工業(yè)機(jī)器人的安全保護(hù)機(jī)制

工業(yè)機(jī)器人的安全保護(hù)機(jī)制緊急停止是一種超越其他任何操縱器控制的狀態(tài)，斷開(kāi)驅(qū)動(dòng)電源與操縱器電機(jī)的連接，停止所有運(yùn)動(dòng)部件，并斷開(kāi)電源與操縱器系統(tǒng)控制的任何可能存在危險(xiǎn)的功能的連接。緊急停止?fàn)顟B(tài)意味著所有電源都要與操縱器斷開(kāi)連接，手動(dòng)制動(dòng)閘釋放電路除外。必須執(zhí)行恢復(fù)步驟，即重置緊急停止按鈕并按電機(jī)開(kāi)啟按鈕，才能返回至正常操作。緊急停止ES（1）緊急停止功能只能用于其特定用途及已定條件。（2）緊急停止功能用于在遇到緊急狀況時(shí)立即停止設(shè)備。（3）緊急停止不得用于正常的程序停止，因?yàn)榭赡軙?huì)造成操縱器額外的不必要磨損。注意事項(xiàng)在操縱器系統(tǒng)中，有多個(gè)可運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)緊急停止的緊急停止裝置。示教器和控制器機(jī)柜上有緊急停止按鈕，操縱器中也有其他類(lèi)型的緊急停止（詳閱本書(shū)3.1章節(jié)）。緊急停止設(shè)備安全停止意味著僅斷開(kāi)操縱器電機(jī)的電源。因此不需要執(zhí)行恢復(fù)步驟。只需重新連接電機(jī)電源，就可以從安全停止?fàn)顟B(tài)返回正常操作。安全停止也稱(chēng)為保護(hù)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條件。（2）安全停止不得用于正常的程序停止，因?yàn)榭赡軙?huì)造成操縱器額外的不必要磨損。注意事項(xiàng)（1）自動(dòng)模式停止AS：在自動(dòng)模式中斷開(kāi)驅(qū)動(dòng)電源。在手動(dòng)模式中，這個(gè)輸入是不活動(dòng)的。（2）常規(guī)停止GS：在所有操作模式中斷開(kāi)驅(qū)動(dòng)電源。（3）上級(jí)停止SS：在所有操作模式中斷開(kāi)驅(qū)動(dòng)電源。用于外部設(shè)備。安全停止的類(lèi)型實(shí)際操作中，有些危險(xiǎn)不能合理地消除或不能通過(guò)設(shè)計(jì)完全排除，安全保護(hù)就是借助保護(hù)裝置使作業(yè)人員遠(yuǎn)離這些危險(xiǎn)。某些安全保護(hù)機(jī)制（如光幕）激活時(shí)，保護(hù)裝置可通過(guò)以受控方式停止操縱器來(lái)防止危險(xiǎn)情形，可通過(guò)將保護(hù)裝置連接到操縱器控制器上的任何安全停止輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)現(xiàn)有保護(hù)裝置都具有互鎖裝置，激活這些裝置時(shí)將停止操縱器。操縱器單元門(mén)包含互鎖，在打開(kāi)單元門(mén)時(shí)該互鎖將停止操縱器?；謴?fù)正常操作的唯一方法是關(guān)閉單元門(mén)。安全保護(hù)空間指的是保護(hù)裝置的保護(hù)范圍。例如，操縱器單元由單元門(mén)及其互鎖裝置進(jìn)行安全保護(hù)。安全保護(hù)機(jī)制包含許多串聯(lián)的保護(hù)裝置。當(dāng)一個(gè)保護(hù)裝置啟動(dòng)時(shí)，保護(hù)鏈斷開(kāi)，此時(shí)不論保護(hù)鏈其它部分的保護(hù)裝置狀態(tài)如何，機(jī)器都會(huì)停止運(yùn)行。安全保護(hù)1.工業(yè)機(jī)器人由哪些部分組成？各自起什么作用？2.什么是機(jī)器人控制器？控制器在工業(yè)機(jī)器人中起什么作用？3.說(shuō)明IRC5控制柜控制面板上各按鈕或旋鈕的功能。。4.何時(shí)需要更新轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器，為什么？5.工業(yè)機(jī)器人控制器的功能主要有哪些？6.工業(yè)機(jī)器人的安全保護(hù)機(jī)制有哪些？思考題1.熟悉RC5控制柜控制面板上各按鈕或旋鈕的功能。2.會(huì)對(duì)工業(yè)機(jī)器人電池進(jìn)行更換。3.練習(xí)更新轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器。實(shí)踐練習(xí)任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用(2)直流電磁機(jī)構(gòu)與交流電磁機(jī)構(gòu)相比，直流線(xiàn)圈匝數(shù)多，因而電感量大。在斷電瞬間，由于磁通的急劇變化，會(huì)感應(yīng)出很高的反電動(dòng)勢(shì)，容易使線(xiàn)圈擊穿損壞，所以常在線(xiàn)圈的兩端反向并聯(lián)一個(gè)由電阻和回路二極管組成的放電回路。圖1-3直流線(xiàn)圈的放電回路。任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用3.電磁機(jī)構(gòu)的工作原理及特性3.1電磁機(jī)構(gòu)的工作原理在電磁機(jī)構(gòu)中，銜鐵受到兩個(gè)方向相反力的作用：一個(gè)是線(xiàn)圈通電形成磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁吸力，它將銜鐵吸向鐵心；另一個(gè)是彈簧的反作用力，它使銜鐵釋放。線(xiàn)圈通電，只有當(dāng)電磁吸力大于彈簧的反力時(shí)，銜鐵才可靠地被鐵心吸住。而當(dāng)電磁線(xiàn)圈斷電時(shí)，電磁吸力消失，銜鐵在彈簧的反力作用下與鐵心脫離，即銜鐵釋放。任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用3.2電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性所謂吸力特性，是指電磁機(jī)構(gòu)的電磁吸力隨銜鐵與鐵心間氣隙寬度δ變化的關(guān)系曲線(xiàn)，它隨勵(lì)磁電流種類(lèi)(交流或直流)、線(xiàn)圈的連接方式(串聯(lián)或并聯(lián))的不同而有所差異。當(dāng)線(xiàn)圈中通過(guò)電流時(shí)，磁路中產(chǎn)生磁通，該磁通產(chǎn)生使銜鐵吸合的吸力。在電磁機(jī)構(gòu)的氣隙寬度δ較小，磁通分布比較均勻的條件下，電磁機(jī)構(gòu)的吸力Fat可近似地按下式求得任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用(1)直流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性直流電磁線(xiàn)圈通入的是恒定的直流電源，直流磁路對(duì)直流電路無(wú)影響，所以勵(lì)磁電流不受磁路氣隙寬度δ的影響，磁通勢(shì)(I·N)也不受磁路氣隙的影響，根據(jù)磁路歐姆定律，該直流磁通勢(shì)在磁路中產(chǎn)生的磁通為:

式中:Φ———磁通，單位為Wb；I·N———磁通勢(shì)，單位為安匝；Rm=δμ0S———?dú)庀洞抛瑁沪摹獨(dú)庀秾挾?。任?wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用直流電磁機(jī)構(gòu)的銜鐵吸合前后吸力變化很大，氣隙越小，吸力越大。而銜鐵吸合前后吸引線(xiàn)圈勵(lì)磁電流不變，故直流電磁機(jī)構(gòu)適用于動(dòng)作頻繁的場(chǎng)合，且銜鐵吸合后電磁吸力大，工作可靠。當(dāng)直流電磁機(jī)構(gòu)吸引線(xiàn)圈斷電時(shí)，由于電磁感應(yīng)，將會(huì)在吸引線(xiàn)圈中產(chǎn)生很大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其值可達(dá)線(xiàn)圈額定電壓的十多倍，使電器因過(guò)電壓而損壞。任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用（2）交流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性對(duì)于具有電壓線(xiàn)圈的交流電磁機(jī)構(gòu)，其吸力特性與直流電磁機(jī)構(gòu)有所不同。交流電磁機(jī)構(gòu)吸引線(xiàn)圈的電阻遠(yuǎn)比其感抗值小，在忽略線(xiàn)圈電阻和漏磁情況下，線(xiàn)圈電壓與磁通的關(guān)系為:U≈E=4.44fNφ即

