机器人干涉区及互锁

干涉定义：两个或多个事物在时间轴上和空间轴上有重叠，即在某个时间内会同时到达同一区域实际可以减少的干涉区：工艺分配上要减少空间轴的重叠；实际存在但运行可以错开的干涉区：焊点点序定义时要减少时间轴的重叠，这个意义的干涉区要求研究干涉信号编制方法1、确定机器人工作顺序2、确定彼此的所有干涉区3、确定个机器人达到各干涉区的时间4、使用PROJECT以项目的形式将两机器人任务确定，并包含任务先后关系5、从时间轴上对比到达干涉区的先后顺序，先到先进干涉区6、因为任何一者先完成也没有意义，所以两者任务是完全关联的，有先后关系的一、下面介绍的2个机器人的I/O干涉信号设定时非常经典的，经过日本和台设：M32是置位，M34是复位，I/O信号为M3对应I31L ROBOTSTEP1應如何設定干涉信號：M34【3】先进入的机器人进入干涉区前将干涉信号OFFSTEP2應如何設定干涉信號：M34【3】再次将干涉信号OFF，确认进入干涉区后，其他机器人不进入干 I3 wait等待I3信号，I3 ON后，才能进入干涉区STEP3應如何設定干涉信號：M32【3】离开干涉区后，必须将干涉信号ON，允许其他机器人进入干涉1R ROBOTSTEP1應如何設定干涉信號：M32【3】STEP2應如何設定干涉信號：I3 wait等待I3信号，I3 ON后，才能进入干涉区 M34【3】机器人进入干涉区后将干涉信号OFFSTEP3應如何設定干涉信號：M32【3】离开干涉区后，必须将干涉信号ON，允许其他机器人进入干涉二、根据上述1个干涉区，推广至多干涉区（各干涉区相互干涉）设：M32是置位，M34是复位，I/O信号为M3对应I31L ROBOT1R ROBOTS1:M34[3]S1:M32[3]S2:M34[3]S2:I3 waitI3 wait M34[3]干涉区1干涉区1S3:M32[3]S3:M32[3]S4:M34[3]S4:S5:M34[3]S5:I3 waitI3 wait M34[3]干涉区2干涉区2S6:M32[3]S6:M32[3]S7:M34[3]S7:S8:M34[3]S8:I3 waitI3 wait M34[3]干涉区3干涉区3S9:M32[3]S9:M32[3]三、根据上述1个干涉区，推广至多干涉区（干涉区相互独立）设：M32是置位，M34是复位，I/O信号为M3/4/5对应I3/4/51R ROBOTS1:S2:S3:S4:S5:S6:S7:S8:S9:S1:S2:S3:S4:S5:S6:S7:S8:S9:四、根据上述1个干涉区，推广至多干涉区（干涉区既有相互独立，又有相互设：M32是置位，M34是复位，I/O信号为M3/4/5对应I3/4/5S4S7S71L ROBOT1R ROBOTS1:S2:S3:S4:S5:S6:S7:S8:S9:时到达同一区域。

干涉区干涉区的概念机器人的控制点TCP 到达某干涉区域的内侧或外侧时，可以输出状态信号（内侧为ON,外侧为OFF)。

机器人进入此区域时，相应的输入信号就被检测（如：禁止进入信号），只要有一个输入信号，机器人立即停止，处于等待状态，直到这个信号被清除。

I/O 部分进行这项处理工作。

干涉区的形式干涉区最多可设定32，其形式可以从以下二种中选择：• 立方体干涉区• 轴干涉区立方体干涉区立方体干涉区是与基座坐标、机器人坐标、用户坐标中任一坐标轴平行的立方体。

