机械手防碰撞检测与安全光栅技术

机械手防碰撞检测与安全光栅技术

在汽车焊接车间，机械手臂挥舞着焊枪，以每秒 1.5 米的速度完成点焊作业；电子厂的装配线上，六轴机械手精准抓取 0.5 毫米的芯片，重复着毫米级的装配动作。这些高效运作的机械手，一旦与人员、设备发生碰撞，轻则损坏工件，重则导致设备停机甚至人员受伤。安全光栅技术凭借 “非接触式检测”“毫秒级响应” 的特性，成为机械手防碰撞检测的核心方案，既能守护安全，又不拖慢生产节奏。

一、机械手碰撞风险：三类场景最需警惕

机械手的碰撞隐患往往藏在人机交互最频繁的环节，常见有这三种情况：

（一）人员误入工作区

操作员为取掉落的零件、调整工装，可能下意识伸手进入机械手运动范围。某汽车零部件厂曾发生过这样的事：操作员伸手去捡滚到机械手下方的螺栓，刚好机械手完成作业回撤，手臂被轻微夹伤。这类碰撞的风险点在于 —— 人员进入往往是突发的，而机械手按预设程序运动，毫无避让意识。

（二）工件或工具卡滞

当抓取的工件脱落、工装夹具卡滞时，机械手可能带着异常负载继续运动，与周边设备（如传送带、货架）碰撞。某家电厂的码垛机械手曾因纸箱堆叠歪斜，抓取时带动整垛纸箱倾斜，最终撞向旁边的料架，导致 20 分钟停机清理。

（三）多机械手协同干涉

在复杂装配线上，多台机械手可能在交叉区域作业（如 A 机械手递料给 B 机械手），若信号延迟或程序出错，可能出现 “抢位” 碰撞。某发动机装配线的两台协作机械手，曾因通讯故障导致运动轨迹重叠，抓手相撞造成 5000 元的部件损坏。

二、安全光栅如何实现防碰撞检测？

安全光栅为机械手筑起一道 “无形的防护墙”，通过三重技术逻辑实现防碰撞：

（一）动态防护区域：给机械手划 “安全圈”

在机械手工作半径外，用安全光栅围出多层防护区域：

· 预警区（距离机械手 1-1.5 米）：人员进入时，光栅触发声光报警，同时给机械手控制器发信号，让其降速至原速度的 30%；

· 危险区（距离机械手 0.5-1 米）：人员进入时，光栅立即输出急停信号，机械手在 0.1 秒内停止运动，关节处的刹车装置锁死，避免惯性滑动。

这种 “分级防护” 比传统的 “一刀切” 停机更灵活。某手机组装线的测试显示：用分级防护后，因人员短暂进入导致的停机时间减少 60%，生产效率提升 12%。

（二）物体轮廓识别：区分 “人与物”

普通光栅遇到任何遮挡都会触发防护，但机械手工作时，常有物料、传送带等通过防护区。安全光栅的 “智能识别算法” 能解决这个问题：

· 通过分析遮挡物的轮廓特征（如人体的不规则形状、物料的规则外形），区分是人员肢体还是正常通过的工件；

· 只对人体触发防护，对物料、工具则 “放行”，避免频繁误停。

某食品包装线的码垛机械手，用普通光栅时因纸箱通过频繁误停，换成带轮廓识别的光栅后，误停次数从每天 15 次降到 0 次。

（三）多机联动：让机械手 “互相提醒”

多台机械手协同作业时，安全光栅可接入同一控制系统：

· 当 A 机械手的防护区被触发，系统会同步通知周边 3 米内的 B、C 机械手，让它们暂停或调整轨迹；

· 光栅与机械手的编码器联动，实时获取各轴位置数据，一旦检测到轨迹可能重叠，立即强制干预。

三、不同防碰撞技术对比：安全光栅的独特优势

四、选型与安装：这些细节决定防护效果

（一）按机械手类型选参数

· 小型协作机械手（负载＜5kg）：选光束间距 20mm 的光栅，防护高度 1.2 米即可，兼顾灵活性；

· 大型焊接机械手（负载＞50kg）：需光束间距 10mm（检测更精准），防护高度 2 米，覆盖整个运动范围，且光栅要抗弧光干扰。

（二）安装位置 “宁大勿小”

防护区域需比机械手最大运动范围大 20%：比如机械手伸展最大半径 1.5 米，光栅防护圈半径应设为 1.8 米，预留缓冲空间。某工厂曾因防护范围刚好等于机械手半径，导致操作员手臂伸出的瞬间才触发停机，险些碰撞。

（三）联动信号要 “双保险”

光栅的急停信号需同时接入机械手控制器和总控系统，避免单一线路故障导致防护失效。布线时远离强电电缆，防止电磁干扰信号传输。

五、结语

机械手防碰撞检测的核心需求是 “安全与效率平衡”，安全光栅技术通过动态防护、智能识别、多机联动，完美适配这一需求。它不像碰撞传感器那样 “被动挨撞”，也不像视觉系统那样成本高昂，成为工业机械手最实用的安全方案。

安协针对机械手推出专用安全光栅，支持 10-20mm 光束间距，响应时间≤15ms，适配协作机器人、焊接机械手等多场景。访问官网 （www.anxiekeji.cn） 可获取《机械手防碰撞方案》，或联系技术团队现场模拟测试防护效果。