CN112623729A - 一种实现卷材快速上卷和防止碰撞的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种实现卷材快速上卷和防止碰撞的方法，其使用的机械手以固定的旋转轴铰接固定于卷材加工工位处；旋转轴处设有可对机械手摆动角度进行测量的角度编码器；机械手摆动由伸缩杆驱动；伸缩杆处设有位置传感器；运料设备的运料路径与机械手工作端的运动平面相交；位置传感器、角度编码器与主控单元相连；当运料设备执行卷材上料作业时，伸缩杆驱动机械手摆动，以执行避让动作来防止与运料设备发生干涉，主控单元按卷材及机械手的规格计算当前工况下避让动作所需达到的安全角度，并通过角度编码器、位置传感器的测量数据判断机械手工作端是否摆动至安全角度；本发明能避免卷材上料过程中的机械干涉，还可以提升产卷材生产中的上料效率。

Description

一种实现卷材快速上卷和防止碰撞的方法

技术领域

本发明涉及机械自动化技术领域，尤其是一种实现卷材快速上卷和防止碰撞 的方法。

背景技术

生产机列开卷卷材生产完时，需要取出剩下的残卷。首先卸残卷机械手向内 移动到开卷轴后，朝开卷轴方向摆动，当感应到开卷轴摆动到位限位开关，机械 手上的夹钳夹住残卷，开卷轴缩到位，卸残卷机械手带着残卷向外移动到卸残卷 架。然后卸残卷机械手向卸残卷架摆动，当感应到卸残卷架摆动到位限位开关， 开卷运卷小车带着卷材开往开卷轴进行上卷。在这一系列的动作中，卸残卷机械 手需摆动到卸残卷到位限位开关，运卷小车才能前进开往开卷轴，为了较少生产 辅助时间，提高生产效率，同时保证安全性，防止运卷小车与卸残卷机械手发生 碰撞。通过技术分析进而充分论证，提出一种实现卷材快速上卷和防止碰撞的方 法。

发明内容

本发明提出一种实现卷材快速上卷和防止碰撞的方法，能避免卷材上料过程 中的机械干涉，还可以提升产卷材生产中的上料效率。

本发明采用以下技术方案。

一种实现卷材快速上卷和防止碰撞的方法，用于防止卷材加工工位处机械手 与运料设备之间发生干涉，所述机械手以固定的旋转轴铰接固定于卷材加工工位 处；旋转轴两旁的机械手端部分别是工作端和驱动端；所述旋转轴处设有可对机 械手摆动角度进行测量的角度编码器；所述机械臂的摆动动作由与驱动端相连的 伸缩杆驱动；所述伸缩杆处设有可对伸缩杆伸缩行程进行测量的位置传感器；所 述运料设备的运料路径与机械手工作端的运动平面相交；所述位置传感器、角度 编码器与主控单元相连；当运料设备执行卷材上料作业时，所述伸缩杆驱动机械 手工作端摆动，以执行避让动作来防止与运料设备发生干涉，所述主控单元按卷 材及机械手的规格计算当前工况下避让动作所需达到的安全角度，并通过角度编 码器、位置传感器的测量数据判断机械手工作端是否摆动至安全角度。

所述机械手为以工作端的夹钳从卷材加工工位的开卷轴处拆卸残卷的卸残 卷机械手；所述伸缩杆为液压缸的活塞杆；所述液压缸铰接于卷材加工工位处； 所述运料设备为向卷材加工工位的开卷轴处运送卷材的送卷小车；所述送卷小车 在卷材加工工位处的行驶路径与机械手工作端的运动平面垂直相交。

所述卸残卷机械手执行避让动作时，所述主控单元以角度编码器、位置传感 器的测量数据对机械手摆动角进行双重确认，其方法为；

设卸残卷机械手固定旋转轴中心点为A；开卷轴圆心点为D；卸残卷机械手 摆动到安全角度时，其夹钳夹持的残卷的套筒圆心点为E；此时卸残卷机械手工 作端中心线与水平线之间的夹角为卸残卷机械手摆动安全角度θ₁；卸残卷机械手 与运卷小车上的卷材安全固定距离为d；

