王有波

（海納川（濱州）輕量化汽車部件有限公司，山東濱州 256602）

0 引言

在大型自動(dòng)化生產(chǎn)線中，桁架式機(jī)械手因其自重輕、跨度大、施工方便等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。大工件硬氧設(shè)備采用的基于力士樂(lè)（Rexroth）雙通道數(shù)控系統(tǒng)控制的雙桁架機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)上料下料、硬氧等搬運(yùn)工序，保障了零件產(chǎn)品質(zhì)量，提高了工作效率，減小工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

某桁架式硬氧設(shè)備采用Rexroth MTX micro 雙通道控制系統(tǒng)，分別控制兩臺(tái)桁架機(jī)械手。如果沒(méi)采取防碰撞措施，當(dāng)一臺(tái)桁架機(jī)械手處于公共區(qū)域（清洗槽）內(nèi)、另外一臺(tái)桁架機(jī)械手向公共區(qū)域位置移動(dòng)時(shí)，兩臺(tái)機(jī)械手就存在極大的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，這樣不僅會(huì)損壞機(jī)械裝置及電氣元件，而且還會(huì)給生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。為了防止上述風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，下面就如何實(shí)施防碰撞措施進(jìn)行分析，主要包括硬件安裝和軟件設(shè)定兩個(gè)方面。

1 基本構(gòu)成及布局

桁架式硬氧設(shè)備為大工件硬氧自動(dòng)線，除了人工裝卸工件以外，其他動(dòng)作均自動(dòng)完成；工件氧化工位與清洗工位分開(kāi)，采用兩個(gè)氧化槽和一個(gè)清洗槽設(shè)計(jì)，兩臺(tái)桁架機(jī)械手分別自動(dòng)進(jìn)行工件的氧化和清洗。兩個(gè)機(jī)械手用于工件的搬運(yùn)，每一臺(tái)機(jī)械手上裝載一套工裝，分別負(fù)責(zé)一個(gè)硬氧槽。機(jī)械手在硬氧槽位置完成相應(yīng)工作后，要移動(dòng)至清洗槽位置進(jìn)行工件的清洗工作[1]。清洗槽是兩臺(tái)機(jī)械手的公共區(qū)域，兩臺(tái)機(jī)械手在此區(qū)域內(nèi)工作時(shí)必須保持安全距離、不能發(fā)生碰撞，因此必須做好安全有效的防碰撞措施：當(dāng)清洗槽內(nèi)有機(jī)械手工作時(shí)，另外一個(gè)機(jī)械手需要在硬氧槽上方等待。

2 防碰撞措施

2.1 安裝防碰撞開(kāi)關(guān)

1#和2#兩臺(tái)機(jī)械手上分別安裝有“防碰撞”檢測(cè)開(kāi)關(guān)，檢測(cè)開(kāi)關(guān)采用中距離激光測(cè)距傳感器，檢測(cè)范圍為200～1000 mm，90%反射率，分辨率為1 mm，接入數(shù)控系統(tǒng)高速輸入端口。根據(jù)硬件安裝情況設(shè)定“防碰撞”檢測(cè)開(kāi)關(guān)的最小安全距離值，當(dāng)兩臺(tái)機(jī)械手的距離小于該設(shè)定值時(shí)就會(huì)輸出24 V 信號(hào)，數(shù)控系統(tǒng)立即檢測(cè)到該信號(hào)，從而禁止另外一臺(tái)機(jī)械手繼續(xù)向公共區(qū)域方向移動(dòng)。只有該檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)消失后，另外一臺(tái)機(jī)械手才可向公共區(qū)域方向移動(dòng)。1#機(jī)械手防碰撞觸發(fā)“禁止讀入”及“軸鎖”的PLC 控制程序如圖1 所示。

當(dāng)1#機(jī)械手防碰撞檢測(cè)信號(hào)被檢測(cè)到時(shí)，觸發(fā)“0911”號(hào)報(bào)警，報(bào)警響應(yīng)為“禁止讀入”及“禁止進(jìn)給”，同時(shí)將2#機(jī)械手水平軸的軸鎖信號(hào)“DriveLock”激活，從而禁止2#機(jī)械手向公共區(qū)域方向移動(dòng)。

2.2 安裝公共區(qū)域檢測(cè)開(kāi)關(guān)

1#、2#機(jī)械手工裝上分別安裝兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)，公共區(qū)域安裝感應(yīng)塊，當(dāng)任何一個(gè)機(jī)械手進(jìn)入公共區(qū)域，接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到感應(yīng)塊時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)立即響應(yīng)鎖定信號(hào)，禁止另外一臺(tái)機(jī)械手進(jìn)入該公共區(qū)域。另外一臺(tái)機(jī)械手在公共區(qū)域外等待，只有當(dāng)該機(jī)械手完全離開(kāi)公共區(qū)域后，另外一臺(tái)機(jī)械手才可進(jìn)入公共區(qū)域。1#機(jī)械手公共區(qū)域檢測(cè)及凸輪開(kāi)關(guān)信號(hào)激活的PLC 控制程序如圖2 所示。

