一种基于工业机器人自动装配的安全控制方法、系统技术方案

本申请的发明专利技术专利提出了一种基于工业机器人自动装配的安全控制方法、系统，尤其应用于低速、大负载人机协同、高精度高安全可靠性装配场景，实现自动装配过程对产品和人员的系统安全防护控制。即：装配前快速校核工业机器人运动功能是否正常，避免控制系统存在问题的情况下进行产品装配，预防因运动失控带来安全风险；装配过程中，采用超速限制运动策略、操作者手持按键对关键装配环节进行安全确认，实现自动装配过程中的多级安全控制防护；并采用外部测量反馈调整工业机器人的位置与姿态，补偿工业机器人本身定位精度不足的问题，实现高精度套装要求，套装过程中实现位置与姿态的闭环监控，确保套装过程满足装配精度要求不发生干涉碰撞。

【技术实现步骤摘要】
一种基于工业机器人自动装配的安全控制方法、系统
本专利技术属于工业机器人
，具体涉及一种基于工业机器人自动装配的安全控制方法、系统。
技术介绍
在现代制造业中，工业机器人正逐步应用于产品的自动化生产与装配，实现机器替人，改善人的劳动条件、实现生产过程标准化，提高生产效率、降低成本、确保产品质量的一致性等。在某些特殊产品的装配领域，诸如特材产品、超精密仪器等精密自动化装配中，采用工业机器人替代人工实现自动化装配，能够减少某些特殊环境对人体健康危害、降低对人员技能的依赖，以及实现产品质量的一致性高要求。不同于传统自动化生产线追求生产效率采用高节拍方式，也不同于传统协作机器人仅承载小负载，这些特殊领域产品的自动化装配，装配速率低但装配精度要求高、具有较大负载要求且某些工步要求人机协作完成装配，装配工艺过程需严格杜绝工业机器人状态异常或人员操作不当，导致工业机器人与产品零件和人员发生碰撞的情况发生，防止产品受损与人员伤害、避免引发高成本消耗甚至导致安全事故及更多的危害。此类自动化装配过程要求极高的安全性及可靠性，而诸如碰撞力检测、防护栏等传统的机器人安全防护，并不能完全解决此类装配过程中工业机器人运行对产品和人员保护的安全控制问题。因此，解决此类装配过程中工业机器人的安全控制问题，实现工业机器人的安全可靠运行、保护产品和人员安全，是应用工业机器人进行自动化装配的先决条件。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是装配工艺过程严格杜绝工业机器人与产品零件和人员发生碰撞，基于此，提供一种基于工业机器人自动装配的安全控制方法、系统，目的在于防止产品受损与人员伤害、避免引发高成本消耗甚至导致安全事故及更多的危害。本专利技术通过下述技术方案实现：提供一种基于工业机器人自动装配的安全控制方法，包括产品装配过程中的轴超速控制步骤：步骤210：判断是否进行产品装配，若为否，等待产品装配指令；若为是，进入步骤211；步骤211：接收到产品装配指令，打开限速控制开关，轴超速控制逻辑起作用；步骤212：调用装配运动子程序，执行产品装配动作；步骤216：实时检测各轴速度、并与设定阈值进行比较，判断是否存在轴超速，若存在轴超速，进入步骤204，并抱闸；若不存在轴超速，各轴运动不中断；步骤204：立即停止各轴运动，并报警提示。进一步地，在步骤212与步骤216之间，还包括产品装配过程中的人工暂停步骤：步骤213：产品装配过程中，实时检测操作者的手持按键状态，判断是否“暂停”运动，若检测到手持按键为按下“暂停”状态，则进入步骤214，否则不作处理、各轴运动不受影响；步骤214：立即暂停各轴运动；步骤215：实时检测操作者的手持按键状态，判断是否“继续”运动，若是，则转至步骤216，否则保持暂停状态。进一步地，步骤216之后，还包括产品装配过程中的位置和姿态校核步骤：步骤217：产品装配过程中，在关键示教点对工件上件的位置、姿态校核；步骤218：在关键示教点位置，对工件上件位置和姿态进行判断，若不正确，转至步骤204；若正确，进行后续装配运动。进一步地，在步骤218之后，还包括产品装配过程中的位置和姿态调整步骤：步骤219：各轴低速运动，通过激光测量仪测量工件上件的位置和姿态，根据测量结果，迭代调整位置和姿态；步骤220：根据测量结果，判断是否已完成迭代控制，若未完成，转至步骤219；若工件上件的位置和姿态测量结果满足装配要求，代表已完成迭代调整位置与姿态，进入步骤221；步骤221：判断装配是否完成，若未完成，转至步骤212；若已完成，转至步骤230；步骤230：各轴按运动过程不发生接触碰撞的安全轨迹回原位；步骤231：完成装配控制流程，结束。