關(guān)于五軸機(jī)器人急?；謴?fù)控制回路的研究

李志祥

摘 要 隨著人類科技的進(jìn)步，自動(dòng)控制的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)方式已被逐漸的淘汰，新型的自動(dòng)化生產(chǎn)方式漸漸趨于成熟，其中最為典型的代表便是工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)。機(jī)器人的出現(xiàn)不僅提高了生產(chǎn)效率，更是能夠高效高質(zhì)量地完成一些高危作業(yè)，例如激光切割。機(jī)器人在此方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。而本文的重點(diǎn)便是討論一種主要應(yīng)用在激光切割方面的五軸機(jī)器人的急停恢復(fù)控制回路。以此，本文探討了一種適用但不限于五軸機(jī)器人急?；貜?fù)的控制回路。通過(guò)將一個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān)與五軸機(jī)器人的切割頭碰撞器并聯(lián)，使五軸機(jī)器人由急停狀態(tài)被強(qiáng)制為工作狀態(tài)，以便工作人員操作五軸機(jī)器人使切割頭遠(yuǎn)離工件，繼續(xù)工作。

關(guān)鍵詞 五軸機(jī)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(jī)器人急停恢復(fù)控制回路的原理圖，其中S1為碰撞復(fù)位開(kāi)關(guān)，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(diǎn)通過(guò)線路依次與切割頭碰撞繼電器KA2的觸點(diǎn)、示教盒急停繼電器KA3的觸點(diǎn)和總急停繼電器KA1的線圈串聯(lián)設(shè)置；示教盒急停按鈕S3的觸點(diǎn)通過(guò)線路與示教盒急停繼電器KA3的線圈串聯(lián)設(shè)置；切割頭碰撞器K1和碰撞復(fù)位開(kāi)關(guān)S1并聯(lián)后通過(guò)線路與切割頭碰撞繼電器KA2的線圈串聯(lián)設(shè)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(duì)觸點(diǎn)中的觸點(diǎn)6L3和A1分別與控制驅(qū)動(dòng)器的回路連通、觸點(diǎn)810和811分別與控制激光器外部急停的回路連通、觸點(diǎn)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(jī)器人急?；謴?fù)控制回路正常上電時(shí)，244線連通直流電的正極、245線連通直流電的負(fù)極；切割頭碰撞繼電器KA2的線圈得電導(dǎo)通，觸發(fā)切割頭碰撞繼電器KA2的觸點(diǎn)閉合，同時(shí)示教盒急停繼電器KA3的線圈得電導(dǎo)通，觸發(fā)示教盒急停繼電器KA3的觸點(diǎn)閉合；進(jìn)而使得總急停繼電器KA1的線圈得電導(dǎo)通，觸發(fā)總急停繼電器KA1的三對(duì)觸點(diǎn)閉合，使得控制驅(qū)動(dòng)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(wú)急停報(bào)警。當(dāng)切割頭碰撞到工件后，切割頭碰撞器K1的觸點(diǎn)斷開(kāi)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(diǎn)斷開(kāi)，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(duì)觸點(diǎn)斷開(kāi)，使得控制驅(qū)動(dòng)器失電、激光器外部急停斷開(kāi)且控制系統(tǒng)的IO輸入端提示有急停報(bào)警。由于切割頭碰撞到工件后，切割頭碰撞器K1的觸點(diǎn)一直處于斷開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)將碰撞復(fù)位開(kāi)關(guān)S1旋轉(zhuǎn)到ON檔位讓碰撞復(fù)位開(kāi)關(guān)S1的觸點(diǎn)閉合，使得切割頭碰撞繼電器KA2的線圈得電導(dǎo)通，觸發(fā)切割頭碰撞繼電器KA2的觸點(diǎn)閉合；進(jìn)而使得總急停繼電器KA1的線圈得電導(dǎo)通，觸發(fā)總急停繼電器KA1的三對(duì)觸點(diǎn)閉合，使得控制驅(qū)動(dòng)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(wú)急停報(bào)警；然后由操控人員操作五軸機(jī)器人將切割頭移動(dòng)到安全位置；當(dāng)切割頭碰撞器K1的觸點(diǎn)恢復(fù)正常后，再將碰撞復(fù)位開(kāi)關(guān)S1撥到OFF檔位使其觸點(diǎn)斷開(kāi)，使切割頭碰撞器K1繼續(xù)正常工作，解決了不移動(dòng)工件即可恢復(fù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵性問(wèn)題[1]。

