多桁架传输系统的防碰撞控制方法和多桁架传输系统与流程

本发明涉及桁架式传输臂技术领域，特别是涉及一种多桁架传输系统的防碰撞控制方法和多桁架传输系统。

背景技术：

桁架式传输臂是工业生产领域常用的工件物料传输设备，其通过xyz三维运动轴对工件在桁架传输臂覆盖范围内进行抓取和搬运。对于体积和重量较大的物料，通常需要两个或多个桁架传输臂共用导轨进行共同搬运作业。然而，目前桁架式传输臂的应用基本是以单个桁架传输臂的作业方式为主。针对共用导轨的两个及以上的桁架式传输臂组成的多桁架传输系统缺乏安全有效的全方位防碰撞技术，导致多桁架传输系统的运行存在一定的安全隐患。

技术实现要素：

基于此，有必要针对多桁架传输系统缺乏安全有效的全方位防碰撞技术，其运行存在一定的安全隐患的问题，提供一种多桁架传输系统的防碰撞控制方法和多桁架传输系统。

一种多桁架传输系统的防碰撞控制方法，包括以下步骤：

设定四种安全距离，分别为第一安全距离d1、第二安全距离d2、第三安全距离d3和第四安全距离d4，其中，d1＞d2＞d3＞d4；

获取同一轴向上的相邻两个桁架传输臂之间的距离，当两个所述桁架传输臂之间的距离小于或等于第一安全距离d1时，控制伺服电机停止动作，实现一级防撞措施；

当两个所述桁架传输臂之间的距离到达第二安全距离d2时，第一检测开关被触发并向控制器发出检测信号，所述控制器执行急停指令，控制所述伺服电机主动刹车，实现二级防撞措施；

当两个所述桁架传输臂之间的距离到达第三安全距离d3时，第二检测开关断开与伺服驱动器的sto信号连接，启动安全转矩切断功能，使所述伺服电机失去转矩输出，实现三级防撞措施；

当两个所述桁架传输臂之间的距离到达d4时，两个所述桁架传输臂之间通过机械限位结构进行硬限位，实现四级防撞措施。

上述的多桁架传输系统的防碰撞控制方法通过设置四种安全距离，能够实现四个等级的防撞措施。其中，一级防撞措施为程序控制的防干涉软限位，二级防撞措施是第一检测开关动作实现伺服控制主动刹车，三级防撞措施是第二检测开关动作在电气回路上切断伺服电机的动力来源，四级防撞措施是从机械结构上进行硬限位，如此，使得多桁架传输系统的安全措施的有效性和可靠程度逐层提高，实现多方位的保护，能够为多桁架传输系统提供一种安全有效的全方位防碰撞解决方案。

在其中一个实施例中，所述一级防撞措施具体包括以下步骤：

通过程序端设定两个所述桁架传输臂在任何情况下沿同一轴向的目标位置距离必须大于第一安全距离d1；

持续检测两个所述桁架传输臂沿同一轴向的当前位置值，并进行计算得到两个所述桁架传输臂沿同一轴向的当前位置距离；

当两个所述桁架传输臂沿同一轴向的当前位置距离小于或者等于第一安全距离d1时，控制所述伺服电机停止动作。

在其中一个实施例中，在所述一级防撞措施中，通过读取所述伺服电机的当前位置值和/或目标位置值，以获取各所述桁架传输臂当前位置值和/或目标位置值。

在其中一个实施例中，在所述一级防撞措施中，通过测距传感器或者拉线编码器实时测量两个所述桁架传输臂之间的距离。

在其中一个实施例中，所述一级防撞措施还包括以下步骤：

当两个所述桁架传输臂之间的距离小于或等于第一安全距离d1时，发出报警提示信号。

在其中一个实施例中，所述第一检测开关为设置于其中一所述桁架传输臂上的行程开关，另一所述桁架传输臂上设有检测块，在所述二级防撞措施中，当两个所述桁架传输臂之间的距离到达第二安全距离d2时，所述行程开关与所述检测块相接触，所述行程开关被触发并向所述控制器发出检测信号。

在其中一个实施例中，所述第二检测开关为设置于其中一所述桁架传输臂上的接近开关，另一所述桁架传输臂上设有碰撞杆，在所述三级防撞措施中，当两个所述桁架传输臂之间的距离到达第三安全距离d3时，所述碰撞杆遮挡所述接近开关，所述接近开关断开与所述伺服驱动器的sto信号连接。