设卸残卷机械手摆动液压缸固定旋转轴中心点为B、卸残卷机械手摆动液压 缸活塞杆与机械臂交点为C、卸残卷机械手工作端中心线与水平线之间的夹角为 卸残卷机械手工作端当前摆动角度θ₄；主控单元通过安装在卸残卷机械手摆动固 定旋转轴的角度编码器利用比例转换计算出机械手摆动的第一评估角度为θ₂，通 过安装在驱动卸残卷机械手摆动的液压缸内的位置传感器利用比例转换和三角 函数计算出机械手摆动的第二评估角度为θ₃；

则：卸残卷机械手固定旋转轴中心点和卸残卷机械手摆动液压缸固定旋转轴 中心点之间距离固定为L_AB；卸残卷机械手固定旋转轴中心点和卸残卷机械手摆 动液压缸活塞杆与机械臂交点之间距离固定为L_AC；线L_AC与卸残卷机械手中心 线之间的固定夹角为θ₆；线L_AB与水平线的固定夹角为θ₇；根据安装在卸残卷机 械手摆动液压缸内的位置传感器可以计算出液压缸活塞杆的相对行程L_BC；从而 计算得出

进一步计算得出θ₃＝180°-θ₆-(180°-θ₇-∠_BAC)； 若再进一步计算得出θ₃＝∠_BAC+θ₇-θ₆；|θ₂-θ₃|≤0.5°时，则可判定当前工况下， 角度编码器监测数据所得的θ₂即为机械手工作端的当前摆动角度，即θ₄＝θ₂； 在此工况下，角度θ₄可用于判定工作端是否摆至安全角度。

所述卸残卷机械手执行避让动作所需摆动的安全角度θ₁计算公式的推导方 法如下：

设卸残卷机械手固定旋转轴中心点为A；开卷轴圆心点为D；卸残卷机械手摆动 到安全角度时，其工作端夹钳夹持的残卷的套筒圆心点为E；此时卸残卷机械手 工作端中心线与水平线之间的夹角为卸残卷机械手摆动安全角度θ₁；卸残卷机械 手与运卷小车上的卷材安全固定距离为d；

设卸残卷机械手固定旋转轴中心点和开卷轴圆心点之间固定距离为L_AD；卸残卷机械手固定旋转轴中心点和卸残卷机械手摆动到安全角度时残卷的圆心点之间 固定距离为L_AE；线L_AD与水平线的固定夹角为θ₈；线L_AE卸残卷机械手中心线 之间的固定夹角为θ₉；根据已知运卷小车上卷材的卷材半径R₁和残卷的半径R₂； 从而可计算得出：开卷轴圆心点和卸残卷机械手摆动到安全角度时残卷的圆心点 之间距离L_DE＝R₁+R₂+d；然后计算得出

进而计算得出

再计算得出θ₁＝θ₈+θ₉+∠_DAE； 最后计算得出残卷机械手摆动的安全角度

当卷材加工工位的生产机列开卷卷材生产完时，卸残卷机械手执行取出剩余 残卷的作业；设θ₅为机械手摆动到开卷轴到位的固定角度，则首先卸残卷机械手 向内移动到卷材加工工位的开卷轴后，朝开卷轴方向摆动，当感应到开卷轴摆动 到位限位开关和机械手当前的摆动角度θ₄＝θ₅时，机械手上的夹钳夹住残卷，当 开卷轴回缩到位后，卸残卷机械手带着残卷向外移动到卸残卷架；根据已知运卷 小车上的卷材卷径，主控单元计算出卸残卷机械手摆动的安全角度θ₁，然后卸残 卷机械手向卸残卷架摆动，当机械手摆动至安全角度，即角度θ₄＝θ₁时，开卷运 卷小车带着卷材开往开卷轴进行上卷。

所述主控单元设于生产机列处；角度编码器、位置传感器通过DP电缆与主 控单元进行通讯；主控单元以角度编码器对旋转轴旋转角的监测数据通过比例转 换计算出机械手摆动的角度θ₂，主控单元以位置传感器对液压缸位移行程的监测 数据利用比例转换和三角函数计算出机械手摆动的角度θ₃，当主控单元这两个途 径计算出的结果相差不超过0.5°，即|θ₂-θ₃|≤0.5°时，则主控单元判定角度编码 器的计算结果为机械手工作端的当前摆动角度θ₄，即θ₄＝θ₂。

