本发明专利技术公开了一种用于焊接机器人的安全控制器及其控制方法，包括安全保护模块、上位机、执行模块、运行信息采集模块和现场总线；上位机及运行信息采集模块通过现场总线向安全保护模块发送参数初始化数据指令及机器人运行状态指令；安全保护模块通过现场总线向上位机发送报警及出错指示；执行模块接收安全保护模块的输出。本发明专利技术采用现场总线技术能够大大减少连线复杂度；通过多种安全保护策略，实现安全区域保护功能，在出现异常时，给出相应的警告或错误信息提示，同时采取修正措施或紧急停机，以保证系统能安全运行。
Safety controller for welding robot and control method thereof
The invention discloses a safety controller for welding robot and its control method, including security module, host computer, execution module, operation information acquisition module and fieldbus; PC and operation information acquisition module to the security module to send protection parameter initialization data operation instruction and robot instruction through the field bus; safety protection alarm module to the host computer to send through the field bus and the output module receives the error indication; execute safety protection module. The invention adopts the field bus technology can greatly reduce the connection complexity; through a variety of security strategy, implementation of regional safety protection function, when abnormal, given a warning or error message, at the same time to take corrective measures or emergency stop, to ensure that the system can run safely.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种安全控制器及其控制方法，具体涉及的是一种用于焊接机器 人的安全控制器及其控制方法。
技术介绍
随着焊接机器人技术在现代制造业的广泛应用，其安全保护问题受到人们的关 注。作为一台具有多个自由度的高速运转设备，尽管在预编程中已经做了大量保护工作，但 不同工况下仍然可能存在安全隐患，甚至引发事故。尤其是在示教、维护等人工参与环节， 现场人员的误操作、硬件错误和未知的系统设计缺陷都有可能造成巨大的损害。因此，必须 在焊接机器人工作场所设置必要的安全设施，防止意外发生。在焊接机器人系统中，传统的信号传输和采集是通过众多的I/O接口实现的，连 线复杂，维护困难，实时性差。同时焊接设备转速高，工作环境复杂，危险系数高，焊接现场 的干扰强。针对机器人的安全要求，国际标准化组织和国家标准化管理委员会分别颁布了 工业机器人安全规范，规定了工业机器人及其系统在设计、制造、编程、操作、使用、维护和 修理阶段的安全要求及注意事项。目前，国内已在使用的机器人安全控制系统性能还不稳 定，功能还不完善，相比国外的同类产品还有很大差距。因此，迫切需要开发出一种拥有自主知识产权的，先进、可靠、实用的焊接机器人 安全控制器，使之能够大大降低机器人运行时发生工伤和系统停运的风险，保护现场人员 和设备，促进民族工业的发展，提高国际竞争能力。
技术实现思路
针对现有技术上存在的不足，本专利技术目的是在于提供一种连线简单、可提高机器 人工作的稳定性及安全性的用于焊接机器人的安全控制器及其控制方法。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现本专利技术包括安全保护模块、上位机、执行模块、运行信息采集模块和现场总线；上 位机及运行信息采集模块通过现场总线向安全保护模块发送参数初始化数据指令及机器 人运行状态指令；安全保护模块通过现场总线向上位机发送报警及出错指示；执行模块接 收安全保护模块的输出。采用现场总线技术能够大大减少连线复杂度。上述运行信息采集模块包括运动控制器、各轴伺服放大器、示教盒和外围环境检 测器；现场总线包括现场总线控制器、现场总线驱动器、现场总线控制卡和现场总线接口 ； 安全保护模块、示教盒和外围环境检测器分别与对应的现场总线控制器相连接，运动控制 器和各轴伺服放大器分别通过现场总线接口与对应的现场总线驱动器相连接，上位机与现 场总线控制卡相连接。