摘要: 本文主要介紹使用英威騰DA200高性能交流伺服系統(tǒng)的機(jī)械手控制方案具有控制精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定性高、用戶操作靈活的優(yōu)點(diǎn)。英威騰DA200伺服出色的定位精度和業(yè)界領(lǐng)先的速度響應(yīng)贏得了客戶的認(rèn)可。

關(guān)鍵字: 英威騰DA200伺服、六軸機(jī)械手、定位精確、穩(wěn)定性高

1. 前言

機(jī)械手是模仿人的手部動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)和操作的自動(dòng)裝置。它特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境中，以及笨重、單調(diào)、頻繁的操作中代替人作業(yè)，獲得日益廣泛的應(yīng)用。

機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，并有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。

2. 機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu)介紹

機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為機(jī)械式、氣動(dòng)式、液壓式、電動(dòng)式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手與通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制與連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。

2.1 圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人

 

圖1

如圖1所示，機(jī)器人由一個(gè)回轉(zhuǎn)和兩個(gè)平移所組成。整個(gè)立柱可以旋轉(zhuǎn)，手臂可以沿著立柱上升或下降，而且手臂可以伸長(zhǎng)或縮回。使旋轉(zhuǎn)半徑隨工作的要求而變化。

2.2 球坐標(biāo)型機(jī)器人

圖2

如圖2，C是這個(gè)臂的回轉(zhuǎn)中心，這個(gè)臂可以伸長(zhǎng)和縮短，回轉(zhuǎn)中心也可以回轉(zhuǎn)。 這個(gè)動(dòng)作范圍應(yīng)該是一個(gè)空心球，由于手臂并不能理想的掃出一個(gè)圓，因此這個(gè)球是一個(gè)破損的球。 這種結(jié)構(gòu)較其他各種結(jié)構(gòu)更容易伸入到上下傾斜的孔的內(nèi)部，當(dāng)又這種需求時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮球坐標(biāo)型機(jī)器人。

2.3 直角坐標(biāo)型機(jī)器人

 

圖3

如圖3所示，機(jī)器人由兩個(gè)相互垂直的導(dǎo)軌，在其上還有一個(gè)與兩垂直導(dǎo)軌相垂直的導(dǎo)軌，構(gòu)成了一個(gè)直角坐標(biāo)的三維體系，即x、y、z軸。 這種機(jī)器人由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（沒有旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)），因此制造的精度可以很高，并且在控制器內(nèi)軌跡的計(jì)算方法也非常簡(jiǎn)單。 工作范圍較大，可以作為高空搬運(yùn)車，能夠?qū)t膛或者其他空腔設(shè)備做直線送進(jìn)運(yùn)動(dòng)。

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)也是一個(gè)直角坐標(biāo)型的機(jī)器人。

2.4 并聯(lián)型機(jī)器人

圖4

這是一種新型結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，它通過(guò)各件的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，給出末端的運(yùn)動(dòng)軌跡，以完成不同類型的作業(yè)。該結(jié)構(gòu)機(jī)器人的特點(diǎn)是剛性好，可用來(lái)完成數(shù)控機(jī)床的一些功能，因此也稱為并聯(lián)機(jī)床。

目前已有樣機(jī)，可以完成復(fù)雜曲面的加工，特別是精細(xì)的加工，是數(shù)控機(jī)床的一種新的結(jié)構(gòu)形式，也是機(jī)器人功能的一種拓展。但其控制計(jì)算十分復(fù)雜，工作范圍也非常小，而其精度目前比數(shù)控機(jī)床低。

2.5 六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人

 

圖5

關(guān)節(jié)型機(jī)器人主要由回轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)自由度構(gòu)成的，可以看成是仿人手臂的結(jié)構(gòu)。 從肘到手臂根部的部分稱為上臂，從肘到手腕的部分稱為前臂。這種結(jié)構(gòu)對(duì)于確定的三維空間上任意位置和姿態(tài)是最有效的。它對(duì)于各種各樣的作業(yè)都有良好的適應(yīng)性，缺點(diǎn)是坐標(biāo)計(jì)算和控制比較復(fù)雜，而且難以達(dá)到很高的精度。

3. 應(yīng)用方案介紹

3.1 設(shè)備整體結(jié)構(gòu)：

圖6

3.2 電氣系統(tǒng)組成圖：

此次客戶共使用6套英威騰DA200高性能交流伺服系統(tǒng)，由英威騰智能控制器控制。

DA200是英威騰傾力打造、性能取得跨越式進(jìn)步的明星伺服產(chǎn)品。DA200速度響應(yīng)高達(dá)2.0kHz，有多種高級(jí)算法,振動(dòng)抑制能力強(qiáng),目標(biāo)指令跟蹤速度快,定位精度高,內(nèi)置電子凸輪、點(diǎn)位控制等功能，調(diào)試簡(jiǎn)單，適配任意關(guān)節(jié)機(jī)器人控制器。

電氣原理圖如下圖所示：

 

圖7

具體接線方式：

圖8

接線要求：系統(tǒng)到驅(qū)動(dòng)器連接要求采用雙絞 2*8 屏蔽電纜,抱閘系統(tǒng)電纜采用 1*2 屏蔽線連 接到抱閘制動(dòng)板上，外殼要與屏蔽層連接良好。控制器側(cè)的 AGND 必須跟伺服 的 GND 連接，否則可能會(huì)造成控制器硬件損壞。

3.3 參數(shù)調(diào)試

 

圖9

慣量，觀察R0.51填入或者通過(guò)P1.04自學(xué)習(xí)，控制不超過(guò)2000為宜；剛性可以根據(jù)需要調(diào)整，但各軸需保持一致。

4. 方案總結(jié)

1）基英威騰DA200高性能交流伺服系統(tǒng)的機(jī)械手控制方案具有控制精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定性高、用戶操作靈活的優(yōu)點(diǎn)，可以被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，為客戶創(chuàng)造價(jià)值，提高設(shè)備使用效率；

2）機(jī)器人的發(fā)展對(duì)設(shè)備重復(fù)定位的精度不斷提高，現(xiàn)已達(dá)到±0.03mm的高精度要求，而DA200具有出色的定位精度，重復(fù)定位精度已達(dá)到±0.01mm的高精度，完全滿足機(jī)器人的高精需求；

3）機(jī)器人經(jīng)過(guò)示教后，各個(gè)軸把經(jīng)過(guò)的路線在各自的存儲(chǔ)器中記錄下來(lái)。當(dāng)再現(xiàn)時(shí)，達(dá)到記錄的位置。這就是機(jī)器人的重復(fù)再現(xiàn)的基本原理。英威騰DA200伺服系統(tǒng)的優(yōu)異性能則充分保證了機(jī)器人動(dòng)作的靈活與準(zhǔn)確，而這就是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)重復(fù)定位所追求的；

4） DA200具有自動(dòng)增益調(diào)整，方便快捷將各個(gè)關(guān)節(jié)的伺服性能達(dá)到最優(yōu)。