控制柜对机器人控制点进行判断，判断是在干涉区内还是干涉区外，并把判断情况以信号方式输出。

立方体干涉区作为基座坐标系或用户坐标系的平行的区域设定。

轴干涉区轴干涉区，是指判断各轴当前位置并输出信号的功能。

设定各轴正方向、负方向各自动作区域的最大值和最小值，判断各轴当前值是在区域内侧或外侧，并将该状态作为信号输出。

(ON: 区域内, OFF: 区域外)干涉区的建立方法立方体干涉区的建立方法立方体干涉区的设定方法有以下3种：输入立方体的坐标值输入立方体坐标的最大值和最小值。

具体操作步骤参考操作要领书 10-22。

示教顶点用轴操作键把机器人移到立方体的最大/最小位置。

具体操作步骤参考操作要领书 10-25。

输入立方体边长并示教中心点输入立方体的三边边长（轴长）数值后，用轴操作键把机器人移到中心点。

具体操作步骤参考操作要领书 10-26。

轴干涉区的建立方法数值输入轴数据具体操作步骤参考操作要领书 10-27。

用轴操作键移动机器人设定轴数据具体操作步骤参考操作要领书 10-29。

干涉区的工作机理梯形图程序40090 顺序等待此信号为开时，机器人的动作暂时停止。

功能与“hold暂停”相似，但有以下两点不同。

1. 机器人在动作过程中如果此信号为开，机器人为暂时停止状态，内部保持运转状态。

移动命令（MOV）以外的命令执行时不受影响。

“启动”灯为点亮状态。

“运转中”信号为开。

机器人干涉区及机器人互锁信号干涉区描述：同一工位的机器人，在工作过程中，需要进入到同一个区域，但在进入的先后次序无严格的限定，即：任意一台机器人先进入，在工艺上都允许（除了影响运行时间外），允许使用干涉区信号对控制机器人运行，防止机器人之间碰撞。

对于有严格的工艺时序的干涉，采用互锁信号来控制。

1、机器人干涉区采用绝对优先方式，说明如下：R4机器人优先，使用干涉信号“17”，R2机器人输出OT#（17），为R4机器人输入IN#（17）；R4机器人输出OT#（17），为R2机器人输入IN#（17）。

说明：1）、关于程序结束时，干涉区信号的状态ON ：程序结束后状态：R2机器人的OT#（17）ON ；R4机器人的OT#（17）ON 。

干涉区允许信号保持ON 状态；因为 如果R4的干涉信号OFF ，则必须知道R2机器人已经离开干涉区，这样机器人之间还需要更多的交互信号；如果在R2\R4都循环完成后OFF ，则可能影响机器人利用效率。

2）、2次干涉信号允许确认：防止2台机器人同时进入干涉区，既：机器人禁止另一台进入信号已经发出，但对方尚未接收到信号时刻，2台机器人存在同时进入了干涉区的可能性。

3）、在PLC 编程中，信号关系： 信号对应关系如下（仅供参考），目的说明与互锁信号的区别。

2、 不同的干涉区使用不同的干涉信号：如果两台机器人之间存在多个干涉区，则要求使用不同的干涉区信号。

3、 干涉信号地址分配：从IN/OT--9开始，机器人之间干涉区数量按照4个进行预留，即：只要使用数量不超过4个，则存在干涉区机器人，在生产线交互信号中PLC 程序中，按照4个干涉区信号进行预留编程。

干涉信号地址分配表：4工位之间的机器人、同一工位的机器人之间干涉现象，但不属于干涉区描述属性时，采用互锁信号来处理。

R2机器人与R4机器人之间的互锁：R2机器人为焊接机器人，在工作台位置进行工件焊接，R4为搬运机器人，2台机器人在工作台位置处存在干涉现；工作时序：R2机器人焊接完成后，工作台夹具打开，R4机器人才能进行搬运。

