關于五軸機器人急停恢復控制回路的研究

李志祥

摘 要 隨著人類科技的進步，自動控制的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的工業(yè)生產方式已被逐漸的淘汰，新型的自動化生產方式漸漸趨于成熟，其中最為典型的代表便是工業(yè)機器人的出現(xiàn)。機器人的出現(xiàn)不僅提高了生產效率，更是能夠高效高質量地完成一些高危作業(yè)，例如激光切割。機器人在此方面的應用越來越廣泛。而本文的重點便是討論一種主要應用在激光切割方面的五軸機器人的急?；謴涂刂苹芈?。以此，本文探討了一種適用但不限于五軸機器人急停回復的控制回路。通過將一個復位開關與五軸機器人的切割頭碰撞器并聯(lián)，使五軸機器人由急停狀態(tài)被強制為工作狀態(tài)，以便工作人員操作五軸機器人使切割頭遠離工件，繼續(xù)工作。

關鍵詞 五軸機器人；控制回路；切割頭

1 控制回路的工作原理及器件選型

1.1 控制回路的工作原理

如圖1所示為本文所述一種五軸機器人急?；謴涂刂苹芈返脑韴D，其中S1為碰撞復位開關，S2為面板急停按鈕，K1為切割頭碰撞器，S3為示教盒急停按鈕，KA1、KA2和KA3為中間繼電器，其中KA1為總急停繼電器，KA2為切割頭碰撞繼電器，KA3為示教盒急停繼電器。面板急停按鈕S2的觸點通過線路依次與切割頭碰撞繼電器KA2的觸點、示教盒急停繼電器KA3的觸點和總急停繼電器KA1的線圈串聯(lián)設置；示教盒急停按鈕S3的觸點通過線路與示教盒急停繼電器KA3的線圈串聯(lián)設置；切割頭碰撞器K1和碰撞復位開關S1并聯(lián)后通過線路與切割頭碰撞繼電器KA2的線圈串聯(lián)設置。

上述控制回路中，總急停繼電器KA1采用4P中間繼電器，切割頭碰撞繼電器KA2和示教盒急停繼電器KA3采用2P中間繼電器；其中總急停繼電器KA1的三對觸點中的觸點6L3和A1分別與控制驅動器的回路連通、觸點810和811分別與控制激光器外部急停的回路連通、觸點OVCC和EX03分別與接入控制系統(tǒng)IO輸入端的回路連通。

本文所述的五軸機器人急?；謴涂刂苹芈氛Ｉ想姇r，244線連通直流電的正極、245線連通直流電的負極；切割頭碰撞繼電器KA2的線圈得電導通，觸發(fā)切割頭碰撞繼電器KA2的觸點閉合，同時示教盒急停繼電器KA3的線圈得電導通，觸發(fā)示教盒急停繼電器KA3的觸點閉合；進而使得總急停繼電器KA1的線圈得電導通，觸發(fā)總急停繼電器KA1的三對觸點閉合，使得控制驅動器得電、激光器外部急停閉合且控制系統(tǒng)的IO輸入端提示無急停報警。當切割頭碰撞到工件后，切割頭碰撞器K1的觸點斷開使得切割頭碰撞繼電器KA2的線圈失電，觸發(fā)切割頭碰撞繼電器KA2的觸點斷開，總急停繼電器KA1的線圈失電，致使觸發(fā)總急停繼電器KA1的三對觸點斷開，使得控制驅動器失電、激光器外部急停斷開且控制系統(tǒng)的IO輸入端提示有急停報警。由于切割頭碰撞到工件后，切割頭碰撞器K1的觸點一直處于斷開狀態(tài)，此時將碰撞復位開關S1旋轉到ON檔位讓碰撞復位開關S1的觸點閉合，使得切割頭碰撞繼電器KA2的線圈得電導通，觸發(fā)切割頭碰撞繼電器KA2的觸點閉合；進而使得總急停繼電器KA1的線圈得電導通，觸發(fā)總急停繼電器KA1的三對觸點閉合，使得控制驅動器得電、激光器外部急停閉合且控制系統(tǒng)的IO輸入端提示無急停報警；然后由操控人員操作五軸機器人將切割頭移動到安全位置；當切割頭碰撞器K1的觸點恢復正常后，再將碰撞復位開關S1撥到OFF檔位使其觸點斷開，使切割頭碰撞器K1繼續(xù)正常工作，解決了不移動工件即可恢復機床運動的關鍵性問題[1]。

