CN113715023A - 一种基于plc控制的桁架五轴机械手的防碰撞方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于PLC控制的桁架五轴机械手的防碰撞方法，包括如下步骤，S1：问题引入阶段：S11：将可编程逻辑控制器(PCL)的电源与外界的电源相连接。该基于PLC控制的桁架五轴机械手的防碰撞方法，通过计算两个引拔轴(Y1、Y2轴)之间的距离以及设置的安全距离，修改了运动轴的运行方式与距离，达到了改变轴运动目标位置的目的，保证了引拔轴即使以高速运行依然可以稳定停止在安全距离，实现了对机械手的保护，当两轴相向而行时，可进行两种目标位置的判断，如果有重合或者距离小于安全距离，会立即停止运行，触发报警，这使得操作人员即使由于自身原因，在实际工作中存在一些错误操作，也完全不会导致装机事故的发生，解决了装置的安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及工业自动化技术领域，具体为一种基于PLC控制的桁架五轴机械手的防碰撞方法。
背景技术
PLC即可编程逻辑控制器的简称，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统，它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。经过几十年的发展，基于PLC控制工业机器人开始在更多的行业领域得到使用，桁架机械手在国内也有了很长一段时间发展史，从机床，注塑等传统行业到码垛以及各行业的上下料等行业，随着不断的发展，桁架设备的效率、操作性和安全性都有了很大的提高，然而目前的很多系统在安全方面更加注重对人身安全的保护，但相对于桁架设备来说，基本依靠的是操作人员的素质以及硬件设备的性能，这使得一些由于操作失误而导致机械手撞机的事故始终无法避免，比如说，对于桁架五轴机械手的机械结构一般由一个横行轴(X轴)，两个引拔轴(Y1、Y2轴)，两个上下轴(Z1，Z2轴)，在示教对点的过程中，尤其是Y1，Y2需要进入设备内部如注塑机，机床等设备以及由于点位设置错误而导致Y1、Y2轴相向发生撞机，装置的使用始终存在隐患，操作人员的人身安全无法得到真正的保障。
针对上述问题，急需在原有防碰撞方法的基础上进行创新设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于PLC控制的桁架五轴机械手的防碰撞方法，以解决上述背景技术中提出由于操作失误而导致机械手撞机事故，装置的使用始终存在隐患，操作人员的人身安全无法得到真正的保障的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于PLC控制的桁架五轴机械手的防碰撞方法，包括如下步骤，
S1：问题引入阶段：
S11：将可编程逻辑控制器(PCL)的电源与外界的电源相连接，通过编写改变其内部程序，向控制器的内部输入轴运动指令的各项参数；
S12：将桁架设备的电源与外界的电源相连接，并启动桁架设备运行，桁架五轴机械手的机械结构一般由一个横行轴(X轴)，两个引拔轴(Y1、Y2轴)，两个上下轴(Z1、Z2轴)，对桁架五轴机械手进行多次试验，从其运作过程中发现点位设置错误而导致Y1、Y2轴相向发生撞机的问题；
S2：参数设置与计算阶段：
S21：根据实际情况，设置导程L，齿数比K，总位移距离S(引拔轴Y1与引拔轴Y2之间间隔距离)，安全距离F(引拔轴Y1与引拔轴Y2的最小距离)，每转给定脉冲数G，编码器单圈反馈脉冲数H，编码器当前反馈脉冲数J1,J2，加速度a1,a2以及电机额定转速；
S22：根据已知数据，通过公式计算最大脉冲数，具体的计算公式如下：