进一步地，在步骤210之前，还包括产品装配前的轴运动区间检测步骤：步骤200：开始启动工业机器人控制系统，运行装配前的初始化逻辑；步骤205：调用校核各轴运动范围子程序，按照各轴运动过程不发生接触碰撞的原则先后运动各轴，各轴运动范围覆盖产品装配所需要的工作区间；步骤206：判断各轴运动范围是否正常，若各轴在工作区间运动异常，进入步骤204；若正常，进入步骤210。进一步地，在步骤200与步骤205之前，还包括产品装配前的轴回安全位检测步骤：步骤201：关闭限速控制开关，轴超速控制逻辑不起作用，不对各轴运动速度进行约束和中断处理；步骤202：调用轴回安全位子程序，各轴按运动过程不发生接触碰撞的安全轨迹回安全位置；步骤203：对各轴回安全位过程是否正常进行判断，若异常，进入步骤204，若正常，进入步骤205。作为优选方案，工业机器人主控单元中设计轴超速控制逻辑，主控单元接收运动控制指令，并将运动控制指令进行分解、控制各轴；对于轴1，通过位置控制、速度控制、功率驱动、轴1电机、轴1电机编码器、轴1电机电源，控制轴1的速度和位置，并通过轴1速度检测调节轴1的速度控制，通过轴1位置检测调节轴1的位置控制；工业机器人其它各轴的速度和位置控制与轴1相同。作为优选方案，轴超速控制逻辑被设计为各轴中有至少一轴的速度检测值大于等于该轴速度设定阈值，且限速控制开关打开时，主控单元控制工业机器人各轴停止运动并抱闸。提供一种基于工业机器人自动装配的安全控制系统，基于上述的基于工业机器人自动装配的安全控制方法。作为优选方案，基于工业机器人自动装配的安全控制系统包括工业机器人电控柜、工业机器人、手爪、工件上件、导轨滑块、激光测量仪、工件下件、装配台、待装台；工业机器人为具有6个轴的六自由度关节式机器人，固定安装于装配区间底座上；工业机器人电控柜控制工业机器人的运动；手爪固定安装于工业机器人的手腕末端，手爪的为对称结构、其对称轴线与工业机器人的第六轴轴线重合；工件下件放置并固定在装配台上，装配台上左右对称设置两升降轴，升降轴的导轨滑轨受伺服电机控制沿Z向上下滑动；工件上件初始放置在待装台上，工业机器人通过手爪，将工件上件从待装台处抓取、转运至装配台正上方；导轨滑块上分别设置了激光测量仪，对工件上件的位置及姿态进行测量；工业机器人根据测量结果，对工件上件的位置和姿态进行调整，调整至工件上件与工件下件的位置和姿态一致性在误差允许范围内，然后工业机器人向下运动套装工件下件和工件上件；在套装过程中，激光测量仪和导轨滑块随工业机器人Z向同步运动进行测量，检测工件上件的位置和姿态：工件上件与工件下件的位置和姿态一致性在误差允许范围内时，工业机器人继续运动；工件上件与工件下件的位置和姿态超过误差允许范围时，工业机器人进行位置和姿态调整。综上所述，本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本申请的专利技术专利提出了一种基于工业机器人自动装配的安全控制方法，尤其应用于低速、大负载人机协同、高精度高安全可靠性装配场景，实现自动装配过程对产品和人员的系统安全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于工业机器人自动装配的安全控制方法，其特征在于，包括产品装配过程中的轴超速控制步骤：/n步骤210：判断是否进行产品装配，若为否，等待产品装配指令；若为是，进入步骤211；/n步骤211：接收到产品装配指令，打开限速控制开关，轴超速控制逻辑起作用；/n步骤212：调用装配运动子程序，执行产品装配动作；/n步骤216：实时检测各轴速度、并与设定阈值进行比较，判断是否存在轴超速，若存在轴超速，进入步骤204，并抱闸；若不存在轴超速，各轴运动不中断；/n步骤204：立即停止各轴运动，并报警提示。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于工业机器人自动装配的安全控制方法，其特征在于，包括产品装配过程中的轴超速控制步骤：
步骤210：判断是否进行产品装配，若为否，等待产品装配指令；若为是，进入步骤211；
步骤211：接收到产品装配指令，打开限速控制开关，轴超速控制逻辑起作用；
步骤212：调用装配运动子程序，执行产品装配动作；
步骤216：实时检测各轴速度、并与设定阈值进行比较，判断是否存在轴超速，若存在轴超速，进入步骤204，并抱闸；若不存在轴超速，各轴运动不中断；
步骤204：立即停止各轴运动，并报警提示。


