摘要：本文介紹CoolDrive A8
伺服驅(qū)動器在高速并聯(lián)機(jī)器人上的應(yīng)用方案，通過測試驗(yàn)證，本系統(tǒng)可很好的達(dá)到機(jī)器人的應(yīng)用指標(biāo)。
1、概述
并聯(lián)機(jī)器人是一類全新的機(jī)器人，它具有剛度大、承載能力強(qiáng)、精度高、自重負(fù)荷比小、動力性能好、控制容易等一系列優(yōu)點(diǎn)，在人力成本日益增加的時代，這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于包裝行業(yè)的各個領(lǐng)域，例如食品飲料，藥品，物流等多個行業(yè)，用于實(shí)現(xiàn)快速抓取，提高工作效率。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，并聯(lián)機(jī)器人將有非常好的發(fā)展前景。
近幾年國內(nèi)各機(jī)器人制造商及設(shè)備制造企業(yè)紛紛開始研發(fā)Delta并聯(lián)機(jī)器人。但是由于我國Delta并聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展時間較短，國內(nèi)Delta并聯(lián)機(jī)器人負(fù)載能力及運(yùn)動速度等性能指標(biāo)要遜色于國外Delta并聯(lián)機(jī)器人，為了提高負(fù)載能力及運(yùn)動速度，國內(nèi)廠家往往采購國外高端伺服系統(tǒng)，但是卻提高了生產(chǎn)成本，失去競爭優(yōu)勢。
2、國產(chǎn)高速并聯(lián)機(jī)器人
本文項(xiàng)目中的用戶是國內(nèi)一家專業(yè)生產(chǎn)高速并聯(lián)機(jī)器人的廠商，特別是其創(chuàng)新開發(fā)的高速Delta機(jī)器人，采用獨(dú)特的雙動平臺結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)高精度拾放作業(yè)，具有速度快，精度高，可靠性好，易用性強(qiáng)的特點(diǎn)，可用于裝配、搬運(yùn)、分揀、拾料和裝箱等作業(yè)領(lǐng)域。但是該款機(jī)器人在選擇伺服系統(tǒng)時卻著實(shí)費(fèi)了一番周折。
一開始該公司選用的是全套國外高端伺服系統(tǒng)，配合其獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)非常高的拾取速度。但是國外產(chǎn)品價格高昂，進(jìn)行系統(tǒng)評測時還能承受，一旦進(jìn)入批量生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如此高的成本對國內(nèi)還在發(fā)展階段的機(jī)器人廠商來說確實(shí)無法承受。于是該公司聯(lián)系了多家國內(nèi)伺服廠商進(jìn)行產(chǎn)品測試，希望能找到一款滿足其性能要求的高性價比產(chǎn)品。最終，經(jīng)過嚴(yán)苛的性能測試，清能德創(chuàng)推出的高性能多軸伺服驅(qū)動器CoolDrive A8得到了客戶的認(rèn)可，被選為該款高速Delta機(jī)器人的伺服系統(tǒng)。
該機(jī)器人規(guī)格參數(shù)見表1。
表1 機(jī)器人性能參數(shù)表
圖1并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)組成圖
3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4軸高速并聯(lián)機(jī)器人由Beckhoff工控機(jī)作為上位控制器，CoolDrive A8伺服驅(qū)動器驅(qū)動
伺服電機(jī)組成機(jī)器人的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)組成見圖2。
圖2并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)組成圖
該系統(tǒng)配置的優(yōu)勢在于：
1.、開放的上位控制系統(tǒng)。
Beckhoff工控機(jī)基于 PC 的控制技術(shù)將 PLC、運(yùn)動控制、測量技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)集成在同一個控制平臺上。無需配備單獨(dú)的 CPU 和網(wǎng)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)通用的工程環(huán)境，優(yōu)化 PLC 和運(yùn)動控制之間的同步，從而提高精度和速度。Beckhoff工控機(jī)內(nèi)嵌的TwinCAT可利用現(xiàn)代處理器的多核技術(shù)，使得應(yīng)用于機(jī)器人應(yīng)用或測量分析的復(fù)雜數(shù)學(xué)算法可以在單獨(dú)的內(nèi)核上執(zhí)行，不會影響 PLC 性能。