Φ=U/4.44fN(1-4)式中:U———線(xiàn)圈電壓有效值，單位為V；E———線(xiàn)圈感應(yīng)電勢(shì)，單位為V；f———線(xiàn)圈電壓的頻率，單位為Hz；N———線(xiàn)圈匝數(shù)；Φ———?dú)庀洞磐ㄆ骄?，單位為Wb。任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用由以上分析可以得出如下結(jié)論：直流電磁機(jī)構(gòu)具有恒磁通勢(shì)特性，吸力與氣隙的平方成反比，電流與氣隙大小無(wú)關(guān)；交流電磁機(jī)構(gòu)具有恒磁鏈特性，吸力與氣隙的大小無(wú)關(guān)，電流與氣隙大小成正比。因此，直流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性曲線(xiàn)比交流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性曲線(xiàn)要陡。任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用3.3電磁機(jī)構(gòu)的反力特性所謂反力特性，是指作用在電磁機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)部分上的反作用力隨氣隙寬度δ變化的關(guān)系曲線(xiàn)。電磁機(jī)構(gòu)的反力是指阻礙銜鐵吸合，使之釋放的力。（1）反力Fr的構(gòu)成和反力特性的形式在忽略電磁機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部件重力和摩擦阻力的情況下，電磁機(jī)構(gòu)的反力主要由釋放彈簧和觸點(diǎn)彈簧的彈力構(gòu)成，用Fr表示。根據(jù)胡克定理，彈簧的彈力與其形變的位移X成正比，即反力特性可表示為:Fr=kX(1-5)因此，反力特性曲線(xiàn)都是直線(xiàn)段，如圖1-6中的曲線(xiàn)3所示。任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用（2）反力形成的機(jī)理氣隙減小的過(guò)程就是觸點(diǎn)閉合的過(guò)程。在圖1-6中δ1為氣隙的最大值，此時(shí)電磁機(jī)構(gòu)處于未通電的狀態(tài)，銜鐵處于釋放狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的動(dòng)、靜觸點(diǎn)之間的距離稱(chēng)為觸點(diǎn)開(kāi)距，也叫觸點(diǎn)行程。當(dāng)線(xiàn)圈通電后，在吸力的作用下銜鐵開(kāi)始吸合，在銜鐵吸合過(guò)程中，氣隙由δ1開(kāi)始減小時(shí)，釋放彈簧被拉伸(或壓縮)，反力逐漸線(xiàn)性地增大，如曲線(xiàn)3中的ab段所示，這一段為釋放彈簧的反力變化曲線(xiàn)。由于觸點(diǎn)彈簧預(yù)先被壓縮了一段，已有一定的壓力(稱(chēng)為初壓力)，所以當(dāng)氣隙寬度到達(dá)δ2置位，即動(dòng)、靜觸點(diǎn)剛剛接觸時(shí)，初壓力就加到了銜鐵上，使反力突增，曲線(xiàn)突變，如曲線(xiàn)3中的bc段所示，bc段的高度為觸點(diǎn)彈簧的初壓力。此后在吸力的作用下銜鐵進(jìn)一步吸合，氣隙由δ2再減小時(shí)，釋放彈簧與觸點(diǎn)彈簧同時(shí)作用，使反力變化量明顯增大，如曲線(xiàn)3的cd段所示，線(xiàn)段cd比線(xiàn)段ab陡峭。任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用氣隙越小，觸點(diǎn)壓得越緊，反力越大，直到吸力等于反力時(shí)，吸合過(guò)程結(jié)束，此時(shí)觸點(diǎn)彈簧壓縮的距離稱(chēng)為觸點(diǎn)的超行程。觸點(diǎn)完全閉合后，動(dòng)觸點(diǎn)已不再向前運(yùn)動(dòng)時(shí)的觸點(diǎn)壓力稱(chēng)為終壓力。開(kāi)距、超行程、初壓力、終壓力是觸點(diǎn)系統(tǒng)的四個(gè)主要參數(shù)。開(kāi)距是保證斷開(kāi)電弧和在規(guī)定的試驗(yàn)電壓下不被擊穿的安全距離；超行程保證了觸點(diǎn)可靠地接觸；初壓力主要是限制并防止觸點(diǎn)在剛接觸時(shí)發(fā)生的機(jī)械振動(dòng)；終壓力保證了觸點(diǎn)在閉合狀態(tài)下具有較小的接觸電阻。改變釋放彈簧的松緊，可以改變反力特性曲線(xiàn)的位置，若將釋放彈簧扭緊，則反力特性曲線(xiàn)上移；若將釋放彈簧放松，則反力特性曲線(xiàn)平行下移。任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用3.4吸力特性與反力特性的配合為使電磁機(jī)構(gòu)能正常工作，在銜鐵吸合的過(guò)程中，電磁吸力都必須大于反力，即電磁吸力特性始終在反力特性的上方。但電磁吸力又不能過(guò)大，否則會(huì)使銜鐵吸合時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度過(guò)快，產(chǎn)生過(guò)大的沖擊力，使銜鐵與鐵心柱端面形成嚴(yán)重的機(jī)械磨損，且過(guò)大的沖擊力會(huì)使觸點(diǎn)產(chǎn)生彈跳現(xiàn)象，導(dǎo)致觸點(diǎn)的熔焊或燒損，引起嚴(yán)重的電磨損，降低觸點(diǎn)的使用壽命。