圖1 防碰撞觸發(fā)“禁止讀入”及“軸鎖”

圖2 公共區(qū)域檢測(cè)及凸輪開(kāi)關(guān)信號(hào)激活

其中，圖2a）為：當(dāng)1#機(jī)械手公共區(qū)域檢測(cè)信號(hào)或凸輪開(kāi)關(guān)信號(hào)任一信號(hào)被激活時(shí)，會(huì)給2#機(jī)械手發(fā)送信號(hào)“1#機(jī)械手處于公共區(qū)域內(nèi)”；圖2b）為：當(dāng)1#機(jī)械手處于公共區(qū)域時(shí)，2#機(jī)械手在移動(dòng)過(guò)程中檢測(cè)到公共區(qū)域信號(hào)或凸輪開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)，激活2#機(jī)械手信號(hào)“X2_KeepStop”，此信號(hào)用于激活2#機(jī)械手水平軸X2 的軸鎖信號(hào)“DriveLock”，禁止2#機(jī)械手向公共區(qū)域方向移動(dòng)直至鎖定信號(hào)消失。

2.3 凸輪開(kāi)關(guān)設(shè)置

PLC 中設(shè)定凸輪開(kāi)關(guān)，并讀取當(dāng)前機(jī)械手水平軸位置。當(dāng)讀取位置值小于凸輪開(kāi)關(guān)設(shè)定值時(shí)，凸輪開(kāi)關(guān)信號(hào)激活，即該機(jī)械手已進(jìn)入公共區(qū)域。凸輪開(kāi)關(guān)設(shè)定如圖3 所示。

程序段1 用于讀取軸當(dāng)前位置，程序段2 用1#機(jī)械手水平軸實(shí)際位置與PLC 變量DB21[1]中設(shè)定值進(jìn)行比較，DB21[1]設(shè)定值為1#機(jī)械手進(jìn)入公共區(qū)域的水平軸的位置值，當(dāng)1#機(jī)械手水平軸的實(shí)際位置值小于設(shè)定值時(shí)，激活1#機(jī)械手凸輪開(kāi)關(guān)信號(hào)，即1#機(jī)械手進(jìn)入公共區(qū)域限制另一機(jī)械手進(jìn)入公共區(qū)域[2]。

在完成PLC 編程后，只要數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)到任一機(jī)械手進(jìn)入公共區(qū)域后，都會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，從而限制另一機(jī)械手進(jìn)入此公共區(qū)域。也就是說(shuō)，只有該機(jī)械手完全離開(kāi)公共區(qū)域后，另一機(jī)械手方可進(jìn)入。

2.4 一維防碰撞設(shè)置

一維軸碰撞監(jiān)控功能用于監(jiān)控機(jī)械手水平軸Pos（1）、Pos（2）位置，下限值≤Pos（1）±Pos（2）≤上限值，離開(kāi)受監(jiān)控的區(qū)域?qū)?dòng)錯(cuò)誤報(bào)警。此處用于監(jiān)控機(jī)械手水平軸位置的和或差值，調(diào)試時(shí)將兩個(gè)軸移動(dòng)到期望的“碰撞限位”，碰撞限位是指危險(xiǎn)情況下兩個(gè)軸的臨界間隙。其NC 參數(shù)詳細(xì)設(shè)定見(jiàn)表1。

激活一維軸碰撞監(jiān)控功能，將EnablCollMon 設(shè)定為yes；設(shè)置需要監(jiān)控的軸，將1#機(jī)械手水平軸軸號(hào)1#、2#機(jī)械手水平軸軸號(hào)3 分別寫入DrlndMon－Ax1、DrlndMonAx2 參數(shù)中；定義兩個(gè)相關(guān)軸的坐標(biāo)系方向DirCollMon 設(shè)置為1；在下限值PosLowLim寫入期望的“碰撞限位值”，當(dāng)兩個(gè)機(jī)械手水平軸位置之和小于下限值PosLowLim 中的數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)錯(cuò)誤報(bào)警，限制兩機(jī)械手繼續(xù)向公共區(qū)域方向移動(dòng)，從而防止發(fā)生碰撞。

圖3 凸輪開(kāi)關(guān)設(shè)定

3 結(jié)束語(yǔ)

桁架式機(jī)械手因?yàn)槠鋵?shí)用性將得到廣泛應(yīng)用，但是其防碰撞措施是必須采取的，在硬件檢測(cè)開(kāi)關(guān)選型、安裝、軟件設(shè)定、控制邏輯等方面都要充分研究分析，從多方面考慮才能保障其安全性。桁架硬氧設(shè)備中的防碰撞應(yīng)用，通過(guò)軟硬件結(jié)合的多重措施有效的防止兩機(jī)械手在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生碰撞，從而減少碰撞風(fēng)險(xiǎn)，大大提高設(shè)備的工作效率。

表1 NC 參數(shù)設(shè)定