协作机器人在检测平台上的安全控制

国家电投集团远达环保催化剂有限公司的研究人员毛久勇，在2018年第4期《电气技术》杂志上撰文，介绍一种协作机器人的控制系统和工作原理，通过合理的硬件配置及完善的软件程序设计，实现了工人和机器人在同一工作区域配合完成工作，避免了机器人和人类之间发生安全事故。与正常的工作流程比较，该方案既减少了工人的数量，又降低了工人的劳动强度。

工业机器人在全球制造业得到广泛应用。这么多年，人们一直在研究避免机器人和其周围的设备可能对工人造成的危害。常规的措施会将机器人锁在安全防护栏内，预防机器人和工人接触[1-3]。

然而，协作机器人则需要和工人在同一区域共同参与组装工作，因为工人和机器人在一天中会有很多合作，协作机器人的出现使得常规的安全防护失去意义，工人的安全问题得依靠传感器和控制程序来解决[4-7]。

1 工作原理

检测员位于检测平台安全区域时，机器人负责将传输皮带A上的产品搬运到检测平台位置1处，放好产品后机器人运转到安全位置等待运行命令。检测员前往检测平台检测产品的质量，检测完成后将产品放到检测平台位置2处，然后检测员后退离开检测区域。检测员进入安全区域后，机器人运行到检测平台位置2处，将产品搬运到传输皮带B上。检测员和机器人不断地重复整个工作过程。检测平台工作流程如图1所示。

在机器人区域中，有两个区域需要工人和机器人都参与工作，而不是同时参与。这对于工业机器人来说是一个复杂部件。可以用一个安全光幕进行区域扫描，监控人类员工的位置，当工人进入特定区域时不让机器人进入。

图1 检测平台工作流程图

2 控制系统硬件组成

控制系统组态西门子S7-300PLC为主站，ABB公司IRC5系列6640机器人为DP从站，主从站之间采用西门子的Pro-Bus总线通信[8]。控制系统硬件组态如图2所示。

图2 控制系统硬件组态图

3 I/O分配

ABB机器人通过总线适配器DSQC667连接到主站CPU，西门子PLC的组态中为机器人分配了两个字的I/O地址，主站PLC通过输出地址Q256.0- Q259.7对机器人进行控制，通过总线传送到机器人的输入信号BOARD11地址0-32；机器人的输出指令为BOARD11上0-32位地址，通过总线传送给主站PLC的I256.0-I259.7地址区。I/O分配情况见表1。

表1 I/O分配表

4 程序设计

4.1 主站PLC程序设计

根据检测员和机器人的整个工作流程，设计了主站PLC程序。设备处于自动模式且紧急停止没有被按下时，检测员在检测平台位置检验产品的过程中，脚下的安全地垫和检测平台位置的安全光幕信号处于导通，这时机器人的运转使能信号处于断开状态；相反，检测员检测完产品回到安全位置的安全地垫上，主站发送信号允许机器人运行。主站PLC程序图如图3所示。

图3 主站PLC程序图

4.2 ABB机器人程序设计

主站PLC的输出信号Q256.0通过总线传送到机器人的使能运行输入信号I_RobotRunEnabling，根据机器人运行的安全流程，在机器人主程序中加入中断程序监控指令，机器人检测到输入信号I_RobotRunEnabling为低电平时触发中断程序，机器人执行中断程序中的停止命令和等待运行命令。

当机器人输入信号I_RobotRunEnabling为高电平时，机器人程序指针离开中断程序恢复正常的逻辑运行[9-11]。机器人中断程序如图4所示。

在机器人程序编辑器中创建中断连接程序PROC LinkIR()，定义输入信号I_RobotRunEnabling对应的中断名称为IR_RobotRunEnable，定义中断名称IR_RobotRunEnable连接中断陷阱程序T_RobotRunEnable，中断子程序T_RobotRunEnable写入机器人停止命令和等待运行命令。

创建一个子程序PROC IWatchIRs()，该程序用于打开中断监控，然后在主程序main()中调用子程序PROCIWatchIRs()，当机器人输入指令I_RobotRunEnabling为0时，机器人立即停止；反之，机器人运行。

5 结论

将协作机器人应用于人工检测平台完成工作的想法，最初在负责工作安全的人看来是很复杂的。但是将操作分解到不同的顺序步骤后，整个过程就变得可以管理，也相信了协作机器人的安全性。

协作机器人在检测平台上的安全控制在实际中得到了应用，实践证明效果好，安全可靠性高。最大的优点是减少了工人的人员配置，并降低了工人的劳动强度。

图4 机器人程序