所述主控单元为生产机列主控单元西门子s7-400。

本发明方法原理科学，计算方法简单易行，能实现运卷小车与卸残卷机械手 动作无缝衔接，减少生产辅助时间，使卷材快速上卷且防止与卸残卷机械手发生 碰撞。

本发明可提升上料速度；在传统工艺中，原先卸残卷机械手需摆动到卸残卷 到位限位开关，运卷小车才能前进开往开卷轴，而本发明卸残卷机械手只需要摆 动到安全角度，运卷小车就可以开往开卷涨缩轴上卷。

本发明还可在生产中防止机械之间的碰撞：在传统工艺中，若工位处的限位 开关损坏或误感应，可能造成碰撞；而本发明以新增加的两种方式同时计算卸残 卷机械手摆动的角度，进行双重校验，双重保护，保证角度的准确性；在本发明 中，在卸残卷机械手摆动到安全角度时，卸残卷机械手与运卷小车上的卷材之间 仍能留有安全固定距离200mm。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是卷材加工工位的示意图；

附图2是卷材加工工位处机械手的摆动示意图；

附图3为卸残卷机械手摆动到开卷轴的示意图；

附图4为运卷小车卷径为1500mm时，卸残卷机械手摆动到安全角度时示意 图；

附图5为运卷小车卷径为2500mm时，卸残卷机械手摆动到安全角度时示意 图；

图中：1-开卷轴；2-卸残卷机械手；3-运料设备的运料路径；4-运卷小车；5- 卷材；6-残卷；7-夹钳；8-工作端；9-旋转轴；10-卸残卷架；11-液压缸。

具体实施方式

如图所示，一种实现卷材快速上卷和防止碰撞的方法，用于防止卷材加工工 位处机械手与运料设备之间发生干涉，所述机械手以固定的旋转轴9铰接固定于 卷材加工工位处；旋转轴两旁的机械手端部分别是工作端8和驱动端；所述旋转 轴处设有可对机械手摆动角度进行测量的角度编码器；所述机械臂的摆动动作由 与驱动端相连的伸缩杆驱动；所述伸缩杆处设有可对伸缩杆伸缩行程进行测量的 位置传感器；所述运料设备的运料路径3与机械手工作端的运动平面相交；所述 位置传感器、角度编码器与主控单元相连；当运料设备执行卷材上料作业时，所 述伸缩杆驱动机械手工作端摆动，以执行避让动作来防止与运料设备发生干涉， 所述主控单元按卷材及机械手的规格计算当前工况下避让动作所需达到的安全 角度，并通过角度编码器、位置传感器的测量数据判断机械手工作端是否摆动至 安全角度。

所述机械手为以工作端的夹钳7从卷材加工工位的开卷轴处拆卸残卷的卸残 卷机械手2；所述伸缩杆为液压缸的活塞杆；所述液压缸铰接于卷材加工工位处； 所述运料设备为向卷材加工工位的开卷轴1处运送卷材5的送卷小车4；所述送 卷小车在卷材加工工位处的行驶路径与机械手工作端的运动平面垂直相交。

所述卸残卷机械手执行避让动作时，所述主控单元以角度编码器、位置传感 器的测量数据对机械手摆动角进行双重确认，其方法为；

设卸残卷机械手固定旋转轴中心点为A；开卷轴圆心点为D；卸残卷机械手 摆动到安全角度时，其夹钳夹持的残卷的套筒圆心点为E；此时卸残卷机械手工 作端中心线与水平线之间的夹角为卸残卷机械手摆动安全角度θ₁；卸残卷机械手 与运卷小车上的卷材安全固定距离为d；

