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    協(xié)作機器人在檢測平臺上的安全控制

    2018-04-23 09:31:26毛久勇
    電氣技術(shù) 2018年4期
    關(guān)鍵詞:主站中斷組態(tài)

    毛久勇

    (國家電投集團遠達環(huán)保催化劑有限公司,重慶 401336)

    工業(yè)機器人在全球制造業(yè)得到廣泛應(yīng)用。這么多年,人們一直在研究避免機器人和其周圍的設(shè)備可能對工人造成的危害。常規(guī)的措施會將機器人鎖在安全防護欄內(nèi),預(yù)防機器人和工人接觸[1-3]。然而,協(xié)作機器人則需要和工人在同一區(qū)域共同參與組裝工作,因為工人和機器人在一天中會有很多合作,協(xié)作機器人的出現(xiàn)使得常規(guī)的安全防護失去意義,工人的安全問題得依靠傳感器和控制程序來解決[4-7]。

    1 工作原理

    檢測員位于檢測平臺安全區(qū)域時,機器人負責(zé)將傳輸皮帶A上的產(chǎn)品搬運到檢測平臺位置1處,放好產(chǎn)品后機器人運轉(zhuǎn)到安全位置等待運行命令。檢測員前往檢測平臺檢測產(chǎn)品的質(zhì)量,檢測完成后將產(chǎn)品放到檢測平臺位置2處,然后檢測員后退離開檢測區(qū)域。檢測員進入安全區(qū)域后,機器人運行到檢測平臺位置2處,將產(chǎn)品搬運到傳輸皮帶B上。檢測員和機器人不斷地重復(fù)整個工作過程。檢測平臺工作流程如圖1所示。

    在機器人區(qū)域中,有兩個區(qū)域需要工人和機器人都參與工作,而不是同時參與。這對于工業(yè)機器人來說是一個復(fù)雜部件??梢杂靡粋€安全光幕進行區(qū)域掃描,監(jiān)控人類員工的位置,當工人進入特定區(qū)域時不讓機器人進入。

    圖1 檢測平臺工作流程圖

    2 控制系統(tǒng)硬件組成

    控制系統(tǒng)組態(tài)西門子S7-300PLC為主站,ABB公司IRC5系列6640機器人為DP從站,主從站之間采用西門子的Pro-Bus總線通信[8]。控制系統(tǒng)硬件組態(tài)如圖2所示。

    圖2 控制系統(tǒng)硬件組態(tài)圖

    3 I/O分配

    ABB機器人通過總線適配器DSQC667連接到主站CPU,西門子PLC的組態(tài)中為機器人分配了兩個字的I/O地址,主站PLC通過輸出地址Q256.0-Q259.7對機器人進行控制,通過總線傳送到機器人的輸入信號BOARD11地址0-32;機器人的輸出指令為BOARD11上0-32位地址,通過總線傳送給主站PLC的I256.0-I259.7地址區(qū)。I/O分配情況見表1。

    表1 I/O分配表

    4 程序設(shè)計

    4.1 主站PLC程序設(shè)計

    根據(jù)檢測員和機器人的整個工作流程,設(shè)計了主站PLC程序。設(shè)備處于自動模式且緊急停止沒有被按下時,檢測員在檢測平臺位置檢驗產(chǎn)品的過程中,腳下的安全地墊和檢測平臺位置的安全光幕信號處于導(dǎo)通,這時機器人的運轉(zhuǎn)使能信號處于斷開狀態(tài);相反,檢測員檢測完產(chǎn)品回到安全位置的安全地墊上,主站發(fā)送信號允許機器人運行。主站PLC程序圖如圖3所示。

    圖3 主站PLC程序圖

    4.2 ABB機器人程序設(shè)計

    主站PLC的輸出信號Q256.0通過總線傳送到機器人的使能運行輸入信號 I_RobotRunEnabling,根據(jù)機器人運行的安全流程,在機器人主程序中加入中斷程序監(jiān)控指令,機器人檢測到輸入信號I_RobotRunEnabling為低電平時觸發(fā)中斷程序,機器人執(zhí)行中斷程序中的停止命令和等待運行命令。當機器人輸入信號 I_RobotRunEnabling為高電平時,機器人程序指針離開中斷程序恢復(fù)正常的邏輯運行[9-11]。機器人中斷程序如圖4所示。

    在機器人程序編輯器中創(chuàng)建中斷連接程序PROC LinkIR(),定義輸入信號I_RobotRunEnabling對應(yīng)的中斷名稱為IR_RobotRunEnable,定義中斷名稱 IR_RobotRunEnable連接中斷陷阱程序T_RobotRunEnable,中斷子程序T_RobotRunEnable寫入機器人停止命令和等待運行命令。創(chuàng)建一個子程序PROC IWatchIRs(),該程序用于打開中斷監(jiān)控,然后在主程序 main()中調(diào)用子程序 PROC IWatchIRs(),當機器人輸入指令I(lǐng)_RobotRunEnabling為0時,機器人立即停止;反之,機器人運行。

    5 結(jié)論

    將協(xié)作機器人應(yīng)用于人工檢測平臺完成工作的想法,最初在負責(zé)工作安全的人看來是很復(fù)雜的。但是將操作分解到不同的順序步驟后,整個過程就變得可以管理,也相信了協(xié)作機器人的安全性。協(xié)作機器人在檢測平臺上的安全控制在實際中得到了應(yīng)用,實踐證明效果好,安全可靠性高。最大的優(yōu)點是減少了工人的人員配置,并降低了工人的勞動強度。

    圖4 機器人程序

    [1] 戈斌斌, 毛新軍. 基于行為檢測的機器人安全保護方法[J]. 計算機科學(xué), 2016, 43(8): 183-189.

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    [5] 張浩. 地面移動機器人安全路徑規(guī)劃研究[D]. 蕪湖:安徽工程大學(xué), 2015.

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    [7] 賈菁輝. 移動機器人的路徑規(guī)劃與安全導(dǎo)航[D]. 大連: 大連理工大學(xué), 2009.

    [8] 劉華波, 何文雪, 王雪. 西門子S7-300/400PLC編程與應(yīng)用[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2012.

    [9] ABB. Instructions R. Functions and data types[Z].2011.

    [10] ABB. RAPID語言概覽[Z]. 2015.

    [11] ABB. RAPID語言內(nèi)核[Z]. 2015.

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