2、高性能的
伺服驅(qū)動器。
CoolDrive A8伺服驅(qū)動器是清能德創(chuàng)電氣技術(shù)（北京）有限公司最新推出的國內(nèi)首款網(wǎng)絡(luò)化模塊化伺服驅(qū)動產(chǎn)品，融合了共直流母線、能效管理、功能安全，多軸同步等多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，為客戶提供更節(jié)能，更靈活，更安全的伺服系統(tǒng)。CoolDrive A8從產(chǎn)品形態(tài)、功能上來說非常適合用于工業(yè)機(jī)器人行業(yè)，完全可以替代國外同類產(chǎn)品，為客戶提供更具性價比的方案。
CoolDrive A8是國內(nèi)首家通過ETG一致性測試的產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)與 Beckhoff上位的EtherCAT總線完美兼容，能夠發(fā)揮EtherCAT任務(wù)的最佳性能。由于CoolDrive A8伺服驅(qū)動器的電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的控制周期分別可達(dá)到62.5us、125us和250us，頻率響應(yīng)更是高達(dá)3KHz，可充分滿足高速并聯(lián)機(jī)器人高速響應(yīng)、高同步性的性能要求。
CoolDrive A8的各種前饋補(bǔ)償功能、控制參數(shù)在線調(diào)整功能和定位振動抑制功能，進(jìn)一步提高了本系統(tǒng)的響應(yīng)性能、控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。 國內(nèi)創(chuàng)新性的模塊化結(jié)構(gòu)和共直流母線設(shè)計(jì)簡化了系統(tǒng)接線，使系統(tǒng)擴(kuò)展更加靈活，并提高了能源使用效率。CoolDrive A8集成的STO、SS1、SS2等安全功能，在緊急情況下可觸發(fā)預(yù)先設(shè)置好的安全動作，保障設(shè)備和人身安全。
4、機(jī)器人實(shí)際性能評價
客戶對這款高速Delta機(jī)器人的性能評價指標(biāo)，主要是指機(jī)器人在抓取標(biāo)準(zhǔn)工件時，機(jī)器人本體運(yùn)行穩(wěn)定，定位誤差<0.1mm時的最大作業(yè)頻率。在實(shí)際系統(tǒng)調(diào)試過程中，CoolDrive A8精調(diào)控制參數(shù)前，機(jī)器人的作業(yè)頻率即可達(dá)到90次/分鐘，超過之前客戶測試的其他國內(nèi)伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)。而在通過對伺服系統(tǒng)各項(xiàng)控制參數(shù)進(jìn)行精確設(shè)定后，這臺高速DELTA機(jī)器人的拾取速率達(dá)到了120次/分鐘，與客戶之前采用的國外高端伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)完全相同，這樣的結(jié)果完全超出了客戶的預(yù)期，也驗(yàn)證了CoolDrive A8完全有能力替代國外高端伺服系統(tǒng)。
5、結(jié)束語
清能德創(chuàng)成立于2012年，是一家國內(nèi)領(lǐng)先的高新技術(shù)企業(yè)。清，即是清華的清，清能德創(chuàng)主創(chuàng)人員均來自清華大學(xué)電機(jī)系，擁有豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和產(chǎn)品獨(dú)立開發(fā)能力。自創(chuàng)立伊始，清能德創(chuàng)就專注于中高端伺服市場，致力于為工業(yè)機(jī)器人等高端裝備制造廠商提供國產(chǎn)高端伺服系統(tǒng)，不僅在性能和功能上充分滿足機(jī)器人對伺服系統(tǒng)的要求，同時沒有國外同類產(chǎn)品高昂的價格，真正為客戶提供更具性價比的產(chǎn)品與專業(yè)及時的技術(shù)服務(wù)。
從新品的推出到行業(yè)突破，清能德創(chuàng)通過領(lǐng)先的技術(shù)和定位逐步在業(yè)內(nèi)樹立了中高端產(chǎn)品形象，并始終專注于技術(shù)完善與創(chuàng)新，為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)鍵零部件的國產(chǎn)化，降低國內(nèi)機(jī)器人整機(jī)廠商的總體成本，提高國產(chǎn)機(jī)器人的競爭力貢獻(xiàn)自己的一份力量。