因此，電磁吸力特性與反力特性配合適當(dāng)?shù)某叨仁牵诒ＷC銜鐵可靠吸合的前提下，盡量減少銜鐵和鐵心柱端面間的機(jī)械磨損和觸點(diǎn)的電磨損。為此，反力特性曲線(xiàn)應(yīng)在電磁吸力特性曲線(xiàn)的下方且彼此靠近。任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用4.觸頭系統(tǒng)觸頭也叫觸點(diǎn)，是電器元件的執(zhí)行部分，用于控制電路的接通與斷開(kāi)。觸點(diǎn)工作性能的好壞將直接影響整個(gè)電路的工作性能。觸點(diǎn)通常用導(dǎo)電性能好的銅、銀、鎳及其合金材料制成。任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用4.1觸點(diǎn)的接觸形式觸點(diǎn)的接觸形式有點(diǎn)接觸、面接觸和線(xiàn)接觸三種。三種接觸形式中，點(diǎn)接觸形式的觸點(diǎn)接觸面小，只用于小電流的電器中；面接觸形式的觸點(diǎn)接觸面大，允許通過(guò)較大的電流，一般在接觸表面鑲有銀合金，以減小觸點(diǎn)接觸電阻和提高耐磨性，多用于較大容量電器；線(xiàn)接觸形式的觸點(diǎn)接觸區(qū)域是一條直線(xiàn)，其觸點(diǎn)在通斷過(guò)程中有滾動(dòng)動(dòng)作，這種滾動(dòng)接觸多用于中等容量的觸點(diǎn)4.2觸頭的結(jié)構(gòu)形式觸頭的結(jié)構(gòu)形式主要有單斷點(diǎn)指形觸頭和雙斷點(diǎn)橋式觸頭兩種。任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用5.滅弧系統(tǒng)5.1電弧的產(chǎn)生及危害當(dāng)觸頭分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)，由于電場(chǎng)的存在，觸頭間會(huì)產(chǎn)生電弧。電弧實(shí)際上是觸頭間氣體在強(qiáng)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。電弧的存在既燒蝕觸頭的金屬表面，縮短電器使用壽命，又延長(zhǎng)了切斷電路的時(shí)間，還容易形成飛弧造成電源短路事故，所以必須迅速將電弧熄滅。任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用5.2常用的滅弧方法（1）電動(dòng)力滅弧(雙斷口滅弧)。如圖1-8(a)所示，這是橋式雙斷口觸頭系統(tǒng)，在觸點(diǎn)分?jǐn)鄷r(shí)，將電弧分成兩段以提高電弧的起弧電壓；同時(shí)利用兩段電弧相互間產(chǎn)生的電動(dòng)力將電弧向外側(cè)拉長(zhǎng)，以增大電弧與冷空氣的接觸面，從而迅速散熱而滅弧。任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用（2）滅弧柵片滅弧。滅弧柵片是一組鍍銅的薄銅片，它們彼此間相互絕緣，如圖1-8(b)所示。電弧在電動(dòng)力的作用下被推入柵片中分割成數(shù)段，而柵片就是這些電弧的電極。每?jī)善瑬牌g都有150~250V的絕緣強(qiáng)度，使整個(gè)滅弧柵片的絕緣強(qiáng)度大大提高，以致外加電壓無(wú)法維持，電弧迅速熄滅。此外，柵片還能吸收電弧熱量，使電弧冷卻。任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用（3）磁吹滅弧。如圖1-8(c)所示，在觸頭電路中串入一個(gè)磁吹線(xiàn)圈，該線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)由導(dǎo)磁板引向觸頭周?chē)?，其方向由右手定則確定。觸頭間的電弧所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，其方向?yàn)椤?所示。這兩個(gè)磁場(chǎng)在電弧下方方向相同(疊加)，在電弧上方方向相反(相減)，所以電弧下方的磁場(chǎng)強(qiáng)于上方的磁場(chǎng)。在下方磁場(chǎng)作用下，電弧受力的方向?yàn)镕所指的方向。在F的作用下，電弧被吹離觸頭，經(jīng)熄弧角引進(jìn)滅弧罩，使電弧熄滅。任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用（4）滅弧罩滅弧。在電弧所形成的磁場(chǎng)電動(dòng)力的作用下，可使電弧拉長(zhǎng)并進(jìn)入滅弧罩的窄(縱)縫中。幾條縱縫可將電弧分割成數(shù)段，并且與固體介質(zhì)相接觸時(shí)，還能吸收電弧熱量使電弧冷卻，從而使電弧迅速熄滅。三、拓展知識(shí)1.電磁機(jī)構(gòu)的繼電特性三、拓展知識(shí)1.電磁機(jī)構(gòu)的繼電特性任務(wù)一電磁式電器的認(rèn)識(shí)和選用習(xí)題與思考題1、什么是低壓電器?低壓電器的分類(lèi)有哪些？2、簡(jiǎn)述電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性和反力特性。兩者之間應(yīng)滿(mǎn)足怎樣的配合關(guān)系?3、常用的滅弧方法有哪些?三、拓展知識(shí)1.電磁機(jī)構(gòu)的繼電特性三、拓展知識(shí)1.電磁機(jī)構(gòu)的繼電特性

