CN105234962A - 一种压力机用工业机器人安全保护控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力机用工业机器人安全保护控制方法，包括以下步骤：1)记录P₁(X_p1,Y_p1,Z_p1)和P₂(X_p2,Y_p2,Z_p2)；2)设置X_min、X_max、Y_min、Y_max、Z_min和Z_max；3)获取机器人当前TCP点的坐标；4)判断X_min≤X_pT≤X_max，Y_min≤Y_pT≤Y_max和Z_min≤Z_pT≤Z_max是否同时成立，若是，进入步骤5)，若否，进入步骤6)；5)机器人控制器的IO板输出低电平信号，以使压力机滑块停止运动；6)机器人控制器的IO板输出高电平信号，然后返回步骤3)。本发明可确保机器人本体和夹持系统不被压力机滑块下行打击损坏。

Description

一种压力机用工业机器人安全保护控制方法

技术领域

本发明属于压力机领域，更具体地，涉及一种压力机用工业机器人安全保护控制方法。

背景技术

锻造生产过程由于高温、振动、噪音、作业环境差、劳动强度大等各种不利条件，企业迫切需要实现生产过程的锻造自动化。

工业机器人由于其灵活方便、稳定可靠的优点，常用于压力机上下料、锻件移位、码垛、喷墨等工序，替代过去重复单调、枯燥乏味的人工操作。而压力机滑块一般整体呈长方体形状，因此其底端面上下移动的区域也呈长方体形状。

由于工业机器人成本相对较高，而锻造自动线功能和规模越来越复杂，一旦调试人员疏忽、总控系统协调动作时序错误或者现场人员误操作，并且工业机器人本体及其第六轴法兰盘上安装的夹持系统位于压力机滑块底端面的工作区域(危险区域)内，如果压力机滑块继续下行打击，就可能会造成机器人本体或者夹持系统的机械性损坏，带来不可挽回的经济损失，同时影响客户正常生产。

参照图1，现有技术中的压力机增加安全光栅装置，存在如下问题：(1)需要在压力机的正面和反面增加两组安全光栅(每组均包含发射器11和接收器12)，增加了额外的硬件成本；(2)安全光栅的位置一旦安装确定，位置更改麻烦，缺乏灵活性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种压力机用工业机器人安全保护控制方法。该控制方法可以确保工业机器人本体及其第六轴法兰盘上安装的夹持系统位于压力机滑块工作区域内，压力机变频器使能信号断掉，同时刹车回路工作，滑块一定停止运动，从而避免对机器人本体和夹持系统造成机械性损坏。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种压力机用工业机器人安全保护控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据压力机滑块的底端面的移动范围，设置压力机滑块的长方体工作区域，然后采用工业机器人示教器移动机器人的TCP点，分别记录下该长方体工作区域其中一对角线上的两对角点P₁和P₂在机器人工作坐标系下的坐标(X_p1,Y_p1,Z_p1)和(X_p2,Y_p2,Z_p2)；

2)设置X_min＝min(X_p1，X_p2)、X_max＝max(X_p1，X_p2)、Y_min＝min(Y_p1，Y_p2)、Y_max＝max(Y_p1，Y_p2)、Z_min＝min(Z_p1，Z_p2)和Z_max＝max(Z_P1，Z_p2)；

3)获取机器人当前TCP点的坐标(X_pT，Y_pT，Z_pT)；

4)判断机器人当前TCP点是否在所述压力机滑块的长方体区域内，即判断X_min≤X_pT≤X_max，Y_min≤Y_pT≤Y_max和Z_min≤Z_pT≤Z_max是否同时成立，若是，则进入步骤5)，若否，则进入步骤6)；

5)机器人控制器输出一低电平信号给压力机，以使压力机滑块停止运动；

6)机器人控制器输出一高电平信号给压力机，压力机滑块继续运动，然后返回步骤3)。

优选地，步骤4)中调用机器人系统的应用程序编程接口函数获取当前TCP点的坐标(X_pT，Y_pT，Z_pT)。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明通过检测机器人当前TCP点的坐标来判断机器人的夹持系统是否位于压力机上的危险区域内，如果是，则机器人控制器的IO板输出一个低电平信号，反之如果位于该区域外部，则输出高电平信号，该低电平信号与压力机变频器的使能信号和刹车信号硬件联锁，即机器人位于滑块工作区域内，变频器的使能信号断掉，同时刹车回路工作，滑块一定停止运动，以防损坏机器人夹持系统，其自动化程度高，工作安全可行

2)工业机器人可以根据现场压力机台数和实际布置情况设置多个待监测的危险区域，布置方式较为灵活；

3)本发明易于现场实施，可确保机器人本体和夹持系统不被压力机滑块下行打击损坏，避免造成不必要的经济损失。

附图说明

图1是现有技术中的压力机增加安全光栅装置示意图；

图2是本发明提供的压力机滑块长方体工作区域的两个对角点示意图；

图3是本发明提供的压力机用工业机器人安全保护控制方法的处理流程图；

图4是本发明提供的一台工业机器人与一台电动螺旋压力机、一台冲床组成的锻造自动线俯视图；

图5是本发明提供的两台工业机器人与一台电动螺旋压力机组成的锻造自动线俯视图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-上模具，2-下模具，3-压力机滑块长方体工作区域的对角点P₁点，4-压力机滑块长方体工作区域的对角点P₂点，5-压力机滑块长方体工作区域，6-第一工业机器人，7-第二工业机器人，8-电动螺旋压力机，9-冲床。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图2、图3，本发明提供的压力机用工业机器人安全保护控制方法的处理流程图，包括如下步骤：