其中，Max--最大脉冲数，G--每转给定脉冲数；
S23：根据已知数据，通过公式计算两轴当前坐标，具体的计算公式如下：
其中，S1--引拔轴Y1当前位置，S2--引拔轴Y2当前位置，J1--引拔轴Y1当前反馈脉冲数，J2--引拔轴Y2当前反馈脉冲数，L--导程，K--齿数比，H--编码器单圈反馈脉冲数；
S3：点位示教模式阶段：
S31：进行点位示教操作时，两个引拔轴(Y1、Y2轴)一般为一轴点动、另一轴静止，在本发明中作出的假定预设为Y1轴运动，Y2轴静止；
S32：根据假定预设，当引拔轴Y1开始运动时，将目标位置以绝对运动的方式运动,然后通过公式计算出运动所需的脉冲数，并添加到可编程逻辑控制器(PCL)的绝对运动的指令中，轴修正对应所需的脉冲数的计算公式如下：
St＝S-S2-F；
其中，St--轴修正后的目标位置,S--总位移距离(引拔轴Y1与引拔轴Y2之间间隔距离),S2--引拔轴Y2当前位置，Sm--轴修正对应所需的脉冲数，F--安全距离(引拔轴Y1与引拔轴Y2的最小距离)，G--每转给定脉冲数，L--导程，H--编码器单圈反馈脉冲数；
S4：相向运动阶段：
S41：当点数数据不是通过示教而是直接设置，又或者是由于操作人员错误示教而导致得到两个实际会相向运动发生相撞的点位时，可编程逻辑控制器(PCL)的内部程序将对引拔轴Y1与引拔轴Y2的位置进行如下判断：
St1+St2+F≥S；
其中，St1--引拔轴Y1修正后的位置，St2--引拔轴Y2修正后的位置，F--安全距离(引拔轴Y1与引拔轴Y2的最小距离)，S--总位移距离(引拔轴Y1与引拔轴Y2之间间隔距离)；
S42：一旦判别上述公式成立，桁架设备会立即触发报警，并进行紧急制停、停止引拔轴(Y1、Y2轴)运动，同时提示操作人员相关点位设置错误；
S43：操作人员接收到错误报警后，利用可编程逻辑控制器(PCL)对机械手报错的机械结构的运行参数进行重新设置，然后重新启动桁架设备，恢复桁架设备的正常运作；
S5：安全试验阶段：
S51：根据计算出的数据，对机械手的两个引拔轴(Y1、Y2轴)的位置进行调节后，启动桁架设备进行试验，观察两个引拔轴(Y1、Y2轴)是否可以在高速运行的情况下稳定停止在安全距离，并观察设备是否能够在Y1轴与Y2轴发生相向发生撞机时紧急致停、触发警报，通过试验的桁架设备即完成改进，可正式投入使用。
优选的，所述S11中的可编程逻辑控制器(PCL)的轴运动指令主要包括目标的位置、速度、轴号等相关参数。
优选的，所述S21中的电机默认的额定转速为3000r/min，以此算出最大脉冲频率，调速时一般不超过最大脉冲频率。
与现有技术相比，本发明提供了基于PLC控制的桁架五轴机械手的防碰撞方法，具有以下优点：
本发明通过计算两个引拔轴(Y1、Y2轴)之间的距离以及设置的安全距离，修改了运动轴的运行方式与距离，达到了改变轴运动目标位置的目的，保证了引拔轴即使以高速运行依然可以稳定停止在安全距离，实现了对机械手的保护，当两轴相向而行时，可进行两种目标位置的判断，如果有重合或者距离小于安全距离，会立即停止运行，触发报警，这使得操作人员即使由于自身原因，在实际工作中存在一些错误操作，也完全不会导致装机事故的发生，解决了装置使用的安全隐患，操作人员的人身安全得到了真正的保障。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种基于PLC控制的桁架五轴机械手的防碰撞方法，包括如下步骤，
S1：问题引入阶段：
S11：将可编程逻辑控制器(PCL)的电源与外界的电源相连接，通过编写改变其内部程序，向控制器的内部输入轴运动指令的各项参数；