机器人干涉区设计及应用探讨赵强;俞俊民【摘要】根据对机器人应用的理解,结合多年从事机器人应用的体会,探讨了有关设定机器人干涉区的控制方法,分了这种方法的控制机理和过程,具体探讨了这种方法在应用机器人的过程中如何有效地使用及其在使用中所需注意事项.【期刊名称】《沈阳工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(008)004【总页数】3页(P375-377)【关键词】干涉区;仲裁;机器人工作空间和时间【作者】赵强;俞俊民【作者单位】沈阳新松机器人自动化股份有限公司机器人事业部,沈阳110168;沈阳工程学院电气工程系,沈阳110136【正文语种】中文【中图分类】TP24221世纪是机器人与人共存的社会，机器人应用正在逐渐地引起人们的重视.在机器人应用中，除了机器人自身外，还必须有其他的设备，也就是所说的机器人应用环境.当任何参与机器人工作的人与设备，处在机器人运行轨迹空间时，就存在着机器人干涉事件发生的可能.与以往机械加工设备相比，机器人的作业空间难以界定.这种情况给应用机器人增加了不安全因素，同时也增加了使用机器人的难度.机器人干涉区功能，就是解决这样问题的一种方案.因此如何在机器人应用中有效使用这种功能，是机器人制造者和机器人使用者共同关注的问题，两者都需要对其干涉区的定义和功能进行深入的研究.1 干涉区设计机器人系统是个复杂的运动系统，为了表示组成机器人系统各个元部件的位置和姿态及它们之间的运动关系，定义了许多不同的坐标系统［1］.又由于机器人是通过电机驱动机械臂连杆完成规定动作的，这样为了描述机器人的正向运动，涉及到3种空间，即驱动空间、关节空间和操作空间［3］，这些空间的设计和建立都是必须的.但是，在机器人应用中，机器人作为一种使用工具，使用者更关心机器人在应用环境中可以直观预知的空间行为.上面提到的机器人的坐标系及上述的空间，都不能让使用者简单明了地勾勒出机器人的作业空间，即操作者不能像以往的机械设备那样明确地预知机器人的运动轨迹.为此就需要利用机器人已有的坐标系和空间的知识，定义出便于机器人使用者观测和表达的空间，为此产生出机器人干涉区的功能.尽管各家机器人厂商对于所谓干涉区的定义和设计有许多不同之处，但其思路都是通过一些方法规划出特定空间，当机器人存在于这个空间时，机器人控制器能够发出相应的信号，使外部设备控制器(或人)可以清楚地知道目前机器人已经处于这个空间之中(或者是机器人不在这个空间).目前在工业机器人应用中，主要有2种确定干涉区的方法.一种是定义1个立方体(见图1)，其位置建立在机器人WORLD坐标系中，大小是相对于立方体中心点给出的(关于立方体给出的方法，各机器人厂家有所不同，图1中仅是其中1种).当机器人进入这个设定的空间之内，机器人控制器就发出信号.图1 干涉区立方体另外一种方法是，定义机器人轴系中某个轴的运行范围.2个角度值之间就定义了1个区域(见图2)，即轴区间干涉.同样也是当机器人进入定义的空间后发出信号.图2 轴运行范围立方体干涉区以及轴区间干涉区是相对于不同的应用，实际可以定义多个这样的区，图2给出的例子就定义了A、B 2个区.当机器人在不同的区域时则对应不同的输出信号，多个区域，则对应多个信号.由于机器人运动的复杂性，干涉区的空间形状也是复杂的.为了使干涉区能够准确地描述机器人的作业空间，实际应用中的干涉区往往是叠加而成的，它由许多基本的干涉区复合成1个复杂的干涉区间.干涉区就是一系列这样工作空间包络的集合.这个集合G的要素是时间T和空间S，可以表述为:图3是实际应用的例子［2］.例子中设置了多个干涉区，这些干涉区围成了1个复杂的空间.图3 基于干涉区复合实例2 仲裁机制设计干涉区的目的，是通过干涉区来反映机器人目前所处的空间.最终是要通过对于干涉区信息的采集，经过仲裁机制来约束机器人的运动(行为).在机器人应用中，典型的应用是将防止机器人干涉(与机器人的环境)作为仲裁目的.分析机器人干涉的过程可知，只有当机器人与其环境(包括人、设备、机器人等)在相同的空间，同时工作时，才可能发生干涉.根据设定的干涉区，参考式(1)，仲裁机构可以感知到发生的这种情况.当出现这种情况后，就需要仲裁机构来处理，避免机器人干涉事件发生.这就要求仲裁机构:①可以感知机器人在干涉区的信息;②通过对信息的判断，确定机器人能否发生碰撞;③能够在需要的情况下停止机器人(或环境中的设备)的运动.