1.2 器件選型

本文所述的一種五軸機(jī)器人急?；謴?fù)控制回路所包含的電氣元器件有碰撞復(fù)位開(kāi)關(guān)，面板急停按鈕，切割頭碰撞器和中間繼電器。

其中在碰撞復(fù)位開(kāi)關(guān)的選擇上，本文采用的是帶有一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)的旋鈕開(kāi)關(guān)。因?yàn)橄噍^于按鈕式開(kāi)關(guān)，旋鈕式開(kāi)關(guān)在操作后能夠保持閉合的狀態(tài)，而按鈕式開(kāi)關(guān)在操作后無(wú)保持功能。除此以外，旋鈕式開(kāi)關(guān)操作方便，并且很少存在因人為誤碰而帶來(lái)的誤操作動(dòng)作，減少誤操作的存在，因而選擇旋鈕式的開(kāi)關(guān)。

在面板急停按鈕的選擇上，本設(shè)計(jì)選擇的是帶有常閉觸點(diǎn)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?yàn)榧t色比較醒目，便于操作人員在緊急情況下快速準(zhǔn)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(yīng)在30～50mm之間最為理想。

切割頭碰撞器選擇的是帶有一個(gè)常閉觸點(diǎn)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)，因?yàn)榘惭b在切割頭附近，對(duì)切割頭起重要的保護(hù)作用，所以對(duì)切割頭碰撞器的精度要求較高，其動(dòng)作范圍應(yīng)選在0.5～1mm之間最佳。此外，還要求此切割頭碰撞器響應(yīng)速度快，反應(yīng)靈敏，具有較長(zhǎng)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(jī)器人急停恢復(fù)控制回路使用的是線圈允許電壓為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(diǎn)是否閉合。中間繼電器帶有手動(dòng)操作觸點(diǎn)的功能，以便于工作人員手動(dòng)的操作，使觸點(diǎn)閉合或斷開(kāi)。另外，在中間繼電器的選擇上還要求具有較長(zhǎng)的使用壽命。

2 應(yīng)用

本文所述的五軸機(jī)器人急停恢復(fù)控制回路已經(jīng)成功應(yīng)用于某激光切割企業(yè)，該企業(yè)在作業(yè)中遇到的切割頭碰撞到工件的問(wèn)題，使其工作效率大大降低，同時(shí)也增加了經(jīng)濟(jì)成本。為解決上述問(wèn)題，該企業(yè)采用了本文所述的急?；謴?fù)控制回路，不僅操作簡(jiǎn)單，更是提高了生產(chǎn)效率，降低了經(jīng)濟(jì)成本。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著電氣控制技術(shù)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(jī)器人急?；謴?fù)控制回路，在原有控制電路的基礎(chǔ)上，稍作改進(jìn)調(diào)整，既不會(huì)改變?cè)械目刂撇僮?，又?shí)現(xiàn)了急?；謴?fù)的目的。本文所述的一種五軸機(jī)器人急停恢復(fù)控制回路在生產(chǎn)應(yīng)用中的貢獻(xiàn)如下：

（1）解決了現(xiàn)有五軸機(jī)器人切割頭碰撞到工件后，五軸機(jī)器人緊急停止無(wú)法移動(dòng)切割頭的問(wèn)題。

（2）操作方便，既提高了生產(chǎn)效率，又節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本。

（3）電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于在原來(lái)電路上做修改調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

[1] 王儒敬，孫丙宇.農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2015，（06）：803-809.