工业机器人的安全保护机制

工业机器人的安全保护机制紧急停止是一种超越其他任何操纵器控制的状态，断开驱动电源与操纵器电机的连接，停止所有运动部件，并断开电源与操纵器系统控制的任何可能存在危险的功能的连接。紧急停止状态意味着所有电源都要与操纵器断开连接，手动制动闸释放电路除外。必须执行恢复步骤，即重置紧急停止按钮并按电机开启按钮，才能返回至正常操作。紧急停止ES（1）紧急停止功能只能用于其特定用途及已定条件。（2）紧急停止功能用于在遇到紧急状况时立即停止设备。（3）紧急停止不得用于正常的程序停止，因为可能会造成操纵器额外的不必要磨损。注意事项在操纵器系统中，有多个可运行以实现紧急停止的紧急停止装置。示教器和控制器机柜上有紧急停止按钮，操纵器中也有其他类型的紧急停止（详阅本书3.1章节）。紧急停止设备安全停止意味着仅断开操纵器电机的电源。因此不需要执行恢复步骤。只需重新连接电机电源，就可以从安全停止状态返回正常操作。安全停止也称为保护性停止。安全停止（1）安全停止功能只能用于其特定用途及已定条件。（2）安全停止不得用于正常的程序停止，因为可能会造成操纵器额外的不必要磨损。注意事项（1）自动模式停止AS：在自动模式中断开驱动电源。在手动模式中，这个输入是不活动的。（2）常规停止GS：在所有操作模式中断开驱动电源。（3）上级停止SS：在所有操作模式中断开驱动电源。用于外部设备。安全停止的类型实际操作中，有些危险不能合理地消除或不能通过设计完全排除，安全保护就是借助保护装置使作业人员远离这些危险。某些安全保护机制（如光幕）激活时，保护装置可通过以受控方式停止操纵器来防止危险情形，可通过将保护装置连接到操纵器控制器上的任何安全停止输入来实现。每个现有保护装置都具有互锁装置，激活这些装置时将停止操纵器。操纵器单元门包含互锁，在打开单元门时该互锁将停止操纵器。恢复正常操作的唯一方法是关闭单元门。安全保护空间指的是保护装置的保护范围。例如，操纵器单元由单元门及其互锁装置进行安全保护。安全保护机制包含许多串联的保护装置。当一个保护装置启动时，保护链断开，此时不论保护链其它部分的保护装置状态如何，机器都会停止运行。安全保护1.工业机器人由哪些部分组成？各自起什么作用？2.什么是机器人控制器？控制器在工业机器人中起什么作用？3.说明IRC5控制柜控制面板上各按钮或旋钮的功能。。4.何时需要更新转数计数器，为什么？5.工业机器人控制器的功能主要有哪些？6.工业机器人的安全保护机制有哪些？思考题1.熟悉RC5控制柜控制面板上各按钮或旋钮的功能。2.会对工业机器人电池进行更换。3.练习更新转数计数器。实践练习任务一电磁式电器的认识和选用(2)直流电磁机构与交流电磁机构相比，直流线圈匝数多，因而电感量大。在断电瞬间，由于磁通的急剧变化，会感应出很高的反电动势，容易使线圈击穿损坏，所以常在线圈的两端反向并联一个由电阻和回路二极管组成的放电回路。图1-3直流线圈的放电回路。任务一电磁式电器的认识和选用3.电磁机构的工作原理及特性3.1电磁机构的工作原理在电磁机构中，衔铁受到两个方向相反力的作用：一个是线圈通电形成磁场产生的电磁吸力，它将衔铁吸向铁心；另一个是弹簧的反作用力，它使衔铁释放。线圈通电，只有当电磁吸力大于弹簧的反力时，衔铁才可靠地被铁心吸住。而当电磁线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在弹簧的反力作用下与铁心脱离，即衔铁释放。任务一电磁式电器的认识和选用3.2电磁机构的吸力特性所谓吸力特性，是指电磁机构的电磁吸力随衔铁与铁心间气隙宽度δ变化的关系曲线，它随励磁电流种类(交流或直流)、线圈的连接方式(串联或并联)的不同而有所差异。当线圈中通过电流时，磁路中产生磁通，该磁通产生使衔铁吸合的吸力。在电磁机构的气隙宽度δ较小，磁通分布比较均匀的条件下，电磁机构的吸力Fat可近似地按下式求得任务一电磁式电器的认识和选用(1)直流电磁机构的吸力特性直流电磁线圈通入的是恒定的直流电源，直流磁路对直流电路无影响，所以励磁电流不受磁路气隙宽度δ的影响，磁通势(I·N)也不受磁路气隙的影响，根据磁路欧姆定律，该直流磁通势在磁路中产生的磁通为:

式中:Φ———磁通，单位为Wb；I·N———磁通势，单位为安匝；Rm=δμ0S———气隙磁阻；δ———气隙宽度。任务一电磁式电器的认识和选用直流电磁机构的衔铁吸合前后吸力变化很大，气隙越小，吸力越大。而衔铁吸合前后吸引线圈励磁电流不变，故直流电磁机构适用于动作频繁的场合，且衔铁吸合后电磁吸力大，工作可靠。当直流电磁机构吸引线圈断电时，由于电磁感应，将会在吸引线圈中产生很大的感应电动势，其值可达线圈额定电压的十多倍，使电器因过电压而损坏。任务一电磁式电器的认识和选用（2）交流电磁机构的吸力特性对于具有电压线圈的交流电磁机构，其吸力特性与直流电磁机构有所不同。交流电磁机构吸引线圈的电阻远比其感抗值小，在忽略线圈电阻和漏磁情况下，线圈电压与磁通的关系为:U≈E=4.44fNφ即

Φ=U/4.44fN(1-4)式中:U———线圈电压有效值，单位为V；E———线圈感应电势，单位为V；f———线圈电压的频率，单位为Hz；N———线圈匝数；Φ———气隙磁通平均值，单位为Wb。任务一电磁式电器的认识和选用由以上分析可以得出如下结论：直流电磁机构具有恒磁通势特性，吸力与气隙的平方成反比，电流与气隙大小无关；交流电磁机构具有恒磁链特性，吸力与气隙的大小无关，电流与气隙大小成正比。因此，直流电磁机构的吸力特性曲线比交流电磁机构的吸力特性曲线要陡。任务一电磁式电器的认识和选用3.3电磁机构的反力特性所谓反力特性，是指作用在电磁机构转动部分上的反作用力随气隙宽度δ变化的关系曲线。电磁机构的反力是指阻碍衔铁吸合，使之释放的力。（1）反力Fr的构成和反力特性的形式在忽略电磁机构运动部件重力和摩擦阻力的情况下，电磁机构的反力主要由释放弹簧和触点弹簧的弹力构成，用Fr表示。根据胡克定理，弹簧的弹力与其形变的位移X成正比，即反力特性可表示为:Fr=kX(1-5)因此，反力特性曲线都是直线段，如图1-6中的曲线3所示。任务一电磁式电器的认识和选用（2）反力形成的机理气隙减小的过程就是触点闭合的过程。在图1-6中δ1为气隙的最大值，此时电磁机构处于未通电的状态，衔铁处于释放状态，对应的动、静触点之间的距离称为触点开距，也叫触点行程。当线圈通电后，在吸力的作用下衔铁开始吸合，在衔铁吸合过程中，气隙由δ1开始减小时，释放弹簧被拉伸(或压缩)，反力逐渐线性地增大，如曲线3中的ab段所示，这一段为释放弹簧的反力变化曲线。由于触点弹簧预先被压缩了一段，已有一定的压力(称为初压力)，所以当气隙宽度到达δ2置位，即动、静触点刚刚接触时，初压力就加到了衔铁上，使反力突增，曲线突变，如曲线3中的bc段所示，bc段的高度为触点弹簧的初压力。此后在吸力的作用下衔铁进一步吸合，气隙由δ2再减小时，释放弹簧与触点弹簧同时作用，使反力变化量明显增大，如曲线3的cd段所示，线段cd比线段ab陡峭。任务一电磁式电器的认识和选用气隙越小，触点压得越紧，反力越大，直到吸力等于反力时，吸合过程结束，此时触点弹簧压缩的距离称为触点的超行程。触点完全闭合后，动触点已不再向前运动时的触点压力称为终压力。开距、超行程、初压力、终压力是触点系统的四个主要参数。开距是保证断开电弧和在规定的试验电压下不被击穿的安全距离；超行程保证了触点可靠地接触；初压力主要是限制并防止触点在刚接触时发生的机械振动；终压力保证了触点在闭合状态下具有较小的接触电阻。改变释放弹簧的松紧，可以改变反力特性曲线的位置，若将释放弹簧扭紧，则反力特性曲线上移；若将释放弹簧放松，则反力特性曲线平行下移。任务一电磁式电器的认识和选用3.4吸力特性与反力特性的配合为使电磁机构能正常工作，在衔铁吸合的过程中，电磁吸力都必须大于反力，即电磁吸力特性始终在反力特性的上方。但电磁吸力又不能过大，否则会使衔铁吸合时的运动速度过快，产生过大的冲击力，使衔铁与铁心柱端面形成严重的机械磨损，且过大的冲击力会使触点产生弹跳现象，导致触点的熔焊或烧损，引起严重的电磨损，降低触点的使用寿命。因此，电磁吸力特性与反力特性配合适当的尺度是，在保证衔铁可靠吸合的前提下，尽量减少衔铁和铁心柱端面间的机械磨损和触点的电磨损。为此，反力特性曲线应在电磁吸力特性曲线的下方且彼此靠近。任务一电磁式电器的认识和选用4.触头系统触头也叫触点，是电器元件的执行部分，用于控制电路的接通与断开。触点工作性能的好坏将直接影响整个电路的工作性能。触点通常用导电性能好的铜、银、镍及其合金材料制成。任务一电磁式电器的认识和选用4.1触点的接触形式触点的接触形式有点接触、面接触和线接触三种。三种接触形式中，点接触形式的触点接触面小，只用于小电流的电器中；面接触形式的触点接触面大，允许通过较大的电流，一般在接触表面镶有银合金，以减小触点接触电阻和提高耐磨性，多用于较大容量电器；线接触形式的触点接触区域是一条直线，其触点在通断过程中有滚动动作，这种滚动接触多用于中等容量的触点4.2触头的结构形式触头的结构形式主要有单断点指形触头和双断点桥式触头两种。任务一电磁式电器的认识和选用5.灭弧系统5.1电弧的产生及危害当触头分断电流时，由于电场的存在，触头间会产生电弧。电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象。电弧的存在既烧蚀触头的金属表面，缩短电器使用寿命，又延长了切断电路的时间，还容易形成飞弧造成电源短路事故，所以必须迅速将电弧熄灭。任务一电磁式电器的认识和选用5.2常用的灭弧方法（1）电动力灭弧(双断口灭弧)。如图1-8(a)所示，这是桥式双断口触头系统，在触点分断时，将电弧分成两段以提高电弧的起弧电压；同时利用两段电弧相互间产生的电动力将电弧向外侧拉长，以增大电弧与冷空气的接触面，从而迅速散热而灭弧。任务一电磁式电器的认识和选用（2）灭弧柵片灭弧。灭弧栅片是一组镀铜的薄铜片，它们彼此间相互绝缘，如图1-8(b)所示。电弧在电动力的作用下被推入栅片中分割成数段，而栅片就是这些电弧的电极。每两片栅片间都有150~250V的绝缘强度，使整个灭弧栅片的绝缘强度大大提高，以致外加电压无法维持，电弧迅速熄灭。此外，栅片还能吸收电弧热量，使电弧冷却。任务一电磁式电器的认识和选用（3）磁吹灭弧。如图1-8(c)所示，在触头电路中串入一个磁吹线圈，该线圈产生的磁场由导磁板引向触头周围，其方向由右手定则确定。触头间的电弧所产生的磁场，其方向为⊙+所示。这两个磁场在电弧下方方向相同(叠加)，在电弧上方方向相反(相减)，所以电弧下方的磁场强于上方的磁场。在下方磁场作用下，电弧受力的方向为F所指的方向。在F的作用下，电弧被吹离触头，经熄弧角引进灭弧罩，使电弧熄灭。任务一电磁式电器的认识和选用（4）灭弧罩灭弧。在电弧所形成的磁场电动力的作用下，可使电弧拉长并进入灭弧罩的窄(纵)缝中。几条纵缝可将电弧分割成数段，并且与固体介质相接触时，还能吸收电弧热量使电弧冷却，从而使电弧迅速熄灭。三、拓展知识1.电磁机构的继电特性三、拓展知识1.电磁机构的继电特性任务一电磁式电器的认识和选用习题与思考题1、什么是低压电器?低压电器的分类有哪些？2、简述电磁机构的吸力特性和反力特性。两者之间应满足怎样的配合关系?3、常用的灭弧方法有哪些?三、拓展知识1.电磁机构的继电特性三、拓展知识1.电磁机构的继电特性