这里仲裁的任务就是判断并防止机器人在工作空间出现干涉.机器人工程中的应用，许多情况是将机器人和其最基本的应用环境组合成一体，作为机器人基本工作单元，称为CELL.这样的结构使机器人更能适应复杂的工程项目，同时也减少了工程开发的工作量.系统的结构如图4.对于这种应用，机器人与环境之上没有高层的管理系统，其仲裁来自于自己和对方的行为(通过传感器)，并通过对自己行为的约束，达到控制的目的，其是个具有分布式结构的基于行为仲裁的控制系统［5］.图4 CELL结构尽管在人们设计机器人行为时，主观上要求避免干涉.但是由于机器人动作空间的多变性和使用环境的复杂性，还是存在发生干涉的可能.这种基于行为的仲裁机制，有利于减少仅凭主观设计机器人行为的不足.当仲裁机制建立在后台程序平台上时，会更有效地发挥这种控制方式的优点，提高使用机器人的安全性.3 应用方法由于机器人的作业空间不确定，因此对于任何机器人应用项目和工程，防止机器人干涉都是个不能回避的问题.机器人干涉区功能，提供了解决这个问题的方法.下面是一些成功的典型用法，可供参考.1)为了防止机器人与周边设备碰撞，设定干涉区.依据干涉区监控机器人与周边设备(包括工具)的变化空间，并据此判断、控制机器人及周边设备在不同空间的行为.干涉区经常设置成图2及图3的形式.2)为了防止机器人对人员的伤害，要保证在人员工作区内不能有机器人工作.当机器人运行区与人员活动区在工作中不能避免重合时，则设定人员工作区和机器人工作区.保证在人员工作区内，不能有机器人工作;在机器人工作区中，如果出现人员进入，机器人停止运行.为了确保人员的安全，参与这类干涉区的控制电路要按照安全标准电路设计.3)由于工作需要，2台机器人(或1台机器人与1个其他工作空间变化的设备)在1个相同的作业空间中工作，为了防止干涉，设置1个干涉区，比如立方体干涉区见图1.机器人进入干涉区工作之前，先检测在干涉区内是否已经有机器人在工作.如果没有则进入并向外部发出信号，指示干涉区内有机器人工作;如果已经有机器人在干涉区内工作，则等待.当干涉区内机器人离开后，再进入干涉区工作.保证在同一时间段干涉区内只有1台机器人工作.4)在1个工作区间有多个移动机器人协同工作.为设计和评价多机器人协调工作，设计干涉区，并以此作为评价机器人工作的工具.由于机器人应用的多样性，干涉区的使用也有所不同.尤其重要的是需要从原理上理解干涉区的作用和使用方法，并注意下面的问题.实际机器人工作是由机器人携带的工具完成的，因此，机器人工作空间直观地反映的是机器人工具的工作空间.不过机器人整体在加工过程中是变化的，除机器人工具运行空间外还可能有机器人的其他部分(如关节)与周边设备发生干涉.核对并评价机器人所有可能发生干涉的空间，当单一感知信息不足以确定机器人空间时，就需要采用多种技术确定干涉空间.常用的方法是，采用增加传感器和增加干涉区的办法.通过对传感器的综合判断，确定实际的干涉区间.要理解机器人可达空间与可操作空间的意义.另一个需要注意的问题，就是要关注机器人干涉空间的变化，尤其注意干涉区变化会引起逻辑状态的改变.例如有2个干涉区Gx和Gy，对应的输出分别为X、Y.当Gx∩GY=Ф (Ф 表示空集)时X、Y是2个独立的输出.当Gx⊆Gy时X、Y就不是2个独立的输出，此时 X=Y.由于仲裁是根据不同空间对应不同输出来进行逻辑判断的，随着空间的改变，必然引起反映空间输出的逻辑状态改变，从而将影响逻辑判断.4 结束语机器人干涉区功能是应用机器人所必需掌握的一种有效工具.随着机器人应用的深入，人们对这个工具的认识也在不断地深入.这里旨在抛砖引玉，使大家对这个问题有更多的关注.参考文献［1］陈哲，吉熙章.机器人技术基础［M］.北京:机械工业出版社，1997.［2］Siegwart R，Nourbakhsh I R.自主移动机器人导论［M］.李人厚，译.西安:西安交通大学出版社，2006.［3］熊有伦.机器人学［M］.北京:机械工业出版社，1993.［4］王遇科.离散数学［M］.北京:北京工业学院出版社，1986.［5］Dani Goldberg，Maja J Mataric.Interference as a tool for designing and evaluating multi-robot controllers［J］.Brandeis University Journal，1997.。

