桁架机械手Z轴安全措施

桁架机械手作为工业自动化领域的核心设备，其Z轴（垂直升降轴）的安全设计直接关系到设备稳定性、操作人员安全及生产效率。本文从机械结构、电气控制三个维度，系统梳理桁架机械手Z轴的关键安全措施。

一、机械结构安全设计

1. 
   

   制动装置集成

   Z轴驱动系统需配备双重制动模块：电机内置电磁抱闸与外部机械制动器协同工作。电磁抱闸在断电瞬间自动锁止，机械制动器提供持续夹持力。

   
   

2. 
   

   防坠落机构

   通过防坠制动器与电缸直连设计，实现运动控制与安全制动的物理隔离。防坠器采用常闭式结构，内置加速度传感器实时监测下坠速度，当检测值超过设定阈值时，制动器在0.1秒内锁死传动轴。

   
   

3. 
   

   负载监测系统

   在Z轴传动链中嵌入扭矩传感器，实时采集电机输出力矩数据。控制系统通过算法对比理论负载与实际值，当超载达到额定值时，自动触发急停程序并锁定所有轴向运动。该功能可有效预防因工件超重导致的结构变形或传动件断裂。

   
   

二、电气控制系统防护

1. 
   

   电源安全模块

   采用三级电源保护架构：主电源回路配置漏电保护开关，控制回路设置过压/欠压监测模块，伺服驱动器集成短路保护功能。当电压波动超出±10%额定值时，系统在50ms内切断动力输出，同时通过HMI界面显示故障代码。

   
   

2. 
   

   安全回路设计

   遵循IEC 60204-1标准构建双通道安全回路，关键安全信号（如急停、安全门）采用强制导向继电器实现硬件互锁。安全PLC每2ms扫描一次输入信号状态，任一通道异常即触发安全停机，确保制动响应时间≤20ms。

   
   

3. 
   

   编码器冗余校验

   Z轴伺服电机配置双编码器系统，主编码器用于位置闭环控制，副编码器实时校验运动数据。当两编码器位置偏差超过0.05mm时，系统判定为传动故障并执行保护性停机，防止因编码器失效导致的定位失控。

   
   

三、安全防护装置配置

1. 
   

   物理隔离系统

   在Z轴运动范围内设置光栅安全传感器，形成垂直方向的光幕防护区。当人体或障碍物侵入检测区域时，光栅信号通过安全总线直接切断伺服电源，响应时间≤10ms。防护栏高度不低于1.8米，底部设置防翻越踢脚板，开口处配置联锁安全门。

   
   

2. 
   

   气压保护单元

   气动驱动的Z轴系统需配置储气罐与单向阀，确保断气后5次完整制动循环。气压传感器实时监测供气压力，当压力低于0.4MPa时，系统自动切换至备用气源并发出三级报警（预警→限速→停机）。

   
   

3. 
   

   环境适应性设计

   在粉尘浓度＞10mg/m³的工况下，Z轴导轨采用全封闭式防护罩，防护等级达IP67。润滑系统配置自动补油装置，通过油位传感器控制补油周期，避免因润滑不足导致的传动卡滞。