1)根据压力机滑块的底端面的长方体移动范围，设置压力机滑块的长方体工作区域，将此长方体工作区域作为危险区域；所述长方体工作区域的其中一对角线的两对角点为P₁和P₂；此处，现场调试人员采用工业机器人示教器移动机器人的TCP点，分别记录下压力机滑块的长方体工作区域的两对角点P₁和P₂在机器人工作坐标系下的坐标(X_p1,Y_p1,Z_p1)和(X_p2,Y_p2,Z_p2)。

2)比较确定P₁和P₂对应坐标值的大小关系，并设置X_min＝min(X_p1，X_p2)，X_max＝max(X_p1，X_p2)，Y_min＝min(Y_p1，Y_p2)、Y_max＝max(Y_p1，Y_p2)、Z_min＝min(Z_p1，Z_p2)和Z_max＝max(Z_p1，Z_p2)，便于后续中断服务例程中处理判断，简化中断程序写法，即事先判断出3个坐标轴方向的最大值和最小值，后续直接判断机器人当前TCP点的某一坐标值与对应坐标轴方向的最大值和最小值的关系，以简化程序。

3)获取机器人当前TCP点的坐标(X_pT,Y_pT,Z_pT)；此处调用系统的API(ApplicationProgrammingInterface，应用程序编程接口)函数获取机器人当前TCP点的三维空间坐标值。

4)判断机器人当前TCP点是否在所述压力机滑块的长方体区域内。此处，如果X_min≤X_pT≤X_max，Y_min≤Y_pT≤Y_max和Z_min≤Z_pT≤Z_max同时成立，则说明机器人当前TCP点位于压力机滑块的长方体区域内，则执行步骤5)，否则只要上述任何一个条件不满足，说明机器人当前TCP点不在压力机滑块的长方体工作区域内，执行步骤6)。

5)机器人控制器的IO板输出一个低电平信号给压力机，以使压力机滑块停止运动。

6)机器人控制器的IO板输出一个高电平信号给压力机，压力机滑块继续正常运动，然后返回步骤3)。

其中，上述步骤3)～6)通过设置机器人定时中断后，处于系统中较高优先级，每间隔设置的中断周期T确保执行一次，判断机器人当前TCP点是否位于压力机滑块的长方体区域内，然后处理相应的分支情况。优选地，中断周期T＝100ms。

参照图4，提供了一台工业机器人(第一工业机器人6)与两台压力机(电动螺旋压力机8、冲床9)组成的锻造自动线俯视图。需要分别设置第一工业机器人6与电动螺旋压力机8、冲床9的滑块的长方体工作区域的关系，即在世界坐标系中两个不同的危险区域。第一工业机器人6的第一个危险区域信号与电动螺旋压力机8的变频器使能信号和刹车信号硬件联锁，而第一工业机器人6的第二个危险区域信号与冲床9的气动摩擦离合制动器控制信号硬件联锁，以便滑块能停止运动。

参照图5，提供了两台工业机器人(第一工业机器人6和第二工业机器人7)与一台压力机(电动螺旋压力机8)组成的锻造自动线俯视图。设置第一工业机器人6与电动螺旋压力机8的滑块的长方体工作区域的关系，同时设置第二工业机器人7在电动螺旋压力机8的滑块长方体工作区域的关系。虽然在世界坐标系中上述的两个危险区域可以完全相同，但是由于分别位于两个不同的机器人工作坐标系中，具体的长方体的对角点的三维空间坐标值是不尽相同的。设置第一工业机器人6和第二工业机器人7与电动螺旋压力机8的滑块长方体工作区域的关系，同时与电动螺旋压力机8变频器的使能信号和刹车信号硬件联锁，即只要两个机器人的两TCP点中的任何一个位于设置的滑块长方体工作区域，输出低电平有效信号，电动螺旋压力机8的变频器使能信号都断掉，同时刹车回路工作，确保压力机滑块一定停止运动。

此外，当压力机滑块位于上死点位置时，根据上模具1的下边缘位置和下模具2的上边缘位置，长方体区域优选相对于滑块底端面的移动区域增加一定的空间安全余量，譬如长方体工作区域的长、宽、高相对滑块底端面区域的长、宽、高分别增加10％左右的空间余量，以确定压力机滑块长方体工作区域5的实际大小。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种压力机用工业机器人安全保护控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据压力机滑块的底端面的移动范围，设置压力机滑块的长方体工作区域，然后采用工业机器人示教器移动机器人的TCP点，分别记录下该长方体工作区域其中一对角线上的两对角点P₁和P₂在机器人工作坐标系下的坐标(X_p1,Y_p1,Z_p1)和(X_p2,Y_p2,Z_p2)；

2)设置X_min＝min(X_p1，X_p2)、X_max＝max(X_p1，X_p2)、Y_min＝min(Y_p1，Y_p2)、Y_max＝max(Y_p1，Y_p2)、Z_min＝min(Z_p1，Z_p2)和Z_max＝max(Z_p1，Z_p2)；

3)获取机器人当前TCP点的坐标(X_pT，Y_pT，Z_pT)；

4)判断机器人当前TCP点是否在所述压力机滑块的长方体区域内，即判断X_min≤X_pT≤X_max，Y_min≤Y_pT≤Y_max和Z_min≤Z_pT≤Z_max是否同时成立，若是，则进入步骤5)，若否，则进入步骤6)；

5)机器人控制器输出一低电平信号给压力机，以使压力机滑块停止运动；

6)机器人控制器输出一高电平信号给压力机，压力机滑块继续运动，然后返回步骤3)。

2.根据权利要求1所述的一种压力机用工业机器人安全保护控制方法，其特征在于，步骤3)中调用机器人系统的应用程序编程接口函数获取机器人当前TCP点的坐标(X_pT，Y_pT，Z_pT)。