基于 RobotStudio 的机器人干涉区设定方法及工程应用摘要:本文所的研究重点是中国现阶段工业机器人的运营管理系统和软件控制技术发展,首先经过对瑞典ABB企业所研制的计算机编程软件系统RobotStudio 进行系统分析和深入研究,构建了基于具体应用环境的企业人工智能实时、离线干预区域管理的系统设计方案,最后再经过具体的项目实践数据分析,总结干预区域设计技术下的工业机器人的应用优势。

关键词:RobotStudio;机器人干涉区;设定方法;工程应用二十一世纪,已成为了机器人与人共处的全新时期,而机器人技术也正在日益的发展引起着人们的重视.在机器人应用中,除去其本体以外,还需要包括其他的机械操作设备,也就是人们通常所说的机器人移动操作装置.而假如把任何和机器人协作的人和机器,都置身于机器人作业轨迹空间中工作的话,往往就会存在着由于其干涉区域问题,所产生的高风险现象.与以往机械加工装置相比,机器人的作业空间中也就往往不能稳定工作.而这个问题既对使用人员造成了不安全危害,同时也提高了应用人工智能的困难度.而干涉区域功能问题,正是克服这种问题的一个手段.而对于怎样在人工智能使用中合理利用这个功能,就变成了人工智能厂商和其使用者双方共同关注的课题,也因此二者都需要对其干预区域的理论和特性,进行更为深入的研究,1RobotStudio概述本文在对工业机器人进行管理技术的研究和创新之时,采用了由瑞典语作业基础预算公司所开发的工业机器人程序设计软件系统RobotStudio,该软件主要运用了作业基础预算公司最先进的virtualrobotTM软件技术,可以进行在离线方式状态下的自动化机器人程序设计和模拟。

在国外市场,robotstudio软件因其离线编程能力和自主控制技术而受到广泛关注和赞赏。

在实际应用中,该软件还可以直接导入机器人框架中使用的各种三维模式,并通过自动路径捕获和自动生成完成仿真构建。

同时,操作员可以通过仿真界面直观地实现系统配置和机器人编程的使用,,从而达到了在线监控作业和离线编程等不同的作业特性。

机器人干涉区及互锁机器人干涉区及机器人互锁信号干涉区描述：同一工位的机器人，在工作过程中，需要进入到同一个区域，但在进入的先后次序无严格的限定，即：任意一台机器人先进入，在工艺上都允许（除了影响运行时间外），允许使用干涉区信号对控制机器人运行，防止机器人之间碰撞。

对于有严格的工艺时序的干涉，采用互锁信号来控制。

1、机器人干涉区采用绝对优先方式，说明如下：R4机器人优先，使用干涉信号“17”，R2机器人输出OT#（17），为R4机器人输入IN#（17）；R4机器人输出OT#（17），为R2机器人输入IN#（17）。

说明：1）、关于程序结束时，干涉区信号的状态ON ：程序结束后状态：R2机器人的OT#（17）ON ；R4机器人的OT#（17）ON 。

干涉区允许信号保持ON 状态；因为 如果R4的干涉信号OFF ，则必须知道R2机器人已经离开干涉区，这样机器人之间还需要更多的交互信号；如果在R2\R4都循环完成后OFF ，则可能影响机器人利用效率。

2）、2次干涉信号允许确认：防止2台机器人同时进入干涉区，既：机器人禁止另一台进入信号已经发出，但对方尚未接收到信号时刻，2台机器人存在同时进入了干涉区的可能性。

3）、在PLC 编程中，信号关系：信号对应关系如下（仅供参考），目的说明与互锁信号的区别。

2、不同的干涉区使用不同的干涉信号：如果两台机器人之间存在多个干涉区，则要求使用不同的干涉区信号。

3、干涉信号地址分配：从IN/OT--9开始，机器人之间干涉区数量按照4个进行预留，即：只要使用数量不超过4个，则存在干涉区机器人，在生产线交互信号中PLC程序中，按照4个干涉区信号进行预留编程。

