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

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

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

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線，除了人工裝卸工件以外，其他動作均自動完成；工件氧化工位與清洗工位分開，采用兩個氧化槽和一個清洗槽設(shè)計，兩臺桁架機械手分別自動進行工件的氧化和清洗。兩個機械手用于工件的搬運，每一臺機械手上裝載一套工裝，分別負責(zé)一個硬氧槽。機械手在硬氧槽位置完成相應(yīng)工作后，要移動至清洗槽位置進行工件的清洗工作[1]。清洗槽是兩臺機械手的公共區(qū)域，兩臺機械手在此區(qū)域內(nèi)工作時必須保持安全距離、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)有機械手工作時，另外一個機械手需要在硬氧槽上方等待。

2 防碰撞措施

2.1 安裝防碰撞開關(guān)

1#和2#兩臺機械手上分別安裝有“防碰撞”檢測開關(guān)，檢測開關(guān)采用中距離激光測距傳感器，檢測范圍為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”檢測開關(guān)的最小安全距離值，當(dāng)兩臺機械手的距離小于該設(shè)定值時就會輸出24 V 信號，數(shù)控系統(tǒng)立即檢測到該信號，從而禁止另外一臺機械手繼續(xù)向公共區(qū)域方向移動。只有該檢測開關(guān)信號消失后，另外一臺機械手才可向公共區(qū)域方向移動。1#機械手防碰撞觸發(fā)“禁止讀入”及“軸鎖”的PLC 控制程序如圖1 所示。

當(dāng)1#機械手防碰撞檢測信號被檢測到時，觸發(fā)“0911”號報警，報警響應(yīng)為“禁止讀入”及“禁止進給”，同時將2#機械手水平軸的軸鎖信號“DriveLock”激活，從而禁止2#機械手向公共區(qū)域方向移動。

2.2 安裝公共區(qū)域檢測開關(guān)

1#、2#機械手工裝上分別安裝兩個接近開關(guān)，公共區(qū)域安裝感應(yīng)塊，當(dāng)任何一個機械手進入公共區(qū)域，接近開關(guān)檢測到感應(yīng)塊時，數(shù)控系統(tǒng)立即響應(yīng)鎖定信號，禁止另外一臺機械手進入該公共區(qū)域。另外一臺機械手在公共區(qū)域外等待，只有當(dāng)該機械手完全離開公共區(qū)域后，另外一臺機械手才可進入公共區(qū)域。1#機械手公共區(qū)域檢測及凸輪開關(guān)信號激活的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)域檢測及凸輪開關(guān)信號激活

其中，圖2a）為：當(dāng)1#機械手公共區(qū)域檢測信號或凸輪開關(guān)信號任一信號被激活時，會給2#機械手發(fā)送信號“1#機械手處于公共區(qū)域內(nèi)”；圖2b）為：當(dāng)1#機械手處于公共區(qū)域時，2#機械手在移動過程中檢測到公共區(qū)域信號或凸輪開關(guān)信號時，激活2#機械手信號“X2_KeepStop”，此信號用于激活2#機械手水平軸X2 的軸鎖信號“DriveLock”，禁止2#機械手向公共區(qū)域方向移動直至鎖定信號消失。

2.3 凸輪開關(guān)設(shè)置

PLC 中設(shè)定凸輪開關(guān)，并讀取當(dāng)前機械手水平軸位置。當(dāng)讀取位置值小于凸輪開關(guān)設(shè)定值時，凸輪開關(guān)信號激活，即該機械手已進入公共區(qū)域。凸輪開關(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#機械手水平軸實際位置與PLC 變量DB21[1]中設(shè)定值進行比較，DB21[1]設(shè)定值為1#機械手進入公共區(qū)域的水平軸的位置值，當(dāng)1#機械手水平軸的實際位置值小于設(shè)定值時，激活1#機械手凸輪開關(guān)信號，即1#機械手進入公共區(qū)域限制另一機械手進入公共區(qū)域[2]。

在完成PLC 編程后，只要數(shù)控系統(tǒng)檢測到任一機械手進入公共區(qū)域后，都會發(fā)出報警信息，從而限制另一機械手進入此公共區(qū)域。也就是說，只有該機械手完全離開公共區(qū)域后，另一機械手方可進入。

2.4 一維防碰撞設(shè)置

一維軸碰撞監(jiān)控功能用于監(jiān)控機械手水平軸Pos（1）、Pos（2）位置，下限值≤Pos（1）±Pos（2）≤上限值，離開受監(jiān)控的區(qū)域?qū)渝e誤報警。此處用于監(jiān)控機械手水平軸位置的和或差值，調(diào)試時將兩個軸移動到期望的“碰撞限位”，碰撞限位是指危險情況下兩個軸的臨界間隙。其NC 參數(shù)詳細設(shè)定見表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#機械手水平軸軸號1#、2#機械手水平軸軸號3 分別寫入DrlndMon－Ax1、DrlndMonAx2 參數(shù)中；定義兩個相關(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)兩個機械手水平軸位置之和小于下限值PosLowLim 中的數(shù)值時，系統(tǒng)就會啟動錯誤報警，限制兩機械手繼續(xù)向公共區(qū)域方向移動，從而防止發(fā)生碰撞。

圖3 凸輪開關(guān)設(shè)定

3 結(jié)束語

桁架式機械手因為其實用性將得到廣泛應(yīng)用，但是其防碰撞措施是必須采取的，在硬件檢測開關(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，通過軟硬件結(jié)合的多重措施有效的防止兩機械手在運行過程中發(fā)生碰撞，從而減少碰撞風(fēng)險，大大提高設(shè)備的工作效率。

表1 NC 參數(shù)設(shè)定