本专利技术的控制方法，包括以下几个步骤(A)安全保护模块通过现场总线向上位机请求参数初始化数据，然后上位机通过 现场总线发送参数初始化数据指令给安全保护模块，安全保护模块接受参数初始化数据，未完成初始化，则不能进入步骤(B)；(B)初始化完成后，运行信息采集模块通过现场总线发送机器人运行状态指令给 安全保护模块，然后安全保护模块接受机器人运行状态值；(C)完成步骤(B)后，安全保护模块制定不同的安全保护策略，安全保护策略包括 以下几个步骤(a)安全保护模块进行焊接工作前的安全规则检查，有一项报警则焊接机器人不 能开动运行；(b)焊接机器人开动运行后，安全保护模块进行焊接工作过程安全策略，通过比较 机器人运行状态值和参数初始化数据，给出安全运行、警告及运行修正、出错停机及指示三 级不同的保护输出；(c)完成焊接工作后，安全保护模块进行焊接结束巡查规则，安全保护模块将巡查 结果发送给上位机，同时记录日志信息；(d)结束。当机器人运行状态值在参数初始化数据误差容许范围内时，安全保护模块输出安 全运行；当机器人运行状态值接近参数初始化数据设定最大值时，安全保护模块向上位机 发送警告信息指令同时向执行模块输出运行修正；上位机收到警告信息指令后显示相应报 警参数值，且执行模块启动修正处理程序；当机器人运行状态值超过参数初始化数据设定最大值时，安全保护模块向执行模 块输出紧急停机同时向上位机发送出错信息指令，执行模块收到紧急停机后执行紧急停止 机器人的操作，且上位机收到出错信息指令后显示相应出错参数值。本专利技术的有益效果如下(1)改进了传统I/O接口的信号采集和传输方式，采用现场总线技术能够大大减 少连线复杂度，提高了系统的灵活性、稳定性和抗干扰性，同时还便于系统的进一步扩展；(2)通过安全保护策略计算分析机器人的速度状态、负载状态、关节限位状态和运 算逻辑状态，在出现异常时给出相应的警告或错误信息，同时采取修正措施或紧急停机，以 保证系统能安全运行。附图说明下面结合附图和具体实施方式来详细说明本专利技术；图1为本专利技术的硬件结构框图；图2为本专利技术的系统通讯结构图；图3为本专利技术的现场总线通讯流程图；图4为本专利技术的安全保护策略流程图。具体实施例方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。参见图1，本专利技术包括安全保护模块101、上位机104、执行模块105、运行信息采集模块103和现场总线102。其中，安全保护模块101为中央处理器，用于制定和执行各类各级安全保护策略， 通常采用集成各种外部接口的微控制器，在本实施例中，安全保护模块101采用ARM9微控 制器芯片S3CM40A，内置丰富的外设资源包括中断控制器、GPIO、SPI等接口电路。上位机104通过现场总线102可用于显示安全保护模块101做出的报警及出错指 示，本专利技术的上位机104为现有技术，在此不作赘述。执行模块105接收安全保护模块101的输出，执行正常或紧急停止机器人的操作， 本专利技术的执行模块105为现有技术，在此不作赘述。运行信息采集模块103包括运动控制器201、各轴伺服放大器202、示教盒203和 外围环境检测器204。现场总线102提供安全保护模块101、上位机104和运行信息采集模块103之间的 数据通讯功能；一般现场总线102包括现场总线控制器10 、现场总线驱动器102b、现场总 线控制卡102c和现场总线接口 102d，这四者的连接关系为现有技术，在此不作赘述；安全 保护模块101、示教盒203和外围环境检测器204分别与对应的现场总线控制器10 相连 接，运动控制器201和各轴伺服放大器202分别通过现场总线接口 102d与对应的现场总线 驱动器10 相连接，上位机104与现场总线控制卡102c相连接；上位机104及运行信息采 集模块103通过现场总线102向安全保护模块101发送参数初始化数据指令及机器人运行 状态指令。本实施例中，现场总线控制器10 采用的是现场总线控制器MCP2510，现场总线 驱动器102b采用的是现场总线驱动器MCP2551，MCP2510是一款具有SPI接口的独立现场 总线控制器，完全支持CAN V2. OB技术规范，通信速率最高可达1Mbps。参见图2，本专利技术的安全保护模块101应用于工业焊接机器人控制系统中，安全保 护模块101与运动控制器201、各轴伺服放大器202、示教盒203、外围环境检测器204、上位 机104通过现场总线102而连接。其中，运动控制器201用于将目标轨迹进行细分，输出指 令到各轴伺服放大器202 ；各轴伺服放大器202根据运动控制器201给定的控制量完成速 度环运算，对电机进行相应的伺服控制；示教盒203用于对焊接机器人的示教编程。作为现 场总线102通讯网络中的一个节点，安全保护模块10本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于焊接机器人的安全控制器，其特征在于，包括安全保护模块（１０１）、上位机（１０４）、执行模块（１０５）、运行信息采集模块（１０３）和现场总线（１０２）；所述上位机（１０４）及运行信息采集模块（１０３）通过现场总线（１０２）向安全保护模块（１０１）发送参数初始化数据指令及机器人运行状态指令；所述安全保护模块（１０１）通过现场总线（１０２）向上位机（１０４）发送报警及出错指示；所述执行模块（１０５）接收安全保护模块（１０１）的输出。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：叶桦，孙晓洁，郑磊，王丹，刘升鹏，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。