在其中一个实施例中，在所述设定四种安全距离，分别为第一安全距离d1、第二安全距离d2、第三安全距离d3和第四安全距离d4，其中，d1＞d2＞d3＞d4的步骤之前，还包括以下步骤：

接入工厂信息化管理系统，读取所搬运物料的尺寸和重量参数；

根据所搬运物料的尺寸和重量参数提前优化相邻两个所述桁架传输臂之间的安全移动区域参数。

本申请还提出一种多桁架传输系统，包括：

导轨；

至少两个桁架传输臂，各所述桁架传输臂均可移动地设置于所述导轨上；

至少两个伺服电机，与所述桁架传输臂一一对应地驱动连接；

防碰撞机构，所述防碰撞机构包括安装支架、限位杆、碰撞杆、第一检测开关、第二检测开关和检测块，所述安装支架及所述限位杆均设置于其中一所述桁架传输臂上，所述检测块和所述第二检测开关均设置于所述安装支架上，所述碰撞杆设置于相邻的另一所述桁架传输臂上并与所述限位杆相对，所述第一检测开关设置于所述碰撞杆上并能够与所述检测块触发配合；以及

控制器，所述控制器用于执行如上所述的多桁架传输系统的防碰撞控制方法。

在其中一个实施例中，当两个所述桁架传输臂之间的距离到达第二安全距离d2时，所述第一检测开关与所述检测块触发配合；当两个所述桁架传输臂之间的距离到达第三安全距离d3时，所述碰撞杆遮挡所述第二检测开关；当两个所述桁架传输臂之间的距离到达第四安全距离d4时，所述碰撞杆与所述限位杆相抵接。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例的多桁架传输系统的第一状态示意图；

图2为图1中的多桁架传输系统的第二状态示意图；

图3为图2中的a处的局部放大示意图；

图4为本发明一实施例的多桁架传输系统的防碰撞控制方法的流程示意图。

10、导轨；20、桁架传输臂；30、防碰撞机构；31、安装支架；32、限位杆；33、碰撞杆；34、第一检测开关；35、第二检测开关；36、检测块；37、缓冲块。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1和图2，本发明一实施例提供的多桁架传输系统，包括导轨10、至少两个桁架传输臂20、至少两个伺服电机、防碰撞机构30和控制器。各所述桁架传输臂20均可移动地设置于所述导轨10上，所述伺服电机与所述桁架传输臂20一一对应地驱动连接。请结合图3，所述防碰撞机构30包括安装支架31、限位杆32、碰撞杆33、第一检测开关34、第二检测开关35和检测块36，所述安装支架31及所述限位杆32均设置于其中一所述桁架传输臂20上，所述检测块36和所述第二检测开关35均设置于所述安装支架31上，所述碰撞杆33设置于相邻的另一所述桁架传输臂20上并与所述限位杆32相对，所述第一检测开关34设置于所述碰撞杆33上并能够与所述检测块36触发配合；所述控制器用于执行所述多桁架传输系统的防碰撞控制方法。

上述多桁架传输系统包括沿同一导轨10运动的至少两个桁架传输臂20，相邻的两个或多个桁架传输臂20能够共同进行搬运作业，以实现物料的搬运转移。在本实施例中，主要以两个桁架传输臂20配合组成的多桁架传输系统为例进行说明。

如图1所示，该多桁架传输系统包括相对且间隔设置的两个支座，各所述支座上分别设有一沿x轴向延伸的导轨10，两个桁架传输臂20均沿y轴延伸，且两个桁架传输臂20的两端分别与对应的导轨10滑动配合，通过伺服电机驱动桁架传输臂20沿x轴往复运动，各所述桁架传输臂20上还设有执行机械手，执行机械手可沿y轴和z轴往复运动，执行机械手用于拾取和释放物料。为了保证相邻的两个桁架传输臂20沿导轨10运动时不会发生碰撞，该多桁架传输系统还包括防撞机构。

