淺談工業(yè)機(jī)器人的安全生產(chǎn)

王春

摘 要：文章闡述了工業(yè)機(jī)器人安全生產(chǎn)的重要意義，以工業(yè)機(jī)器人沖壓應(yīng)用為例，從機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)、電氣設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)操作三個(gè)方面介紹了工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)安全和防錯(cuò)技術(shù)的應(yīng)用及相應(yīng)的安全規(guī)范。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；安全生產(chǎn)；分析

近幾年來，隨著我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，中國(guó)制造2025，工業(yè)4.0的推進(jìn)、中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了爆發(fā)式增長(zhǎng)。工業(yè)機(jī)器人已在國(guó)內(nèi)很多行業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，包括汽車及汽車零部件制造業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中，其典型應(yīng)用有焊接、涂膠、沖壓、裝配、噴漆及搬運(yùn)等。

在工業(yè)機(jī)器人提升工作效率和產(chǎn)品品質(zhì)的同時(shí)，其安全生產(chǎn)問題也應(yīng)該是重中之重。最近德國(guó)大眾工廠發(fā)生了一起員工遭遇機(jī)器人意外傷害而身亡的事件，機(jī)器人抓住了這名工人，并將他擠向一塊金屬板。由于傷勢(shì)過重，這名工人在被送往醫(yī)院之后不治身亡。這不是第一起機(jī)器人傷人事件上，它又一次在機(jī)器人安全生產(chǎn)問題上敲響了警鐘。下面以機(jī)器人沖壓應(yīng)用為例來淺談下如何保障機(jī)器人安全生產(chǎn)。

1 機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)安全

1.1 人的安全

（1）機(jī)器人操作以“安全第一，預(yù)防為主”為原則，使用機(jī)器人過程中人的安全永遠(yuǎn)為第一位。（2）把機(jī)器人安裝在沒有漏洞的安全圍欄內(nèi)，這樣，在機(jī)器人運(yùn)行過程中，可以有效防止人員進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)。（3）在機(jī)器人操作運(yùn)行中或者等待中，切不可進(jìn)入機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍。（4）護(hù)欄上的安全門應(yīng)帶有安全插銷及其感應(yīng)裝置。安全門必須通過拔開插銷才能打開，并且拔開插銷必須能使機(jī)器人自動(dòng)安全停止。（5）當(dāng)需要示教/檢查機(jī)器人，而進(jìn)入安全圍欄時(shí)，操作人員必須將安全插銷隨身帶在身上再進(jìn)入，以免有人意外操作機(jī)器人。同時(shí)，要在電控箱前指派一個(gè)監(jiān)察員，用于監(jiān)控各操作，并能隨時(shí)準(zhǔn)備按緊急停止按鈕。監(jiān)察員也必須是完成了相關(guān)培訓(xùn)課程的員工。（6）清晰地標(biāo)示當(dāng)前機(jī)器人狀態(tài)，例如：“自動(dòng)模式”“示教中”“安裝調(diào)試中”“維修保養(yǎng)中”等信息。這樣每個(gè)人都可以看到機(jī)器人當(dāng)前的運(yùn)行情況。

1.2 系統(tǒng)設(shè)備的安全

（1）機(jī)器人夾具。機(jī)器人夾具的傳感器需接進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)，機(jī)器人進(jìn)行與夾具有關(guān)的動(dòng)作時(shí)需確認(rèn)夾具的狀態(tài)信號(hào)，機(jī)器人夾具應(yīng)設(shè)為在失電情況下閉合，保證在突然掉電時(shí)手爪中的產(chǎn)品不會(huì)掉落。機(jī)器人夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)保證機(jī)器人取放料時(shí)姿態(tài)流暢，動(dòng)作合理。（2）外圍設(shè)備。外圍設(shè)備是指送料機(jī)，傳送帶，收料機(jī)等系統(tǒng)接口設(shè)備。獨(dú)立的外圍設(shè)備與系統(tǒng)配線連接時(shí)應(yīng)使用繼電器隔離，外圍設(shè)備中與人員操作有關(guān)的部分應(yīng)在方便位置設(shè)置系統(tǒng)急停按鈕。（3）沖床模具。沖床模具上應(yīng)有感應(yīng)物料狀態(tài)的傳感器，應(yīng)能檢測(cè)到?jīng)_床模具上是否有料？是否疊料？并以此信號(hào)控制沖床。（4）沖床。為了對(duì)應(yīng)沖床的雙手制啟動(dòng)，將系統(tǒng)發(fā)出的啟動(dòng)信號(hào)經(jīng)繼電器轉(zhuǎn)換后，將繼電器常開觸點(diǎn)并接在沖床啟動(dòng)輸入點(diǎn)的常開回路上，繼電器常閉觸點(diǎn)串接在沖床啟動(dòng)輸入點(diǎn)的常閉回路中。沖床的安全光柵應(yīng)能檢知機(jī)器人的取放料動(dòng)作。系統(tǒng)與沖床聯(lián)機(jī)時(shí)，使用繼電器隔離，沖床的維修與保養(yǎng)應(yīng)由有專業(yè)資格的人員完成。（5）工業(yè)機(jī)器人。本應(yīng)用使用六軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人，應(yīng)在機(jī)器人的工作范圍以外設(shè)置軟件限位，防止機(jī)器人誤操作運(yùn)動(dòng)到其他位置。機(jī)器人操作應(yīng)設(shè)置密碼，只有相應(yīng)指定權(quán)限的人員才可進(jìn)行機(jī)器人操作。如果系統(tǒng)中有設(shè)備報(bào)警或有設(shè)備打至手動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)向機(jī)器人發(fā)送暫停信號(hào)并中斷系統(tǒng)自動(dòng)程序。沖壓應(yīng)用的機(jī)器人應(yīng)配備過載保護(hù)板，一旦發(fā)生撞機(jī)使機(jī)器人立即停止。