S12：将桁架设备的电源与外界的电源相连接，并启动桁架设备运行，桁架五轴机械手的机械结构一般由一个横行轴(X轴)，两个引拔轴(Y1、Y2轴)，两个上下轴(Z1、Z2轴)，对桁架五轴机械手进行多次试验，从其运作过程中发现点位设置错误而导致Y1、Y2轴相向发生撞机的问题；
S2：参数设置与计算阶段：
S21：根据实际情况，设置导程L，齿数比K，总位移距离S(引拔轴Y1与引拔轴Y2之间间隔距离)，安全距离F(引拔轴Y1与引拔轴Y2的最小距离)，每转给定脉冲数G，编码器单圈反馈脉冲数H，编码器当前反馈脉冲数J1,J2，加速度a1,a2以及电机额定转速；
S22：根据已知数据，通过公式计算最大脉冲数，具体的计算公式如下：
其中，Max--最大脉冲数，G--每转给定脉冲数；
S23：根据已知数据，通过公式计算两轴当前坐标，具体的计算公式如下：
其中，S1--引拔轴Y1当前位置，S2--引拔轴Y2当前位置，J1--引拔轴Y1当前反馈脉冲数，J2--引拔轴Y2当前反馈脉冲数，L--导程，K--齿数比，H--编码器单圈反馈脉冲数；
S3：点位示教模式阶段：
S31：进行点位示教操作时，两个引拔轴(Y1、Y2轴)一般为一轴点动、另一轴静止，在本发明中作出的假定预设为Y1轴运动，Y2轴静止；
S32：根据假定预设，当引拔轴Y1开始运动时，将目标位置以绝对运动的方式运动,然后通过公式计算出运动所需的脉冲数，并添加到可编程逻辑控制器(PCL)的绝对运动的指令中，轴修正对应所需的脉冲数的计算公式如下：
St＝S-S2-F；
其中，St--轴修正后的目标位置,S--总位移距离(引拔轴Y1与引拔轴Y2之间间隔距离),S2--引拔轴Y2当前位置，Sm--轴修正对应所需的脉冲数，F--安全距离(引拔轴Y1与引拔轴Y2的最小距离)，G--每转给定脉冲数，L--导程，H--编码器单圈反馈脉冲数；
S4：相向运动阶段：
S41：当点数数据不是通过示教而是直接设置，又或者是由于操作人员错误示教而导致得到两个实际会相向运动发生相撞的点位时，可编程逻辑控制器(PCL)的内部程序将对引拔轴Y1与引拔轴Y2的位置进行如下判断：
St1+St2+F≥S；
其中，St1--引拔轴Y1修正后的位置，St2--引拔轴Y2修正后的位置，F--安全距离(引拔轴Y1与引拔轴Y2的最小距离)，S--总位移距离(引拔轴Y1与引拔轴Y2之间间隔距离)；
S42：一旦判别上述公式成立，桁架设备会立即触发报警，并进行紧急制停、停止引拔轴(Y1、Y2轴)运动，同时提示操作人员相关点位设置错误；
S43：操作人员接收到错误报警后，利用可编程逻辑控制器(PCL)对机械手报错的机械结构的运行参数进行重新设置，然后重新启动桁架设备，恢复桁架设备的正常运作；
S5：安全试验阶段：
S51：根据计算出的数据，对机械手的两个引拔轴(Y1、Y2轴)的位置进行调节后，启动桁架设备进行试验，观察两个引拔轴(Y1、Y2轴)是否可以在高速运行的情况下稳定停止在安全距离，并观察设备是否能够在Y1轴与Y2轴发生相向发生撞机时紧急致停、触发警报，通过试验的桁架设备即完成改进，可正式投入使用。
S11中的可编程逻辑控制器(PCL)的轴运动指令主要包括目标的位置、速度、轴号等相关参数；
S21中的电机默认的额定转速为3000r/min，以此算出最大脉冲频率，调速时一般不超过最大脉冲频率，通过设置的默认转速，为引拔轴安全距离计算提供了数据值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种基于PLC控制的桁架五轴机械手的防碰撞方法，包括如下步骤，其特征在于：
S1：问题引入阶段：
S11：将可编程逻辑控制器(PCL)的电源与外界的电源相连接，通过编写改变其内部程序，向控制器的内部输入轴运动指令的各项参数；