设卸残卷机械手摆动液压缸固定旋转轴中心点为B、卸残卷机械手摆动液压 缸活塞杆与机械臂交点为C、卸残卷机械手工作端中心线与水平线之间的夹角为 卸残卷机械手工作端当前摆动角度θ₄；主控单元通过安装在卸残卷机械手摆动固 定旋转轴的角度编码器利用比例转换计算出机械手摆动的第一评估角度为θ₂，通 过安装在驱动卸残卷机械手摆动的液压缸内的位置传感器利用比例转换和三角 函数计算出机械手摆动的第二评估角度为θ₃；

则：卸残卷机械手固定旋转轴中心点和卸残卷机械手摆动液压缸固定旋转轴 中心点之间距离固定为L_AB；卸残卷机械手固定旋转轴中心点和卸残卷机械手摆 动液压缸活塞杆与机械臂交点之间距离固定为L_AC；线L_AC与卸残卷机械手中心 线之间的固定夹角为θ₆；线L_AB与水平线的固定夹角为θ₇；根据安装在卸残卷机 械手摆动液压缸内的位置传感器可以计算出液压缸活塞杆的相对行程L_BC；从而 计算得出

进一步计算得出θ₃＝180°-θ₆-(180°-θ₇-∠_BAC)； 若再进一步计算得出θ₃＝∠_BAC+θ₇-θ₆；|θ₂-θ₃|≤0.5°时，则可判定当前工况下， 角度编码器监测数据所得的θ₂即为机械手工作端的当前摆动角度，即θ₄＝θ₂； 在此工况下，角度θ₄可用于判定工作端是否摆至安全角度。

所述卸残卷机械手执行避让动作所需摆动的安全角度θ₁计算公式的推导方 法如下：

设卸残卷机械手固定旋转轴中心点为A；开卷轴圆心点为D；卸残卷机械手摆动 到安全角度时，其工作端夹钳夹持的残卷的套筒圆心点为E；此时卸残卷机械手 工作端中心线与水平线之间的夹角为卸残卷机械手摆动安全角度θ₁；卸残卷机械 手与运卷小车上的卷材安全固定距离为d；

设卸残卷机械手固定旋转轴中心点和开卷轴圆心点之间固定距离为L_AD；卸残卷机械手固定旋转轴中心点和卸残卷机械手摆动到安全角度时残卷的圆心点之间 固定距离为L_AE；线L_AD与水平线的固定夹角为θ₈；线L_AE卸残卷机械手中心线 之间的固定夹角为θ₉；根据已知运卷小车上卷材的卷材半径R₁和残卷的半径R₂； 从而可计算得出：开卷轴圆心点和卸残卷机械手摆动到安全角度时残卷的圆心点 之间距离L_DE＝R₁+R₂+d；然后计算得出

进而计算得出

再计算得出θ₁＝θ₈+θ₉+∠_DAE； 最后计算得出残卷机械手摆动的安全角度

当卷材加工工位的生产机列开卷卷材生产完时，卸残卷机械手执行取出剩余 残卷的作业；设θ₅为机械手摆动到开卷轴到位的固定角度，则首先卸残卷机械手 向内移动到卷材加工工位的开卷轴后，朝开卷轴方向摆动，当感应到开卷轴摆动 到位限位开关和机械手当前的摆动角度θ₄＝θ₅时，机械手上的夹钳夹住残卷6， 当开卷轴回缩到位后，卸残卷机械手带着残卷向外移动到卸残卷架10；根据已 知运卷小车上的卷材卷径，主控单元计算出卸残卷机械手摆动的安全角度θ₁，然 后卸残卷机械手向卸残卷架摆动，当机械手摆动至安全角度，即角度θ₄＝θ₁时， 开卷运卷小车带着卷材开往开卷轴进行上卷。

所述主控单元设于生产机列处；角度编码器、位置传感器通过DP电缆与主 控单元进行通讯；主控单元以角度编码器对旋转轴旋转角的监测数据通过比例转 换计算出机械手摆动的角度θ₂，主控单元以位置传感器对液压缸位移行程的监测 数据利用比例转换和三角函数计算出机械手摆动的角度θ₃，当主控单元这两个途 径计算出的结果相差不超过0.5°，即|θ₂-θ₃|≤0.5°时，则主控单元判定角度编码 器的计算结果为机械手工作端的当前摆动角度θ₄，即θ₄＝θ₂。

