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      基于工業(yè)機(jī)器人安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      2015-09-02 08:29:22孫英飛羅愛(ài)華安徽埃夫特智能裝備有限公司安徽蕪湖241000
      關(guān)鍵詞:夫特輸入輸出報(bào)警

      孫英飛 羅愛(ài)華 徐 亮(安徽埃夫特智能裝備有限公司,安徽 蕪湖 241000)

      高新技術(shù)

      基于工業(yè)機(jī)器人安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      孫英飛羅愛(ài)華徐亮
      (安徽埃夫特智能裝備有限公司,安徽蕪湖241000)

      針對(duì)工業(yè)機(jī)器人安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng),主要是將安全接口電路系統(tǒng)分為I/O接口系統(tǒng)和安全處理系統(tǒng)兩部分組成,完成安全邏輯保護(hù)功能、伺服接口控制功能、PMAC軸接口功能、PMAC各I/O光電隔離處理以及外圍通訊控制功能設(shè)計(jì)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大量的應(yīng)用驗(yàn)證了此系統(tǒng)的正確性和可行性。

      工業(yè)機(jī)器人;I/O接口控制系統(tǒng);PMAC;光電隔離

      隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求,大量國(guó)外工業(yè)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各大工廠的各條生產(chǎn)線上,但是工業(yè)機(jī)器人安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)還是空白。目前各大工廠引進(jìn)的國(guó)外機(jī)器人包括KUKA、FUNUC、COMAU等世界知品牌名機(jī)器人,而國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人卻鳳毛麟角,對(duì)工業(yè)機(jī)器人安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)的研究就更少了。針對(duì)目前機(jī)器人技術(shù)被國(guó)外壟斷的局面,對(duì)機(jī)器人安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)的研究對(duì)成本節(jié)約和人機(jī)安全方面有著重要意義。這套系統(tǒng)用于國(guó)產(chǎn)ER165-C30重載點(diǎn)焊工業(yè)機(jī)器人上,并已投入奇瑞汽車公司焊裝生產(chǎn)線應(yīng)用直到現(xiàn)在,使得現(xiàn)場(chǎng)較多外圍安全裝置都能得到有效控制,I/O接口擴(kuò)展方便,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,故障率較低,擁有防塵和散熱保護(hù),維修維護(hù)非常方便,不但能滿足生產(chǎn)需求,而且性能穩(wěn)定。

      1 安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

      安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)主要分為I/O接口板和安全板兩部分組成,整個(gè)系統(tǒng)完成安全邏輯保護(hù)功能、伺服接口控制功能、PMAC軸接口功能、PMAC各I/O光電隔離處理以及與外圍設(shè)備通訊控制功能。

      2 安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)整體介紹

      工業(yè)機(jī)器人安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)實(shí)物如圖1所示。

      3 安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)各功能介紹

      3.1安全邏輯保護(hù)電路

      安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)的安全邏輯電路是通過(guò)判斷PMAC看門狗報(bào)警和各種急停(包括機(jī)器人控制柜急停、機(jī)器人示教盒急停、用戶外部急停、安全門急停、備用急停等),再由軟件編程來(lái)控制伺服系統(tǒng)主電源的接通和斷開(kāi),通過(guò)硬件邏輯電路處理和軟件邏輯判斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的安全控制。

      3.2伺服控制模塊

      安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)的伺服控制模塊主要是實(shí)現(xiàn)各軸編碼器信號(hào)的讀取和發(fā)送、位置模式或速度模式的控制,每個(gè)軸的伺服使能、伺服準(zhǔn)備、伺服報(bào)警和電機(jī)抱閘的控制。

      3.3伺服使能

      安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)的伺服使能主要是通過(guò)軟件將PMAC使能輸出置位,同時(shí)控制機(jī)器人各個(gè)軸使能。

      表1 安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)