S12：将桁架设备的电源与外界的电源相连接，并启动桁架设备运行，桁架五轴机械手的机械结构一般由一个横行轴(X轴)，两个引拔轴(Y1、Y2轴)，两个上下轴(Z1、Z2轴)，对桁架五轴机械手进行多次试验，从其运作过程中发现点位设置错误而导致Y1、Y2轴相向发生撞机的问题；
S2：参数设置与计算阶段：
S21：根据实际情况，设置导程L，齿数比K，总位移距离S(引拔轴Y1与引拔轴Y2之间间隔距离)，安全距离F(引拔轴Y1与引拔轴Y2的最小距离)，每转给定脉冲数G，编码器单圈反馈脉冲数H，编码器当前反馈脉冲数J1,J2，加速度a1,a2以及电机额定转速；
S22：根据已知数据，通过公式计算最大脉冲数，具体的计算公式如下：
其中，Max--最大脉冲数，G--每转给定脉冲数；
S23：根据已知数据，通过公式计算两轴当前坐标，具体的计算公式如下：
其中，S1--引拔轴Y1当前位置，S2--引拔轴Y2当前位置，J1--引拔轴Y1当前反馈脉冲数，J2--引拔轴Y2当前反馈脉冲数，L--导程，K--齿数比，H--编码器单圈反馈脉冲数；
S3：点位示教模式阶段：
S31：进行点位示教操作时，两个引拔轴(Y1、Y2轴)一般为一轴点动、另一轴静止，在本发明中作出的假定预设为Y1轴运动，Y2轴静止；
S32：根据假定预设，当引拔轴Y1开始运动时，将目标位置以绝对运动的方式运动,然后通过公式计算出运动所需的脉冲数，并添加到可编程逻辑控制器(PCL)的绝对运动的指令中，轴修正对应所需的脉冲数的计算公式如下：
St＝S-S2-F；
其中，St--轴修正后的目标位置,S--总位移距离(引拔轴Y1与引拔轴Y2之间间隔距离),S2--引拔轴Y2当前位置，Sm--轴修正对应所需的脉冲数，F--安全距离(引拔轴Y1与引拔轴Y2的最小距离)，G--每转给定脉冲数，L--导程，H--编码器单圈反馈脉冲数；
S4：相向运动阶段：
S41：当点数数据不是通过示教而是直接设置，又或者是由于操作人员错误示教而导致得到两个实际会相向运动发生相撞的点位时，可编程逻辑控制器(PCL)的内部程序将对引拔轴Y1与引拔轴Y2的位置进行如下判断：
St1+St2+F≥S；
其中，St1--引拔轴Y1修正后的位置，St2--引拔轴Y2修正后的位置，F--安全距离(引拔轴Y1与引拔轴Y2的最小距离)，S--总位移距离(引拔轴Y1与引拔轴Y2之间间隔距离)；
S42：一旦判别上述公式成立，桁架设备会立即触发报警，并进行紧急制停、停止引拔轴(Y1、Y2轴)运动，同时提示操作人员相关点位设置错误；
S43：操作人员接收到错误报警后，利用可编程逻辑控制器(PCL)对机械手报错的机械结构的运行参数进行重新设置，然后重新启动桁架设备，恢复桁架设备的正常运作；
S5：安全试验阶段：
S51：根据计算出的数据，对机械手的两个引拔轴(Y1、Y2轴)的位置进行调节后，启动桁架设备进行试验，观察两个引拔轴(Y1、Y2轴)是否可以在高速运行的情况下稳定停止在安全距离，并观察设备是否能够在Y1轴与Y2轴发生相向发生撞机时紧急致停、触发警报，通过试验的桁架设备即完成改进，可正式投入使用。
2.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的桁架五轴机械手的防碰撞方法，其特征在于：所述S11中的可编程逻辑控制器(PCL)的轴运动指令主要包括目标的位置、速度、轴号等相关参数。
3.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的桁架五轴机械手的防碰撞方法，其特征在于：所述S21中的电机默认的额定转速为3000r/min，以此算出最大脉冲频率，调速时一般不超过最大脉冲频率。
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