干涉信号地址分配表：4、机器人之间的互锁：工位之间的机器人、同一工位的机器人之间干涉现象，但不属于干涉区描述属性时，采用互锁信号来处理。

R22台机器人在工作台位置处存在干涉现；工作时序：R2机器人焊接完成后，工作台夹具打开，R4机器人才能进行搬运。

C32B主线机器人I/O表与干涉区2016目录目录 (1)干涉区讲解 (1)机器人与附属设备站点划分 (5)现场硬接线信号分配表 (5)烟台宇信C32B项目信号总表 (6)UB10-1 (9)UB10-2 (11)UB20-1 (12)UB20-2 (13)UB20-3 (14)UB20-4 (15)UB30-1 (16)UB30-2 (17)UB30-3 (18)UB30-4 (19)UB40-1 (20)UB40-2 (21)UR30-1 (22)UR50-1 (23)UR50-2 (24)UR50-3 (25)UR50-4 (27)UR60-1 (29)UR60-2 (30)UR60-3 (31)UR60-4 (32)UR70-1 (33)UR70-2 (34)UR70-3 (35)UR70-4 (36)UR80-1 (37)UR80-2 (38)MB20-1 (39)MB20-3 (43)MB20-4 (44)MB20-5 (45)MB20-6 (46)MB20-7 (47)MB20-8 (48)MB20-9 (49)MB20-10 (50)MB40-1 (51)MB40-2 (52)MB40-3 (53)MB40-4 (54)MB50-1 (55)MB50-2 (56)MB60-1 (57)MB70-1 (58)MB70-2 (59)MB70-3 (61)MB70-4 (62)MB70-5 (63)MB70-6 (64)MB80-1 (65)MB80-2 (66)MR20-1 (67)MR20-2 (68)MR20-3 (69)MR20-4 (70)MR30-1 (71)MR30-2 (72)MR30-3 (73)MR30-4 (74)MR40-1 (75)MR40-2 (76)MR50-1 (77)MR50-3 (79)MR50-4 (80)MR60-1 (81)MR60-2 (82)MR60-3 (83)MR60-4 (84)MR100-1 (85)MR100-2 (86)MR100-3 (87)MR100-4 (88)MR110-1 (89)MR110-2 (90)MR110-3 (91)MR110-4 (92)MR130-1 (93)MR140-1 (94)MR140-2 (95)MR140-3 (96)MR140-4 (97)干涉区讲解干涉区：同一工位的机器人，在运行工作中，需要和另外一台或多台机器人进入同一工作空间范围内，定义为干涉区。

机器人干涉区原理一、引言机器人在现代生产中扮演着越来越重要的角色，它们能够完成繁琐、重复、危险或无法人力完成的工作。

然而，在机器人工作过程中，干涉区问题是一个不可避免的问题。

本文将详细介绍机器人干涉区的原理。

二、机器人干涉区定义机器人干涉区指的是机器人在工作时，其运动轨迹与其他物体（如固定设备、其他机器人或操作员）所在空间发生冲突的区域。

这些冲突可能会导致设备损坏、伤害操作员或影响生产效率等问题。

三、机器人干涉区的分类根据不同的分类标准，机器人干涉区可以分为以下几种类型：1. 传统干涉区：指的是机器人运动轨迹与其他物体发生碰撞或交叉的区域。

这种类型的干涉主要由于运动规划算法不当或传感器故障等原因引起。

2. 动态干涉区：指的是由于外部因素（如风、震动等）或其他运动物体（如移动平台）引起的机器人运动轨迹与其他物体发生碰撞或交叉的区域。

3. 人机干涉区：指的是机器人运动轨迹与操作员所在空间发生冲突的区域。

这种类型的干涉主要由于操作员误入机器人工作空间或机器人未能及时检测到操作员等原因引起。

四、机器人干涉区检测方法为了避免机器人干涉问题，需要对干涉区进行检测。

现有的机器人干涉区检测方法主要包括以下几种：1. 基于传感器的检测：通过安装传感器（如激光雷达、红外线传感器等）来检测机器人周围环境中的障碍物，从而避免机器人与其他物体发生碰撞。

2. 基于模型的检测：通过建立机器人和周围环境的三维模型，利用计算机仿真技术来预测机器人运动轨迹，从而避免与其他物体发生冲突。

3. 基于规划算法的检测：通过优化运动规划算法，使得机器人在工作过程中不会与其他物体发生碰撞或交叉。

四、机器人干涉区解决方法当机器人发生干涉问题时，需要采取相应的解决方法。

现有的机器人干涉区解决方法主要包括以下几种：1. 停止机器人运动：当机器人检测到干涉区时，立即停止运动，以避免与其他物体发生碰撞。

2. 路径规划调整：通过重新规划机器人的运动轨迹，使得其能够避开干涉区。