2 電氣設(shè)計(jì)的安全

2.1 機(jī)器人安裝位置

（1）在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)先通過軟件仿真現(xiàn)場(chǎng)位置，得出機(jī)器人的最佳安裝位置，包括機(jī)器人的安裝高度。（2）機(jī)器人安裝底座必須固定緊固，防止機(jī)器人高速運(yùn)行時(shí)將底板帶起。（3）機(jī)器人的運(yùn)行路徑要避免J4軸運(yùn)動(dòng)過大及J5軸0度時(shí)情況，防止出現(xiàn)奇異點(diǎn)現(xiàn)象。（4）走直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，要避免某一軸運(yùn)動(dòng)過多，盡量做到平衡。（5）J2軸的最佳角度范圍為0度左右，J3軸的最佳角度為90度左右，不能有J3軸跟J2軸成直線這種情況。

2.2 機(jī)器人程序設(shè)計(jì)

（1）機(jī)器人程序力求簡(jiǎn)單明了，不要有過多的邏輯判斷。（2）內(nèi)部速度限制，尤其是直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，不能設(shè)定超過電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。（3）一定要設(shè)定安全位置才能啟動(dòng)程序。（4）當(dāng)?shù)却盘?hào)時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，要自動(dòng)暫停或中止程序，防止人工去處理信號(hào)時(shí)機(jī)器人突然動(dòng)作。（5）機(jī)器人退出沖床后在發(fā)啟動(dòng)信號(hào)前應(yīng)先對(duì)當(dāng)前位置進(jìn)行判斷，此位置是否為安全位置，避免上模下壓時(shí)壓到機(jī)器人夾具。（6）發(fā)沖床啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，前面的運(yùn)動(dòng)指令一定要用精確到位的運(yùn)動(dòng)模式。（7）機(jī)器人點(diǎn)位的命名要有規(guī)律，便于記憶及調(diào)試，且所有機(jī)器人程序點(diǎn)位名統(tǒng)一化。（8）第一次自動(dòng)運(yùn)行前，機(jī)器人程序必須經(jīng)過2人及以上人員檢查并簽字確認(rèn)，確認(rèn)無誤后才可上線調(diào)試。（9）機(jī)器人第一次試運(yùn)次的速度，必須低于10%。

3 現(xiàn)場(chǎng)操作安全

（1）調(diào)試時(shí)嚴(yán)禁身體的任何部分進(jìn)入沖床的模具位置。（2）在調(diào)試沖床的點(diǎn)位時(shí)，必須二人，一人調(diào)機(jī)，一人在旁邊監(jiān)督，確認(rèn)能在緊急情況下緊急停止相關(guān)設(shè)備。（3）調(diào)試機(jī)器人沖床內(nèi)點(diǎn)位時(shí)，必須停掉沖床電機(jī)電源，并懸掛警告牌于沖床的操作臺(tái)。（4）調(diào)試機(jī)器人沖床內(nèi)點(diǎn)位時(shí)，應(yīng)先檢查沖床的光柵是否正常。（5）嚴(yán)禁擅自改動(dòng)沖床的線路，所有沖床部分的線路安裝及維修由有沖床維修專業(yè)資格的人員完成。（6）當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，一定要確認(rèn)系統(tǒng)中各設(shè)備的狀態(tài)，確認(rèn)各設(shè)備的自動(dòng)程序都已終止后才可以處理故障。（7）定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)檢，確認(rèn)各設(shè)備的狀況良好。

只有在保障機(jī)器人系統(tǒng)安全和防錯(cuò)技術(shù)應(yīng)用的前提下，制訂出嚴(yán)格的安全規(guī)范并遵守它，才是杜絕各種機(jī)器人事故、安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

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