2.根据权利要求1所述的基于工业机器人自动装配的安全控制方法，其特征在于，在步骤212与步骤216之间，还包括产品装配过程中的人工暂停步骤：
步骤213：产品装配过程中，实时检测操作者的手持按键状态，判断是否“暂停”运动，若检测到手持按键为按下“暂停”状态，则进入步骤214，否则不作处理、各轴运动不受影响；
步骤214：立即暂停各轴运动；
步骤215：实时检测操作者的手持按键状态，判断是否“继续”运动，若是，则转至步骤216，否则保持暂停状态。


3.根据权利要求2所述的基于工业机器人自动装配的安全控制方法，其特征在于，步骤216之后，还包括产品装配过程中的位置和姿态校核步骤：
步骤217：产品装配过程中，在关键示教点对工件上件的位置、姿态校核；
步骤218：在关键示教点位置，对工件上件位置和姿态进行判断，若不正确，转至步骤204；若正确，进行后续装配运动。


4.根据权利要求3所述的基于工业机器人自动装配的安全控制方法，其特征在于，在步骤218之后，还包括产品装配过程中的位置和姿态调整步骤：
步骤219：各轴低速运动，通过激光测量仪测量工件上件的位置和姿态，根据测量结果，迭代调整位置和姿态；
步骤220：根据测量结果，判断是否已完成迭代控制，若未完成，转至步骤219；若工件上件的位置和姿态测量结果满足装配要求，代表已完成迭代调整位置与姿态，进入步骤221；
步骤221：判断装配是否完成，若未完成，转至步骤212；若已完成，转至步骤230；
步骤230：各轴按运动过程不发生接触碰撞的安全轨迹回原位；
步骤231：完成装配控制流程，结束。


5.根据权利要求4所述的基于工业机器人自动装配的安全控制方法，其特征在于，在步骤210之前，还包括产品装配前的轴运动区间检测步骤：
步骤200：开始启动工业机器人控制系统，运行装配前的初始化逻辑；
步骤205：调用校核各轴运动范围子程序，按照各轴运动过程不发生接触碰撞的原则先后运动各轴，各轴运动范围覆盖产品装配所需要的工作区间；
步骤206：判断各轴运动范围是否正常，若各轴在工作区间运动异常，进入步骤204；若正常，进入步骤210。


6.根据权利要求5所述的基于工业机器人自动装配的安全控制方法，其特征在于，在步骤200与步骤205之前，还包括产品装配前的轴回安全位检测步骤：
步骤20...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华，张连新，石英托，尚鋆，庞培川，陈东生，刘延龙，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51