关于五轴机器人急停恢复控制回路的研究

李志祥

摘 要 随着人类科技的进步，自动控制的飞速发展，传统的工业生产方式已被逐渐的淘汰，新型的自动化生产方式渐渐趋于成熟，其中最为典型的代表便是工业机器人的出现。机器人的出现不仅提高了生产效率，更是能够高效高质量地完成一些高危作业，例如激光切割。机器人在此方面的应用越来越广泛。而本文的重点便是讨论一种主要应用在激光切割方面的五轴机器人的急停恢复控制回路。以此，本文探讨了一种适用但不限于五轴机器人急停回复的控制回路。通过将一个复位开关与五轴机器人的切割头碰撞器并联，使五轴机器人由急停状态被强制为工作状态，以便工作人员操作五轴机器人使切割头远离工件，继续工作。

关键词 五轴机器人；控制回路；切割头

1 控制回路的工作原理及器件选型

1.1 控制回路的工作原理

如图1所示为本文所述一种五轴机器人急停恢复控制回路的原理图，其中S1为碰撞复位开关，S2为面板急停按钮，K1为切割头碰撞器，S3为示教盒急停按钮，KA1、KA2和KA3为中间继电器，其中KA1为总急停继电器，KA2为切割头碰撞继电器，KA3为示教盒急停继电器。面板急停按钮S2的触点通过线路依次与切割头碰撞继电器KA2的触点、示教盒急停继电器KA3的触点和总急停继电器KA1的线圈串联设置；示教盒急停按钮S3的触点通过线路与示教盒急停继电器KA3的线圈串联设置；切割头碰撞器K1和碰撞复位开关S1并联后通过线路与切割头碰撞继电器KA2的线圈串联设置。

上述控制回路中，总急停继电器KA1采用4P中间继电器，切割头碰撞继电器KA2和示教盒急停继电器KA3采用2P中间继电器；其中总急停继电器KA1的三对触点中的触点6L3和A1分别与控制驱动器的回路连通、触点810和811分别与控制激光器外部急停的回路连通、触点OVCC和EX03分别与接入控制系统IO输入端的回路连通。

本文所述的五轴机器人急停恢复控制回路正常上电时，244线连通直流电的正极、245线连通直流电的负极；切割头碰撞继电器KA2的线圈得电导通，触发切割头碰撞继电器KA2的触点闭合，同时示教盒急停继电器KA3的线圈得电导通，触发示教盒急停继电器KA3的触点闭合；进而使得总急停继电器KA1的线圈得电导通，触发总急停继电器KA1的三对触点闭合，使得控制驱动器得电、激光器外部急停闭合且控制系统的IO输入端提示无急停报警。当切割头碰撞到工件后，切割头碰撞器K1的触点断开使得切割头碰撞继电器KA2的线圈失电，触发切割头碰撞继电器KA2的触点断开，总急停继电器KA1的线圈失电，致使触发总急停继电器KA1的三对触点断开，使得控制驱动器失电、激光器外部急停断开且控制系统的IO输入端提示有急停报警。由于切割头碰撞到工件后，切割头碰撞器K1的触点一直处于断开状态，此时将碰撞复位开关S1旋转到ON档位让碰撞复位开关S1的触点闭合，使得切割头碰撞继电器KA2的线圈得电导通，触发切割头碰撞继电器KA2的触点闭合；进而使得总急停继电器KA1的线圈得电导通，触发总急停继电器KA1的三对触点闭合，使得控制驱动器得电、激光器外部急停闭合且控制系统的IO输入端提示无急停报警；然后由操控人员操作五轴机器人将切割头移动到安全位置；当切割头碰撞器K1的触点恢复正常后，再将碰撞复位开关S1拨到OFF档位使其触点断开，使切割头碰撞器K1继续正常工作，解决了不移动工件即可恢复机床运动的关键性问题[1]。

1.2 器件选型

本文所述的一种五轴机器人急停恢复控制回路所包含的电气元器件有碰撞复位开关，面板急停按钮，切割头碰撞器和中间继电器。

其中在碰撞复位开关的选择上，本文采用的是带有一个常开触点的旋钮开关。因为相较于按钮式开关，旋钮式开关在操作后能够保持闭合的状态，而按钮式开关在操作后无保持功能。除此以外，旋钮式开关操作方便，并且很少存在因人为误碰而带来的误操作动作，减少误操作的存在，因而选择旋钮式的开关。

在面板急停按钮的选择上，本设计选择的是带有常闭触点的红色蘑菇头式急停按钮，蘑菇头式的急停按钮易于操作，在紧急情况下，方便操作人员快速的按下急停按钮。选择红色是因为红色比较醒目，便于操作人员在紧急情况下快速准确的按下急停按钮。因本文所述的急停按钮安装在面板上，因而在选择上，蘑菇头的大小要适中，直径应在30～50mm之间最为理想。

切割头碰撞器选择的是带有一个常闭触点的微动开关，因为安装在切割头附近，对切割头起重要的保护作用，所以对切割头碰撞器的精度要求较高，其动作范围应选在0.5～1mm之间最佳。此外，还要求此切割头碰撞器响应速度快，反应灵敏，具有较长的使用寿命。以此才能提高切割头的安全性。

在中间继电器的选择上，本文所述的五轴机器人急停恢复控制回路使用的是线圈允许电压为24V的直流电，除此之外，在中间继电器的选型上要求带有指示灯，以便于监控中间继电器的线圈是否得电，触点是否闭合。中间继电器带有手动操作触点的功能，以便于工作人员手动的操作，使触点闭合或断开。另外，在中间继电器的选择上还要求具有較长的使用寿命。

2 应用

本文所述的五轴机器人急停恢复控制回路已经成功应用于某激光切割企业，该企业在作业中遇到的切割头碰撞到工件的问题，使其工作效率大大降低，同时也增加了经济成本。为解决上述问题，该企业采用了本文所述的急停恢复控制回路，不仅操作简单，更是提高了生产效率，降低了经济成本。

3 结束语

随着电气控制技术的飞速发展，出现了各种各样的控制方式。而本文所述的一种五轴机器人急停恢复控制回路，在原有控制电路的基础上，稍作改进调整，既不会改变原有的控制操作，又实现了急停恢复的目的。本文所述的一种五轴机器人急停恢复控制回路在生产应用中的贡献如下：

（1）解决了现有五轴机器人切割头碰撞到工件后，五轴机器人紧急停止无法移动切割头的问题。

（2）操作方便，既提高了生产效率，又节约了经济成本。

（3）电路设计简单，易于在原来电路上做修改调整。

参考文献

[1] 王儒敬，孙丙宇.农业机器人的发展现状及展望[J].中国科学院院刊，2015，（06）：803-809.