基于工業(yè)機器人安全IO接口控制系統(tǒng)設計

孫英飛　羅愛華　徐亮

摘 要：針對工業(yè)機器人安全I/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計。通過現場大量的應用驗證了此系統(tǒng)的正確性和可行性。

關鍵詞：工業(yè)機器人；I/O接口控制系統(tǒng)；PMAC；光電隔離

中圖分類號：TP242.2 文獻標識碼：B

隨著科學技術的進步和人們對產品質量的要求，大量國外工業(yè)機器人已廣泛應用于國內各大工廠的各條生產線上，但是工業(yè)機器人安全I/O接口控制系統(tǒng)在國內還是空白。目前各大工廠引進的國外機器人包括KUKA、FUNUC、COMAU等世界知品牌名機器人，而國產工業(yè)機器人卻鳳毛麟角，對工業(yè)機器人安全I/O接口控制系統(tǒng)的研究就更少了。針對目前機器人技術被國外壟斷的局面，對機器人安全I/O接口控制系統(tǒng)的研究對成本節(jié)約和人機安全方面有著重要意義。這套系統(tǒng)用于國產ER165-C30重載點焊工業(yè)機器人上，并已投入奇瑞汽車公司焊裝生產線應用直到現在，使得現場較多外圍安全裝置都能得到有效控制，I/O接口擴展方便，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，故障率較低，擁有防塵和散熱保護，維修維護非常方便，不但能滿足生產需求，而且性能穩(wěn)定。

1 安全I/O接口控制系統(tǒng)設計內容

安全I/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，整個系統(tǒng)完成安全邏輯保護功能、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備通訊控制功能。

2 安全I/O接口控制系統(tǒng)整體介紹

工業(yè)機器人安全I/O接口控制系統(tǒng)實物如圖1所示。

3 安全I/O接口控制系統(tǒng)各功能介紹

3.1 安全邏輯保護電路

安全I/O接口控制系統(tǒng)的安全邏輯電路是通過判斷PMAC看門狗報警和各種急停（包括機器人控制柜急停、機器人示教盒急停、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現對機器人的安全控制。

3.2 伺服控制模塊

安全I/O接口控制系統(tǒng)的伺服控制模塊主要是實現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，每個軸的伺服使能、伺服準備、伺服報警和電機抱閘的控制。

3.3 伺服使能

安全I/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，同時控制機器人各個軸使能。

3.4 伺服準備

安全I/O接口控制系統(tǒng)的伺服準備主要是用來控制，當機器人各個軸的伺服均處于正常狀態(tài)下，伺服驅動器才發(fā)出伺服準備信號，此時機器人才能將抱閘打開。

3.5 伺服報警和撥碼開關

安全I/O接口控制系統(tǒng)的伺服報警主要是用來控制，當伺服驅動器中任何一軸發(fā)生伺服報警時，機器人均產生伺服故障報警，機器人各軸電機輸出抱閘信號使其抱閘，在伺服報警未清除或故障未解決之前，機器人無法運動。此時只有手動將伺服準備和抱閘撥碼開關撥為ON狀態(tài)，才能使各軸抱閘打開，才能使未發(fā)生伺服報警的軸使能運動。

3.6 PMAC軸接口電路

安全I/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、控制信號的轉接和處理，編碼器位置信號的讀寫、伺服使能、伺服報警、模擬量控制信號、脈沖控制信號、標志位、PMAC看門狗報警處理等。

3.7 輸入輸出接口電路

安全I/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中各軸標志位和通用I/O經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，提高帶負載能力，高低電平均有效。可用輸入24個，可用輸出23個。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/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、外部急停、安全門急停、備用急停、PMAC主控、PMAC看門狗報警、伺服準備、制動、使能、伺服報警。

結論

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

參考文獻

[1]周孝成，孟正大.KUKA機器人運動學算法的研究[J].工業(yè)控制計算機，2014，19（09）：64-67.

[2]劉金漢.點焊工業(yè)機器人系統(tǒng)的開發(fā)與研究[J].機器人，2000，22（07）：156-161.

[3]蘭文寶.基于PMAC的工業(yè)機器人控制系統(tǒng)研究與實現[D].哈爾濱工程大學，2013.

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

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

[6]門昌華，關學鋒，胡明.基于PMAC的六自由度機器人開放式控制系統(tǒng)開發(fā)[J].機電產品開發(fā)與創(chuàng)新，2008，4（08）：15-18.

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