具体地，当两个桁架传输臂20之间的距离大于第一安全距离d1时，两个桁架传输臂20可自由移动；当两个桁架传输臂20之间的距离等于或者小于d1时，通过控制器控制伺服电机停止动作，从而使两个桁架传输臂20停止移动，实现一级防撞措施；当两个桁架传输臂20继续移动直到两者之间的距离到达第二安全距离d2时，此时，碰撞杆33上的第一检测开关34与安装支架31上的检测块36相接触，第一检测开关34向控制器发出检测信号，控制器执行mc_stop急停指令，控制伺服电机主动刹车，实现二级防撞措施；当两个桁架传输臂20继续移动直到两者之间的距离到达第三安全距离时，此时，碰撞杆33刚刚遮盖第二检测开关35，第二检测开关35断开与伺服驱动器的sto信号连接，启动安全转矩切断功能，使所述伺服电机失去转矩输出，实现三级防撞措施；当两个桁架传输臂20继续移动直到两者之间的距离到达第四安全距离时，此时，碰撞杆33与限位杆32相抵接进行机械硬限位，保证两个桁架传输臂20主体不会直接发生碰撞，实现四级防撞措施。如此，通过从程序控制的防干涉软限位实现一级防撞措施，到伺服控制的主动刹车实现二级防撞措施，再到电气回路上的切断伺服电机的动力来源实现三级防撞措施，最后再到机械结构上的硬限位实现四级防撞措施，使得多桁架传输系统的安全措施的有效性和可靠程度逐层提高，实现多方位的保护。其中，第一检测开关34具体可采用行程开关，第二检测开关35具体可采用接近开关。

进一步地，在本实施例中，所述限位杆32与所述碰撞杆33相对的一端设有缓冲块37。如此，当限位杆32与碰撞杆33相接触时，通过缓冲块37能够起到一定的缓冲作用，进一步减小冲击力。其中，缓冲块37可采用橡胶块、硅胶块或者海绵等柔性材质制成。

请结合图4，本申请还提出一种多桁架传输系统的防碰撞控制方法，包括以下步骤：

s1、设定四种安全距离，分别为第一安全距离d1、第二安全距离d2、第三安全距离d3和第四安全距离d4，其中，d1＞d2＞d3＞d4；

s2、获取同一轴向上的相邻两个桁架传输臂20之间的距离，当两个所述桁架传输臂20之间的距离小于或等于第一安全距离d1时，控制伺服电机停止动作，实现一级防撞措施；

s3、当两个所述桁架传输臂20之间的距离到达第二安全距离d2时，第一检测开关34被触发并向控制器发出检测信号，所述控制器执行mc_stop急停指令，控制所述伺服电机主动刹车，实现二级防撞措施；

s4、当两个所述桁架传输臂20之间的距离到达第三安全距离d3时，第二检测开关35断开与伺服驱动器的sto信号连接，启动安全转矩切断功能，使所述伺服电机失去转矩输出，实现三级防撞措施；

s5、当两个所述桁架传输臂20之间的距离到达第四安全距离d4时，两个所述桁架传输臂20之间通过机械限位结构进行硬限位，实现四级防撞措施。

上述的多桁架传输系统的防碰撞控制方法通过设置四种安全距离，能够实现四个等级的防撞措施。其中，一级防撞措施为程序控制的防干涉软限位，二级防撞措施是第一检测开关34动作实现伺服控制主动刹车，三级防撞措施是第二检测开关35动作在电气回路上切断伺服电机的动力来源，四级防撞措施是从机械结构上进行硬限位，如此，使得多桁架传输系统的安全措施的有效性和可靠程度逐层提高，实现多方位的保护，能够为多桁架传输系统提供一种安全有效的全方位防碰撞解决方案。

进一步地，在本实施例中，所述一级防撞措施具体包括以下步骤：

s21、通过程序端设定两个所述桁架传输臂20在任何情况下沿同一轴向的目标位置距离必须大于第一安全距离d1；

s22、持续检测两个所述桁架传输臂20沿同一轴向的当前位置值，并进行计算得到两个所述桁架传输臂20沿同一轴向的当前位置距离；

s23、当两个所述桁架传输臂20沿同一轴向的当前位置距离小于或者等于第一安全距离d1时，控制所述伺服电机停止动作。

具体地，第一安全距离d1为程序限定防干涉软限位间距，可根据实际需求进行设定。例如，可设定第一安全距离d1＝第二安全距离d2+10mm。在多桁架传输系统通电运作开始，控制器在每个循环控制周期都会检测两个桁架传输臂20沿x轴的当前位置值，例如，如图1所示，左侧桁架传输臂20的当前位置值为xl_actpos，右侧桁架传输臂20的当前位置值为xr_actpos，当xl_actpos与xr_actpos的差值小于等于第一安全距离d1时，立刻停止电机动作。同样地，控制器在每个循环周期都会检测左侧桁架传输臂20和右侧桁架传输臂20需要执行的目标位置值，当两者的目标位置值的差值小于等于第一安全距离d1时，立刻停止电机动作。本实施例主要以沿x轴运动的两个桁架传输臂20为例进行说明，在其他实施例中，沿y轴运动的两个及以上的桁架传输臂20，或者沿z轴运动的两个及以上的桁架传输臂20，同样适用于上述控制方法。