      3.4伺服準(zhǔn)備

      安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)的伺服準(zhǔn)備主要是用來(lái)控制,當(dāng)機(jī)器人各個(gè)軸的伺服均處于正常狀態(tài)下,伺服驅(qū)動(dòng)器才發(fā)出伺服準(zhǔn)備信號(hào),此時(shí)機(jī)器人才能將抱閘打開(kāi)。

      3.5伺服報(bào)警和撥碼開(kāi)關(guān)

      安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)的伺服報(bào)警主要是用來(lái)控制,當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)器中任何一軸發(fā)生伺服報(bào)警時(shí),機(jī)器人均產(chǎn)生伺服故障報(bào)警,機(jī)器人各軸電機(jī)輸出抱閘信號(hào)使其抱閘,在伺服報(bào)警未清除或故障未解決之前,機(jī)器人無(wú)法運(yùn)動(dòng)。此時(shí)只有手動(dòng)將伺服準(zhǔn)備和抱閘撥碼開(kāi)關(guān)撥為ON狀態(tài),才能使各軸抱閘打開(kāi),才能使未發(fā)生伺服報(bào)警的軸使能運(yùn)動(dòng)。

      3.6PMAC軸接口電路

      安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)的PMAC軸接口電路主要是用來(lái)控制,PMAC與伺服之間的通訊、控制信號(hào)的轉(zhuǎn)接和處理,編碼器位置信號(hào)的讀寫、伺服使能、伺服報(bào)警、模擬量控制信號(hào)、脈沖控制信號(hào)、標(biāo)志位、PMAC看門狗報(bào)警處理等。

      3.7輸入輸出接口電路

      安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)的輸入輸出接口電路主要是用來(lái)控制,將PMAC中各軸標(biāo)志位和通用I/O經(jīng)輸入輸出電路板用光電隔離處理。輸入以高電平有效,輸出通過(guò)繼電器處理,提高帶負(fù)載能力,高低電平均有效。可用輸入24個(gè),可用輸出23個(gè)。輸入輸出均通過(guò)D型頭連接。JJ1和JJ2為輸入口,JJ3、JJ4和JJ5為輸出口。

      3.8指示燈信號(hào)

      安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)的接口板各指示燈從上到下分別為開(kāi)伺服、示教盒急停、再現(xiàn)、外部急停、安全門急停、備用急停、PMAC主控、PMAC看門狗報(bào)警、伺服準(zhǔn)備、制動(dòng)、使能、伺服報(bào)警。

      結(jié)論

      此工業(yè)機(jī)器人安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng),已經(jīng)成功的運(yùn)用到了安徽埃夫特智能裝備有限公司所有的ER165-C30機(jī)器人上,機(jī)器人在生產(chǎn)過(guò)程中表現(xiàn)了良好的穩(wěn)定性和安全性,也更好的解決了機(jī)器人與外圍設(shè)備的信號(hào)交互,不但提高了機(jī)器人的運(yùn)行效率,而且也保證了機(jī)器人的安全性。

      [1]周孝成,孟正大.KUKA機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)算法的研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2014,19(09):64-67.

      [2]劉金漢.點(diǎn)焊工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研究[J].機(jī)器人,2000,22(07):156-161.

      [3]蘭文寶.基于PMAC的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].哈爾濱工程大學(xué),2013.

      [4]陳紅春.基于PMAC的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的研究[D].浙江大學(xué),2006.

      [5]黃堅(jiān),宋麗蓉.數(shù)控伺服系統(tǒng)位置控制模式的研究[J].電氣傳動(dòng),2005,12(08):23-26.

      [6]門昌華,關(guān)學(xué)鋒,胡明.基于PMAC的六自由度機(jī)器人開(kāi)放式控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新,2008,4(08):15-18.

      [7]昕皓.基于PMAC的機(jī)器人伺服系統(tǒng)研究[D].東北大學(xué),2009.

      TP242.2

      B

      資金來(lái)源:國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)課題。課題編號(hào):2014AA041601。

      課題名稱:面向建材行業(yè)的經(jīng)濟(jì)型工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用示范。

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