所述主控单元为生产机列主控单元西门子s7-400。

本例中，残卷均为中心带套筒的残卷，套筒套置于涨开状态的开卷轴处以进 行固定，当机械手卸下残卷时，开卷轴回缩，使套筒可被机械手取下。

机械手取下残卷后，沿轨道平移至卸残卷架处，把残卷放入卸残卷架内。

实施例：

根据图3所示，此时卸残卷机械手摆动到开卷轴。

设：卸残卷机械手固定旋转轴中心点为A、卸残卷机械手摆动液压缸固定旋 转轴中心点为B、卸残卷机械手摆动液压缸活塞杆与机械臂交点为C、卸残卷机 械手中心线与水平线之间的夹角为卸残卷机械手摆动角度θ₄，其中通过安装在卸 残卷机械手摆动固定旋转轴的角度编码器利用比例转换计算出机械手摆动的角 度为θ₂≈70.5°，通过安装在卸残卷机械手摆动液压缸内的位置传感器利用比例 转换和三角函数计算出机械手摆动的角度为θ₃。

则：已知卸残卷机械手固定旋转轴中心点和卸残卷机械手摆动液压缸固定旋 转轴中心点之间距离固定为L_AB＝1255mm；卸残卷机械手固定旋转轴中心点和卸 残卷机械手摆动液压缸活塞杆与机械臂交点之间距离固定为L_AC＝475mm；线 L_AC与卸残卷机械手中心线之间的固定夹角为θ₆＝8°；线L_AB与水平线的固定夹 角为θ₇＝15°；根据安装在卸残卷机械手摆动液压缸内的位置传感器可以计算出 液压缸活塞杆的相对行程L_BC＝1127mm；从而计算得出

进一步计算得出 θ₃＝180°-θ₆-(180°-θ₇-∠_BAC)；进一步计算得出θ₃＝∠_BAC+θ₇-θ₆＝70.6°；当 |θ₂-θ₃|≤0.5°时，则机械手摆动的角度θ₄＝θ₂≈70.5°，同时此时机械手摆动到 开卷轴到位的固定角度θ₅＝θ₄≈70.5°。所以当卸残卷机械手摆动角度θ₄＝70.5° 时，则可认为机械手摆动到开卷轴到位。

根据图4所示，此时运卷小车卷径为1500mm时，卸残卷机械手摆动到安全 角度。

设：卸残卷机械手固定旋转轴中心点为A；开卷轴圆心点为D；卸残卷机械 手摆动到安全角度时残卷和套筒的圆心点为E；此时卸残卷机械手中心线与水平 线之间的夹角为卸残卷机械手摆动安全角度θ₁；卸残卷机械手与运卷小车上的卷 材安全固定距离为d＝200mm；

则：已知卸残卷机械手固定旋转轴中心点和开卷轴圆心点之间固定距离为 L_AD＝2900mm；卸残卷机械手固定旋转轴中心点和卸残卷机械手摆动到安全角度 时残卷和套筒的圆心点之间固定距离为L_AE＝2900mm；线L_AD与水平线的固定夹 角为θ₈＝57°；线L_AE卸残卷机械手中心线之间的固定夹角为θ₉＝13°；运行小车 上卷材的卷材半径R₁＝1500mm；残卷和套筒的半径R₂＝375mm；从而可计算得 出：开卷轴圆心点和卸残卷机械手摆动到安全角度时残卷和套筒的圆心点之间距 离L_DE＝R₁+R₂+d＝2075mm；进一步计算得出

进一步计算得出

进一步计算得 出θ₁＝θ₈+θ₉+∠_DAE；最后计算得出残卷机械手摆动的安全角度

所以当卸残卷机械手摆动 到安全角度θ₄，即通过安装在卸残卷机械手摆动固定旋转轴的角度编码器利用比 例转换计算出机械手摆动的角度为θ₂≈96.4°时。同时为了保证卸残卷机械手摆 动角度的准确性，防止运卷小车与机械手碰撞，需验证通过安装在卸残卷机械手 摆动液压缸内的位置传感器利用比例转换和三角函数计算出机械手摆动的角度 为θ₃是否满足|θ₂-θ₃|≤0.5°。如满足条件，运卷小车就可以直接开往卷轴进行上 卷。