进一步地，在本实施例中，在所述一级防撞措施中，通过读取所述伺服电机的当前位置值和/或目标位置值，以获取各所述桁架传输臂20当前位置值和/或目标位置值。伺服电机控制的关键参数是伺服轴的当前位置和目标位置，通过后台控制器直接读取伺服电机的当前位置值和目标位置值，便能够获取桁架传输臂20的当前位置值和目标位置值，进而通过计算便可得到两个桁架传输臂20之间的当前位置距离和目标位置距离，如此，可实现两个桁架传输臂20之间的远距离检测。

当然，在其他实施例中，在所述一级防撞措施中，还可通过测距传感器或者拉线编码器实时测量两个所述桁架传输臂20之间的距离。其中，测距传感器包括但不限于采用激光测距传感器、超声波测距传感器、红外测距传感器等。

进一步地，在本实施例中，所述一级防撞措施还包括以下步骤：

当两个所述桁架传输臂20之间的距离小于或等于第一安全距离d1时，发出报警提示信号。通过发出报警提示信号可提醒操作人员注意安全并进行安全排查。其中，报警提示信号可以为光信号或者声音信号。

进一步地，在本实施例中，所述第一检测开关34为设置于其中一所述桁架传输臂20上的行程开关，另一所述桁架传输臂20上设有检测块36，在所述二级防撞措施中，当两个所述桁架传输臂20之间的距离到达第二安全距离d2时，所述行程开关与所述检测块36相接触，所述行程开关被触发并向所述控制器发出检测信号。

具体地，如图3所示，当伺服电机编码器反馈值故障或伺服轴原点坐标有误导致两桁架传输臂20沿x轴的实际间距缩小到第二安全距离d2时，启动二级防护措施。此时，右侧桁架传输臂20上的行程开关与左侧桁架传输臂20上的检测块36相接触从而触发检测信号，行程开关发出检测信号通知控制器执行mc_stop的伺服电机急停功能，此时伺服电机执行正常刹车指令。

进一步地，在本实施例中，所述第二检测开关35为设置于其中一所述桁架传输臂20上的接近开关，另一所述桁架传输臂20上设有碰撞杆33，在所述三级防撞措施中，当两个所述桁架传输臂20之间的距离到达第三安全距离d3时，所述碰撞杆33遮挡所述接近开关，所述接近开关断开与所述伺服驱动器的sto信号连接。

具体地，如图3所示，当伺服电机故障导致正常刹车功能不能完全阻止左右桁架传输臂20沿x轴进一步靠近运动，两桁架传输臂20之间的距离进一步缩小到第三安全距离d3时，启动三级防护措施。此时，碰撞杆33遮挡接近开关的检测信号发出，正常情况下常闭信号的接近开关断开与驱动器sto信号的连接，以纯电气回路的物理机制执行sto(safetorqueoff)安全功能，断开伺服电机动力来源，使电机失去转矩输出结合电机自带的制动器使两桁架传输臂20停止运动。

进一步地，失去动力供给且执行制动的情况下，即使左右侧两桁架传输臂20沿x轴的间距缩小到第四安全距离d4，碰撞杆33与限位杆32相接触实现机械硬限位，防止两个桁架传输臂20主体直接接触碰撞。可选地，限位杆32和/或碰撞杆33的端部还设有柔性的缓冲块37，可起到缓冲作用，进一步减小冲击力。

进一步地，在上述实施例的基础上，在所述设定四种安全距离，分别为第一安全距离d1、第二安全距离d2、第三安全距离d3和第四安全距离d4，其中，d1＞d2＞d3＞d4的步骤之前，还包括以下步骤：

接入工厂信息化管理系统，自动读取所搬运物料的尺寸和重量参数；

根据所搬运物料的尺寸和重量参数提前优化相邻两个所述桁架传输臂20之间的安全移动区域参数。

通过配合工厂信息化管理系统，自动读取所搬运物料的各种参数，控制系统自动优化各伺服轴的速度和目标位置，达到合理高效搬运动作，同时可有效避免桁架传输臂20之间发生碰撞。

此外，还需要指出的是，上述实施例主要以两个桁架传输臂共同作业时的防碰撞控制方法为例进行说明。在两个以上的多桁架传输臂共同作业的设备同样适用于上述的多桁架传输系统的防碰撞控制方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

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