項(xiàng)目一常用低壓電器的認(rèn)識(shí)和選用學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解接觸器的概念及分類(lèi)；2、掌握接觸器的工作原理、符號(hào)及技術(shù)參數(shù)；3、能夠根據(jù)工程實(shí)際需要選擇合適的接觸器。任務(wù)二

接觸器的的認(rèn)識(shí)和選用一、任務(wù)導(dǎo)入接觸器主要用于電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)，用來(lái)控制電路的通斷。對(duì)這類(lèi)電器的技術(shù)要求是：有一定通斷能力，操作頻率要高，電器和機(jī)械壽命長(zhǎng)。它不同于低壓斷路器，雖有一定的過(guò)載能力，但卻不能切斷短路電流，也不具備過(guò)載保護(hù)的功能。由于接觸器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、工作可靠、維護(hù)方便，因而用途十分廣泛。在PLC控制系統(tǒng)中，接觸器常作為輸出執(zhí)行元件，用于控制電動(dòng)機(jī)、電熱設(shè)備、電焊機(jī)、電容器等負(fù)載。任務(wù)二

接觸器的的認(rèn)識(shí)和選用二、相關(guān)知識(shí)1、接觸器的概念及分類(lèi)接觸器是一種用于頻繁地接通或分?jǐn)鄮в胸?fù)載的交、直流電路或大容量控制電路的自動(dòng)控制電器。在功能上，接觸器除能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換外，還具有手動(dòng)開(kāi)關(guān)所不能實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)距離操作功能和失電壓保護(hù)功能。接觸器的圖形符號(hào)如圖1-10所示，文字符號(hào)為KM。

任務(wù)二

接觸器的的認(rèn)識(shí)和選用接觸器按滅弧介質(zhì)分，有空氣式接觸器、油浸式接觸器和真空接觸器等；按主觸頭控制的電流種類(lèi)可分為交流接觸器和直流接觸器。其中應(yīng)用最廣泛的是空氣電磁式交流接觸器和空氣電磁式直流接觸器，簡(jiǎn)稱(chēng)為交流接觸器和直流接觸器。任務(wù)二

接觸器的的認(rèn)識(shí)和選用2、交流接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理交流接觸器用于控制電壓為380V以下、電流為600A以下的交流電路，頻繁地起動(dòng)和控制交流電動(dòng)機(jī)等電氣設(shè)備。圖1-11為CJ10-20型交流接觸器的外形與結(jié)構(gòu)示意圖。交流接觸器由以下四部分組成:任務(wù)二

接觸器的的認(rèn)識(shí)和選用2.1電磁機(jī)構(gòu)：由吸引線(xiàn)圈、動(dòng)鐵芯(銜鐵)和靜鐵芯組成，其作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，產(chǎn)生電磁吸力帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作。2.2觸頭系統(tǒng)：包括主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)。主觸點(diǎn)用于通斷主電路，通常有3對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)。輔助觸點(diǎn)用于控制電路，一般有兩對(duì)常開(kāi)和兩對(duì)常閉觸點(diǎn)；輔助觸點(diǎn)容量小，不設(shè)滅弧裝置，主要用于控制電路。2.3滅弧裝置：容量在10A以上的接觸器都有滅弧裝置。