首页 历史故事运动中断:如何正确中断运动?

运动中断:如何正确中断运动?

【摘要】:原则上,正常生产过程中的任何中断都属于特殊情况。如果系统制造商不能提供降低中断频率和提高持续时间的策略,甚至可能会导致废弃生产线。例如,系统中输入的数据可用于控制产品质量和优化系统,从而有助于减少中断。在调试阶段,这些数据有助于缩短优化时间;在运行阶段,它有助于加快解决方案或完全避免中断。

在加工区域内,机械手或工件之间的任何碰撞通常都会造成损坏。根据碰撞时的速度和运动方向,也可能导致机器人手臂变形,这可能意味着生产事故(碰撞通常导致生产停止)。在这种情况下,快速更换备件通常是不够的。

在自动化系统的生产模式中,碰撞通常只能由一些不可预见的操作状态造成。例如,如果工件从机械手中的原始位置滑出并进入运动路径,则可能会出现这种状态,成为干扰性碰撞。工件也可能在供应托盘上移动,导致机器人机械手在程序序列中与位置偏移的工件碰撞。

在机器人的加工区域内,员工遗留下来的工件或其他物体,如重启后,也可能成为干扰和影响机器人运动的物体。

这对于预先编程的运动序列和具有明确几何定义的工件来说是非常罕见的。受到用于改变运动路径的传感器信号影响的自动化解决方案更具挑战性,因为它们可以呈现不同的状态。用户干预后的生产状态也是至关重要的,自动化系统必须在搬运系统的某个位置状态重新启动。除了对系统造成的实际损坏外,碰撞的成本至关重要,它代表了生产损失的成本。因此,安装一个防碰撞装置通常会在第一次碰撞时产生价值,因为这个装置通常会允许生产立即继续。

图4.25 力和力矩方向的碰撞情况示例

防撞装置的任务是检测任何超过正常值的力,并使搬运设备停止运行。图4.25显示了碰撞的不同示例以及对机械手和防碰撞装置的相关力或力矩影响。在负载A的作用下,一个力矩施加在机械手和防碰撞装置上,就好像机械手在旋转一样。对于负载B,压力从下方施加在机械手上。通常情况下,在进行装配操作时,由于安装不准确而无法完成装配操作。负载大说明了倾斜力矩作用于机械手的情况。防碰撞允许所有运动方向的偏移,这有助于保护机械手、工件和机器人。此外,系统的紧急停止通过监控传感器自动触发,允许用户干预并防止任何额外的损坏。防碰撞装置与补偿装置非常相似,因为它始终处于待命状态,并在较大的路径范围内起作用,它没有专门的连锁装置。作为交换,该装置的设计必须能够吸收正常操作过程中产生的力,而不会触发报警并允许在紧急情况下出现位置偏移。因此,防碰撞装置通常有一个最小力的设定选项,允许在发生碰撞时发挥作用。这意味着运动序列将在低受力负载时集中进行。如果此处由于惯性力超过触发点而触发了防碰撞装置,则必须对其进行调整。图4.26所示防碰撞装置是此类任务技术实现的一个例子,通过活塞1施加在星形工具盘5上的压力,可以在此处设置触发力。

运动中的微小偏差可能是可以容忍的,自动系统紧急停止切换点的精度可以用调整螺丝2单独调整。当然,现代机器人已经有了一个集成的电机电流监控系统,一旦检测到驱动装置过载,该系统就会使机器人停止运行。然而,对于机械手和工件来说,这通常太迟了。通过机械结构来实现的避免碰撞的措施提供了更好的机会实施保护。在动态应用中,机器人的停止也不足以保护它不受损坏。

图4.26 OPR防碰撞单元剖视图(来源:SCHUNK)

相反,防碰撞装置可以在不同的负载条件下可靠地防止损坏,因为它可以避免机械手与机器人的接触(图4.27)。

图4.27 不同防碰撞装置的位置偏移与力的对照(来源:SCHUNK)

为了避免在紧急情况下发生碰撞,机器操作员也可以使用紧急停止按钮完全停止自动系统。在这种情况下,机器人在每个驱动轴上都装有制动器,以执行完全的紧急停止。这是一种非常罕见的生产场景,但它仍然是机器验收测试的标准要求。

紧急停止状态产生的力是一种特殊的过程力。巨大的减速力瞬时作用在工件上,必须用夹紧力来抵消。根据搬运系统停止时的移动情况,可能会产生比为加速计算所需的保持力更大的力。产生的力有时会导致机器人相当长的刹车距离。每一个机器人都是不同的。根据ISO 10218-1《工业机器人-安全要求》,每个机器人必须包含设计工程师和用户都要遵守的安全相关信息。设计紧急停车方案的挑战在于触发停车的运动情况未知。这对于仅基于摩擦FT型抓取的抓取原理非常关键,特别是在特殊情况下,工件质心没有位于机械手手指之间。根据工件的质量和形状,必须使用带形锁型抓取装置的机械手手指、适当的防护格栅或搬运系统的减速装置。

原则上,正常生产过程中的任何中断都属于特殊情况。问题往往是生产停止会导致程序序列中出现未定义的情况。对于这种情况,程序员定义的是“中断”过程。这意味着与自动化系统一起使用的软件必须设计为允许在计划外的生产停止后快速重启。

如前所述,防碰撞装置在保护机械手和机器人方面可能非常有价值。软件还必须配置为在碰撞后将自动化系统的所有部件返回到安全的启动位置,称为“回溯”运动。

根据系统的设计,如果客户要求快速重启自动化系统,紧急情况下的编程可能比正常系统操作所需的过程软件成本更高。机械和设备制造商的经验反映在建议阶段的计算中是否考虑了此类情况,或是否已交由现场工作人员编制适当的程序。

在自动化系统的操作中,经验丰富的用户还了解重启功能的重要性,并在规范中指出任何特定的偏向性。这样就避免了供应商和客户对新产品或附加要求的任何令人不快的意外。

对于用户来说,另一个比投资预算更重要的因素是自动化系统的输出价值。如果由于自动化系统中的暂时或长期停机而无法实现计划数量,用户则可能会质疑整个投资。如果系统制造商不能提供降低中断频率和提高持续时间的策略,甚至可能会导致废弃生产线。生产系统中的数据处理主题在这里具有相当大的潜力。

例如,系统中输入的数据可用于控制产品质量和优化系统,从而有助于减少中断。机器制造专家在相关工具和评估方法方面的专业知识对于解析传感器数据、摄像机图像和电机监控尤为重要。在调试阶段,这些数据有助于缩短优化时间;在运行阶段,它有助于加快解决方案或完全避免中断。