摘要：本文旨在介紹EP3E伺服驅(qū)動(dòng)器在SCARA機(jī)器人上的應(yīng)用，同時(shí)為客戶提供一套完整的基于PowerLink總線的機(jī)器人電控系統(tǒng)解決方案。

一、概述

近年來，中國的工業(yè)機(jī)器人的新裝量與保有量都呈現(xiàn)快速的增長，目前總體保有量大約為10w臺，而且據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)預(yù)測，未來機(jī)器人市場每年還會繼續(xù)以25%的增速發(fā)展。

SCARA機(jī)器人是桌面型的4關(guān)節(jié)機(jī)器人的機(jī)型，廣泛應(yīng)用于金屬加工行業(yè)的上下料，電子產(chǎn)品行業(yè)的點(diǎn)膠，涂膠與搬運(yùn)，玻璃行業(yè)的搬運(yùn)與組裝。雖然國內(nèi)機(jī)器人處于快速的發(fā)展中，但國內(nèi)的SCARA機(jī)器人大多都是采用脈沖方式控制，一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制單元只可以完成單個(gè)SCARA機(jī)器人的控制，無法完成SCARA機(jī)器人各軸的狀態(tài)監(jiān)視與控制。

EP3E伺服驅(qū)動(dòng)器是武漢邁信電氣技術(shù)有限公司最新推出的國內(nèi)首款基于PowerLink總線的伺服驅(qū)動(dòng)器，可以外接單圈或者多圈絕對式編碼器，實(shí)時(shí)總線抖動(dòng)在線同步調(diào)整等創(chuàng)新技術(shù)，為客戶提供更加高性能，更加靈活，更加安全的伺服系統(tǒng)。

EP3E伺服驅(qū)動(dòng)器從產(chǎn)品尺寸，連線方式來說非常適合多機(jī)器人的工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)，其PowerLink總線一網(wǎng)到底的連接方式，接線方式更加方便，可以為客戶的SCARA機(jī)器人的自動(dòng)化流水線提供更多的便利，可以為客戶提供更加有性價(jià)比的方案。

二、SCARA機(jī)器人控制

本次項(xiàng)目所使用的是SCARA機(jī)器人是國產(chǎn)的最新設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)效率高，精度高，過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。該項(xiàng)目用于自動(dòng)點(diǎn)膠生產(chǎn)線，適用于點(diǎn)膠工藝，激光切割，焊錫等場合。該產(chǎn)品見圖1：

圖1、SCARA機(jī)器人解決方案的照片

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、客戶需求

客戶要求SCARA機(jī)器人具備較高的加工速度，以及，非常高的自動(dòng)化，能夠自動(dòng)完成產(chǎn)線的上料，下料等功能，同時(shí)要求非常高的穩(wěn)定性。此外，客戶要求能夠?qū)崟r(shí)的通過遠(yuǎn)程訪問來查看機(jī)器人的工作狀態(tài)。

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

通過對客戶需求的深入分析，我們?yōu)榭蛻粼O(shè)計(jì)了“B&R的X20控制器+EP3E伺服驅(qū)動(dòng)器”的電控解決方案，如圖2所示。

圖2、SCARA機(jī)器人電氣方案圖

這套系統(tǒng)的優(yōu)勢在于：

1、融合MC，CNC，robotics的X20運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

基于X20的運(yùn)動(dòng)控制解決方案是利用通用運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)設(shè)計(jì)平臺，通過PowerLink總線技術(shù)將機(jī)器人、CNC、多軸運(yùn)動(dòng)和單軸定位組成一個(gè)系統(tǒng)。可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的路徑信息應(yīng)用到機(jī)床和生產(chǎn)機(jī)械中，還可以實(shí)現(xiàn)多軸關(guān)節(jié)的機(jī)器人控制，進(jìn)行復(fù)雜的3D圖CNC加工。借助實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)控制循環(huán)時(shí)間可達(dá)400μs，CNC、PLC、I/O和驅(qū)動(dòng)器可至微秒級高精度同步，同一處理器處理運(yùn)動(dòng)控制和邏輯控制，CNC和PLC同步運(yùn)行任務(wù)。

X20的軟件軟件框架如圖3所示，所支持的CNC技術(shù)包括：

• 支持標(biāo)準(zhǔn)DIN66025的標(biāo)準(zhǔn)語言，支持客戶自定義解釋語言；

• 每個(gè)系統(tǒng)擁有8個(gè)CNC通道，每個(gè)CNC通道插補(bǔ)最多15個(gè)軸參與，每個(gè)CNC通道非插補(bǔ)不限制軸數(shù)；

• 各路徑段具有“程序段預(yù)讀”功能，優(yōu)化運(yùn)動(dòng)軌跡，可以實(shí)時(shí)更改速度倍率；

• 自動(dòng)切線刀具向?qū)?，廣泛應(yīng)用于皮革切割，玻璃切割等行業(yè)；

• 沿輪廊反向運(yùn)動(dòng)，廣泛應(yīng)用于激光切割，水切割等行業(yè)；

• 二十余種多軸運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，支持客戶自定義坐標(biāo)變換；

• 單向和雙向螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償，支持直角坐標(biāo)系的軸偏移補(bǔ)償；

• 所有技術(shù)功能：銑、磨、切割、焊接、搬運(yùn)、包裝、木工、紅木、石材、大理石、玻璃切割等行業(yè)；

2、EP3E高性能伺服驅(qū)動(dòng)器

EP3E是國內(nèi)首家通過EPSG組織的一致性測試的產(chǎn)品，因此可以很好的與X20控制器進(jìn)行配合；同時(shí)，EP3E內(nèi)置的電流環(huán)，速度環(huán)，以及位置環(huán)的控制周期分別為50us,100us,100us，可以支持17bit的單圈與多圈編碼器，或者，20bit的單圈與多圈編碼器，支持實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線的抖動(dòng)同步調(diào)整技術(shù)，可以充分滿足MC，CNC，robotics對于動(dòng)態(tài)響應(yīng)和同步性的要求。

3、系統(tǒng)軟件框架

圖4 系統(tǒng)軟件框架

系統(tǒng)軟件由Configuration、System、Cnc以及Axes等模塊組成，Configuration模塊負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的配置工作，System負(fù)責(zé)系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)，Cnc和Axes分別負(fù)責(zé)插補(bǔ)通道狀態(tài)機(jī)和軸狀態(tài)機(jī)。為實(shí)現(xiàn)完整的機(jī)器人軟件功能，系統(tǒng)軟件還包括如坐標(biāo)變換、伺服通訊及人機(jī)界面通訊等功能。

四、系統(tǒng)性能測試

在實(shí)際測試過程中，系統(tǒng)用了很短的時(shí)間就調(diào)試成功。

圖5、SCARA機(jī)器人各軸工作電機(jī)電流的trace數(shù)據(jù)

五、結(jié)束語

武漢邁信電氣致力于為國內(nèi)自動(dòng)化設(shè)備廠商提供PowerLink總線伺服驅(qū)動(dòng)器，在性能與功能上能夠滿足MC，CNC，robotics各個(gè)行業(yè)對伺服系統(tǒng)的要求，同時(shí)，價(jià)格上也沒有國外伺服驅(qū)動(dòng)器那么高昂，從而實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)SCARA機(jī)器人的PowerLink總線化，降低國產(chǎn)機(jī)器人的總體成本，提高國產(chǎn)機(jī)器人的競爭力。