项目一常用低压电器的认识和选用学习目标1、了解接触器的概念及分类；2、掌握接触器的工作原理、符号及技术参数；3、能够根据工程实际需要选择合适的接触器。任务二

接触器的的认识和选用一、任务导入接触器主要用于电力拖动控制系统，用来控制电路的通断。对这类电器的技术要求是：有一定通断能力，操作频率要高，电器和机械寿命长。它不同于低压断路器，虽有一定的过载能力，但却不能切断短路电流，也不具备过载保护的功能。由于接触器结构紧凑、价格低廉、工作可靠、维护方便，因而用途十分广泛。在PLC控制系统中，接触器常作为输出执行元件，用于控制电动机、电热设备、电焊机、电容器等负载。任务二

接触器的的认识和选用二、相关知识1、接触器的概念及分类接触器是一种用于频繁地接通或分断带有负载的交、直流电路或大容量控制电路的自动控制电器。在功能上，接触器除能实现自动切换外，还具有手动开关所不能实现的远距离操作功能和失电压保护功能。接触器的图形符号如图1-10所示，文字符号为KM。

任务二

接触器的的认识和选用接触器按灭弧介质分，有空气式接触器、油浸式接触器和真空接触器等；按主触头控制的电流种类可分为交流接触器和直流接触器。其中应用最广泛的是空气电磁式交流接触器和空气电磁式直流接触器，简称为交流接触器和直流接触器。任务二

接触器的的认识和选用2、交流接触器的结构和工作原理交流接触器用于控制电压为380V以下、电流为600A以下的交流电路，频繁地起动和控制交流电动机等电气设备。图1-11为CJ10-20型交流接触器的外形与结构示意图。交流接触器由以下四部分组成:任务二

接触器的的认识和选用2.1电磁机构：由吸引线圈、动铁芯(衔铁)和静铁芯组成，其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作。2.2触头系统：包括主触点和辅助触点。主触点用于通断主电路，通常有3对常开触点。辅助触点用于控制电路，一般有两对常开和两对常闭触点；辅助触点容量小，不设灭弧装置，主要用于控制电路。2.3灭弧装置：容量在10A以上的接触器都有灭弧装置。