程为背景，包括工业机器人系统和基础介绍、机器人工作站与视觉系统集成、机器人分拣工作站系统集成、机器人工作站与数控系统集成、机器人工作站与制具系统集成和机器人工作站与立库系统集成等内容。本书内容涉及系统功能分析、系统集成设计、成本控制、工作站布局规划到安装部署、编程调试和优化改进等完整的教学和实践项目，让读者在完成基础学习和训练后，通过智能仓储物流、工业机器人、数控加工、智能检测等模块的综合练习，提升智能制造相关技能。

黄鹏程，男，浙江省金华职业技术学院机械制造与自动化专业主任，专任教师，主持和参与多项省部级教科研活动，具备较为丰富的教科研经验和教材编写经验。

目 录 

项目一 绪论 1 
任务一 工业机器人制造系统集成技术 3 
任务二 智能制造单元系统集成应用平台介绍 4 
1.2.1 总控单元与仓储单元 4 
1.2.2 打磨单元与加工单元 5 
1.2.3 检测单元与分拣单元 6 
1.2.4 执行单元与治具库单元 7 
项目二 工业机器人制造集成系统基础知识 8 
任务一 ABB工业机器人基础知识 10 
2.1.1 ABB工业机器人本体和控制柜 10 
2.1.2 IRC5控制器 12 
2.1.3 示教器使用与设置 15 
2.1.4 工业机器人的手动操纵 19 
2.1.5 工业机器人系统备份及恢复 26 
2.1.6 ABB工业机器人坐标系介绍及建立 31 
任务二 ABB工业机器人常用指令 40 
2.2.1 运动指令 40 
2.2.2 I/O指令 43 
2.2.3 赋值指令 44 
2.2.4 逻辑判断指令 44 
2.2.5 其他指令 47 
任务三 ABB工业机器人I/O配置及使用 48 
2.3.1 认识工业机器人I/O通信 48 
2.3.2 ABB标准I/O板DSQC 652的配置 56 
2.3.3 远程I/O模块配置 62 
2.3.4 设置工业机器人通信IP地址 65 
项目三 工业机器人工作站与视觉系统集成 68 
任务一 机器视觉系统的硬件构成与相机调整 70 
3.1.1 机器视觉系统的硬件构成 70 
3.1.2 机器视觉系统的功能 71 
3.1.3 机器视觉相机的调整 73 
任务二 机器视觉系统的软件设置 74 
3.2.1 机器视觉系统操作界面的介绍 74 
3.2.2 场景及场景组的编辑 76 
3.2.3 场景的常用流程设计 80 
任务三 机器视觉辅助系统 84 
3.3.1 光源系统与显示器 84 
3.3.2 机器视觉系统与工业机器人的通信 85 
项目四 工业机器人工作站与分拣系统集成 91 
任务一 工业机器人分拣工作站的认识 93 
4.1.1 主要组成单元及工作流程介绍 93 
4.1.2 ABB工业机器人相关功能介绍 94 
4.1.3 ABB工业机器人串口通信介绍 95 
任务二 轮毂分拣工作站原理与构成 96 
4.2.1 轮毂分拣工作站的工作过程 96 
4.2.2 轮毂分拣入位模块 97 
任务三 工业机器人分拣工作站的系统设计 97 
4.3.1 工业机器人分拣I/O信号配置 97 
4.3.2 创建数字输入信号DI1 100 
4.3.3 创建数字输出信号DO1 101 
4.3.4 创建组输入信号GI1 101 
4.3.5 创建组输出信号GO1 102 
4.3.6 关联外部I/O信号与系统变量 103 
4.3.7 待机位置或干涉区设置 103 
4.3.8 程序的导出与导入 105 
4.3.9 I/O配置文件的导出与导入 107 
任务四 工业机器人分拣工作站的系统设计 109 
4.4.1 工业机器人分拣工作站PLC系统的设计 109 
4.4.2 工业机器人分拣工作站控制系统的设计 111 
项目五 工业机器人工作站与数控系统集成 112 
任务一 数据铣床基础知识 114 
5.1.1 数控机床的运动轴 114 
5.1.2 机床坐标系与工件坐标系介绍 114 
5.1.3 数控铣床的铣削参数 115 
5.1.4 828D系统组成 116 
5.1.5 常用指令 116 
任务二 西门子828D数控铣床操作基础 124 
5.2.1 操作组件介绍 124 
5.2.2 机床设置与手动使能 128 
5.2.3 刀具管理 132 
5.2.4 828D系统中的刀库刀具操作 134 
5.2.5 程序管理界面 137 
任务三 ABB工业机器人与西门子828D数控铣床通信设置 142 
5.3.1 828D数控铣床网络设置 142 
5.3.2 WinCC通信设置 143 
5.3.3 828D与WinCC通信设置 143 
任务四 控制系统与西门子828D数控铣床通信设置 145 
5.4.1 总控单元控制原理 145 
5.4.2 总控单元通信设置 145 
项目六 工业机器人工作站与立库系统集成 148 
任务一 工业机器人立库工作站的认识 150 
6.1.1 主要组成单元及工作流程介绍 150 
6.1.2 轮毂出入库工作流程 151 
6.1.3 轮毂出入库电路设计 152 
6.1.4 I/O信号配置 154 
6.1.5 仓储单元I/O系统 154 
任务二 立库工作站坐标系的建立 155 
任务三 立库工作站的系统设计 161 
6.3.1 立库工作站PLC系统的设计 161 
6.3.2 工业机器人抓取和放置轮毂的程序设计 163

针对传统制造生产系统向智能制造单元技术升级的实际问题，本书以智能控制技术应用为核心，以机械零部件加工打磨监测工序的智能制造过程为背景，包括工业机器人系统和基础介绍、机器人工作站与视觉系统集成、机器人分拣工作站系统集成、机器人工作站与数控系统集成、机器人工作站与制具系统集成和机器人工作站与立库系统集成等内容。本书内容涉及系统功能分析、系统集成设计、成本控制、工作站布局规划到安装部署、编程调试和优化改进等完整的教学和实践项目，让读者在完成基础学习和训练后，通过智能仓储物流、工业机器人、数控加工、智能检测等模块的综合练习，提升智能制造相关技能。

黄鹏程，男，浙江省金华职业技术学院机械制造与自动化专业主任，专任教师，主持和参与多项省部级教科研活动，具备较为丰富的教科研经验和教材编写经验。