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　羅愛華　徐亮

摘 要：針對工業(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)。通過現(xiàn)場大量的應(yīng)用驗(yàn)證了此系統(tǒng)的正確性和可行性。

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

中圖分類號：TP242.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們對產(chǎn)品質(zhì)量的要求，大量國外工業(yè)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于國內(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)在國內(nèi)還是空白。目前各大工廠引進(jìn)的國外機(jī)器人包括KUKA、FUNUC、COMAU等世界知品牌名機(jī)器人，而國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人卻鳳毛麟角，對工業(yè)機(jī)器人安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)的研究就更少了。針對目前機(jī)器人技術(shù)被國外壟斷的局面，對機(jī)器人安全I(xiàn)/O接口控制系統(tǒng)的研究對成本節(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），再由軟件編程來控制伺服系統(tǒng)主電源的接通和斷開，通過硬件邏輯電路處理和軟件邏輯判斷來實(shí)現(xiàn)對機(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。

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，此時(shí)機(jī)器人才能將抱閘打開。

3.5 伺服報(bào)警和撥碼開關(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)備和抱閘撥碼開關(guān)撥為ON狀態(tài)，才能使各軸抱閘打開，才能使未發(fā)生伺服報(bào)警的軸使能運(yùn)動(dòng)。

3.6 PMAC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控制，PMAC與伺服之間的通訊、控制信號的轉(zhuǎn)接和處理，編碼器位置信號的讀寫、伺服使能、伺服報(bào)警、模擬量控制信號、脈沖控制信號、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，輸出通過繼電器處理，提高帶負(fù)載能力，高低電平均有效?？捎幂斎?4個(gè)，可用輸出23個(gè)。輸入輸出均通過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

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。

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