1.2 器件選型

本文所述的一種五軸機器人急?；謴涂刂苹芈匪碾姎庠骷信鲎矎臀婚_關，面板急停按鈕，切割頭碰撞器和中間繼電器。

其中在碰撞復位開關的選擇上，本文采用的是帶有一個常開觸點的旋鈕開關。因為相較于按鈕式開關，旋鈕式開關在操作后能夠保持閉合的狀態(tài)，而按鈕式開關在操作后無保持功能。除此以外，旋鈕式開關操作方便，并且很少存在因人為誤碰而帶來的誤操作動作，減少誤操作的存在，因而選擇旋鈕式的開關。

在面板急停按鈕的選擇上，本設計選擇的是帶有常閉觸點的紅色蘑菇頭式急停按鈕，蘑菇頭式的急停按鈕易于操作，在緊急情況下，方便操作人員快速的按下急停按鈕。選擇紅色是因為紅色比較醒目，便于操作人員在緊急情況下快速準確的按下急停按鈕。因本文所述的急停按鈕安裝在面板上，因而在選擇上，蘑菇頭的大小要適中，直徑應在30～50mm之間最為理想。

切割頭碰撞器選擇的是帶有一個常閉觸點的微動開關，因為安裝在切割頭附近，對切割頭起重要的保護作用，所以對切割頭碰撞器的精度要求較高，其動作范圍應選在0.5～1mm之間最佳。此外，還要求此切割頭碰撞器響應速度快，反應靈敏，具有較長的使用壽命。以此才能提高切割頭的安全性。

在中間繼電器的選擇上，本文所述的五軸機器人急?；謴涂刂苹芈肥褂玫氖蔷€圈允許電壓為24V的直流電，除此之外，在中間繼電器的選型上要求帶有指示燈，以便于監(jiān)控中間繼電器的線圈是否得電，觸點是否閉合。中間繼電器帶有手動操作觸點的功能，以便于工作人員手動的操作，使觸點閉合或斷開。另外，在中間繼電器的選擇上還要求具有較長的使用壽命。

2 應用

本文所述的五軸機器人急?；謴涂刂苹芈芬呀洺晒糜谀臣す馇懈钇髽I(yè)，該企業(yè)在作業(yè)中遇到的切割頭碰撞到工件的問題，使其工作效率大大降低，同時也增加了經濟成本。為解決上述問題，該企業(yè)采用了本文所述的急?；謴涂刂苹芈?，不僅操作簡單，更是提高了生產效率，降低了經濟成本。

3 結束語

隨著電氣控制技術的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的控制方式。而本文所述的一種五軸機器人急停恢復控制回路，在原有控制電路的基礎上，稍作改進調整，既不會改變原有的控制操作，又實現(xiàn)了急?；謴偷哪康?。本文所述的一種五軸機器人急?；謴涂刂苹芈吩谏a應用中的貢獻如下：

（1）解決了現(xiàn)有五軸機器人切割頭碰撞到工件后，五軸機器人緊急停止無法移動切割頭的問題。

（2）操作方便，既提高了生產效率，又節(jié)約了經濟成本。

（3）電路設計簡單，易于在原來電路上做修改調整。

參考文獻

[1] 王儒敬，孫丙宇.農業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].中國科學院院刊，2015，（06）：803-809.