验证：

设：卸残卷机械手固定旋转轴中心点为A；卸残卷机械手摆动液压缸固定旋 转轴中心点为B；卸残卷机械手摆动液压缸活塞杆与机械臂交点为C。

则：已知卸残卷机械手固定旋转轴中心点和卸残卷机械手摆动液压缸固定旋 转轴中心点之间距离固定为L_AB＝1255mm；卸残卷机械手固定旋转轴中心点和卸 残卷机械手摆动液压缸活塞杆与机械臂交点之间距离固定为L_AC＝475mm；线 L_AC与卸残卷机械手中心线之间的固定夹角为θ₆＝8°；线L_AB与水平线的固定夹 角为θ₇＝15°；根据安装在卸残卷机械手摆动液压缸内的位置传感器可以计算出 液压缸活塞杆的相对行程L_BC＝1340mm；从而计算得出

进一步计算得出 θ₃＝180°-θ₆-(180°-θ₇-∠_BAC)；进一步计算得出θ₃＝∠_BAC+θ₇-θ₆＝96.7°；满 足|θ₂-θ₃|≤0.5°，则此时运卷小车可以直接开往卷轴进行上卷。

Claims (7)

1.一种实现卷材快速上卷和防止碰撞的方法，用于防止卷材加工工位处机械手与运料设备之间发生干涉，其特征在于：所述机械手以固定的旋转轴铰接固定于卷材加工工位处；旋转轴两旁的机械手端部分别是工作端和驱动端；所述旋转轴处设有可对机械手摆动角度进行测量的角度编码器；所述机械臂的摆动动作由与驱动端相连的伸缩杆驱动；所述伸缩杆处设有可对伸缩杆伸缩行程进行测量的位置传感器；所述运料设备的运料路径与机械手工作端的运动平面相交；所述位置传感器、角度编码器与主控单元相连；当运料设备执行卷材上料作业时，所述伸缩杆驱动机械手工作端摆动，以执行避让动作来防止与运料设备发生干涉，所述主控单元按卷材及机械手的规格计算当前工况下避让动作所需达到的安全角度，并通过角度编码器、位置传感器的测量数据判断机械手工作端是否摆动至安全角度。

2.根据权利要求1所述的一种实现卷材快速上卷和防止碰撞的方法，其特征在于：所述机械手为以工作端的夹钳从卷材加工工位的开卷轴处拆卸残卷的卸残卷机械手；所述伸缩杆为液压缸的活塞杆；所述液压缸铰接于卷材加工工位处；所述运料设备为向卷材加工工位的开卷轴处运送卷材的送卷小车；所述送卷小车在卷材加工工位处的行驶路径与机械手工作端的运动平面垂直相交。

3.根据权利要求2所述的一种实现卷材快速上卷和防止碰撞的方法，其特征在于：所述卸残卷机械手执行避让动作时，所述主控单元以角度编码器、位置传感器的测量数据对机械手摆动角进行双重确认，其方法为；

设卸残卷机械手固定旋转轴中心点为A；开卷轴圆心点为D；卸残卷机械手摆动到安全角度时，其夹钳夹持的残卷的套筒圆心点为E；此时卸残卷机械手工作端中心线与水平线之间的夹角为卸残卷机械手摆动安全角度θ₁；卸残卷机械手与运卷小车上的卷材安全固定距离为d；

设卸残卷机械手摆动液压缸固定旋转轴中心点为B、卸残卷机械手摆动液压缸活塞杆与机械臂交点为C、卸残卷机械手工作端中心线与水平线之间的夹角为卸残卷机械手工作端当前摆动角度θ₄；主控单元通过安装在卸残卷机械手摆动固定旋转轴的角度编码器利用比例转换计算出机械手摆动的第一评估角度为θ₂，通过安装在驱动卸残卷机械手摆动的液压缸内的位置传感器利用比例转换和三角函数计算出机械手摆动的第二评估角度为θ₃；

则：卸残卷机械手固定旋转轴中心点和卸残卷机械手摆动液压缸固定旋转轴中心点之间距离固定为L_AB；卸残卷机械手固定旋转轴中心点和卸残卷机械手摆动液压缸活塞杆与机械臂交点之间距离固定为L_AC；线L_AC与卸残卷机械手中心线之间的固定夹角为θ₆；线L_AB与水平线的固定夹角为θ₇；根据安装在卸残卷机械手摆动液压缸内的位置传感器可以计算出液压缸活塞杆的相对行程L_BC；从而计算得出

进一步计算得出θ₃＝180°-θ₆-(180°-θ₇-∠_BAC)；

若再进一步计算得出θ₃＝∠_BAC+θ₇-θ₆；|θ₂-θ₃|≤0.5°时，则可判定当前工况下，角度编码器监测数据所得的θ₂即为机械手工作端的当前摆动角度，即θ₄＝θ₂；在此工况下，角度θ₄可用于判定工作端是否摆至安全角度。

4.根据权利要求3所述的一种实现卷材快速上卷和防止碰撞的方法，其特征在于：所述卸残卷机械手执行避让动作所需摆动的安全角度θ₁计算公式的推导方法如下：

设卸残卷机械手固定旋转轴中心点为A；开卷轴圆心点为D；卸残卷机械手摆动到安全角度时，其工作端夹钳夹持的残卷的套筒圆心点为E；此时卸残卷机械手工作端中心线与水平线之间的夹角为卸残卷机械手摆动安全角度θ₁；卸残卷机械手与运卷小车上的卷材安全固定距离为d；

设卸残卷机械手固定旋转轴中心点和开卷轴圆心点之间固定距离为L_AD；卸残卷机械手固定旋转轴中心点和卸残卷机械手摆动到安全角度时残卷的圆心点之间固定距离为L_AE；线L_AD与水平线的固定夹角为θ₈；线L_AE卸残卷机械手中心线之间的固定夹角为θ₉；根据已知运卷小车上卷材的卷材半径R₁和残卷的半径R₂；从而可计算得出：开卷轴圆心点和卸残卷机械手摆动到安全角度时残卷的圆心点之间距离L_DE＝R₁+R₂+d；然后计算得出

进而计算得出

再计算得出θ₁＝θ₈+θ₉+∠_DAE；

最后计算得出残卷机械手摆动的安全角度

5.根据权利要求4所述的一种实现卷材快速上卷和防止碰撞的方法，其特征在于：当卷材加工工位的生产机列开卷卷材生产完时，卸残卷机械手执行取出剩余残卷的作业；设θ₅为机械手摆动到开卷轴到位的固定角度，则首先卸残卷机械手向内移动到卷材加工工位的开卷轴后，朝开卷轴方向摆动，当感应到开卷轴摆动到位限位开关和机械手当前的摆动角度θ₄＝θ₅时，机械手上的夹钳夹住残卷，当开卷轴回缩到位后，卸残卷机械手带着残卷向外移动到卸残卷架；根据已知运卷小车上的卷材卷径，主控单元计算出卸残卷机械手摆动的安全角度θ₁，然后卸残卷机械手向卸残卷架摆动，当机械手摆动至安全角度，即角度θ₄＝θ₁时，开卷运卷小车带着卷材开往开卷轴进行上卷。

6.根据权利要求5所述的一种实现卷材快速上卷和防止碰撞的方法，其特征在于：所述主控单元设于生产机列处；角度编码器、位置传感器通过DP电缆与主控单元进行通讯；主控单元以角度编码器对旋转轴旋转角的监测数据通过比例转换计算出机械手摆动的角度θ₂，主控单元以位置传感器对液压缸位移行程的监测数据利用比例转换和三角函数计算出机械手摆动的角度θ₃，当主控单元这两个途径计算出的结果相差不超过0.5°，即|θ₂-θ₃|≤0.5°时，则主控单元判定角度编码器的计算结果为机械手工作端的当前摆动角度θ₄，即θ₄＝θ₂。

7.根据权利要求6所述的一种实现卷材快速上卷和防止碰撞的方法，其特征在于：所述主控单元为生产机列主控单元西门子s7-400。

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