摘要:本文主要介紹使用英威騰DA200高性能交流伺服系統的機械手控制方案具有控制精度高、系統穩定性高、用戶(hù)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)先的速度響應贏(yíng)得了客戶(hù)的認可。

關(guān)鍵字:英威騰DA200伺服、六軸機械手、定位精確、穩定性高

1．前言

機械手是模仿人的手部動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現自動(dòng)抓取、搬運和操作的自動(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、頻繁的操作中代替人作業(yè)，獲得日益廣泛的應用。 

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

2．機械手的主要結構介紹

機械手的種類(lèi)，按驅動(dòng)方式可分為機械式、氣動(dòng)式、液壓式、電動(dòng)式機械手；按適用范圍可分為專(zhuān)用機械手與通用機械手兩種；按運動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制與連續軌跡控制機械手等。

2． 1圓柱坐標型機器人

圖1

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

2．2球坐標型機器人

圖2

如圖2，C是這個(gè)臂的回轉中心，這個(gè)臂可以伸長(cháng)和縮短，回轉中心也可以回轉。 這個(gè)動(dòng)作范圍應該是一個(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。 這種結構較其他各種結構更容易伸入到上下傾斜的孔的內部，當又這種需求時(shí)應優(yōu)先考慮球坐標型機器人。 

2．3直角坐標型機器人

圖3

如圖3所示，機器人由兩個(gè)相互垂直的導軌，在其上還有一個(gè)與兩垂直導軌相垂直的導軌，構成了一個(gè)直角坐標的三維體系，即x、y、z軸。 這種機器人由于結構簡(jiǎn)單（沒(méi)有旋轉和擺動(dòng)），因此制造的精度可以很高，并且在控制器內軌跡的計算方法也非常簡(jiǎn)單。 工作范圍較大，可以作為高空搬運車(chē)，能夠對爐膛或者其他空腔設備做直線(xiàn)送進(jìn)運動(dòng)。 

三坐標測量機也是一個(gè)直角坐標型的機器人。 

2．4并聯(lián)型機器人

圖4

這是一種新型結構的機器人，它通過(guò)各件的復合運動(dòng)，給出末端的運動(dòng)軌跡，以完成不同類(lèi)型的作業(yè)。該結構機器人的特點(diǎn)是剛性好，可用來(lái)完成數控機床的一些功能，因此也稱(chēng)為并聯(lián)機床。 

目前已有樣機，可以完成復雜曲面的加工，特別是精細的加工，是數控機床的一種新的結構形式，也是機器人功能的一種拓展。但其控制計算十分復雜，工作范圍也非常小，而其精度目前比數控機床低。 

2．5六軸關(guān)節機器人

圖5

關(guān)節型機器人主要由回轉和旋轉自由度構成的，可以看成是仿人手臂的結構。 從肘到手臂根部的部分稱(chēng)為上臂，從肘到手腕的部分稱(chēng)為前臂。這種結構對于確定的三維空間上任意位置和姿態(tài)是最有效的。它對于各種各樣的作業(yè)都有良好的適應性，缺點(diǎn)是坐標計算和控制比較復雜，而且難以達到很高的精度。 

3．應用方案介紹

3．1設備整體結構：

圖6

3．2電氣系統組成圖：

此次客戶(hù)共使用6套英威騰DA200高性能交流伺服系統，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速度響應高達2.0kHz，有多種高級算法,振動(dòng)抑制能力強,目標指令跟蹤速度快,定位精度高,內置電子凸輪、點(diǎn)位控制等功能，調試簡(jiǎn)單，適配任意關(guān)節機器人控制器。

電氣原理圖如下圖所示：

圖7

具體接線(xiàn)方式：

圖8

接線(xiàn)要求：系統到驅動(dòng)器連接要求采用雙絞 2*8 屏蔽電纜,抱閘系統電纜采用 1*2 屏蔽線(xiàn)連 接到抱閘制動(dòng)板上，外殼要與屏蔽層連接良好?？刂破鱾鹊?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。

3．3參數調試

慣量，觀(guān)察R0.51填入或者通過(guò)P1.04自學(xué)習?？刂撇怀^(guò)2000為宜。

剛性可以根據需要調整，但各軸需保持一致。

4．方案總結

基于英威騰DA200高性能交流伺服系統的機械手控制方案具有控制精度高、系統穩定性高、用戶(hù)操作靈活的優(yōu)點(diǎn)，可以被廣泛應用于各種工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，為客戶(hù)創(chuàng )造價(jià)值，提高設備使用效率。

4．1 機器人的發(fā)展對設備重復定位的精度不斷提高，現已達到±0.03mm的高精度要求，而DA200具有出色的定位精度，重復定位精度已達到±0.01mm的高精度，完全滿(mǎn)足機器人的高精需求。

4．2 機器人經(jīng)過(guò)示教后，各個(gè)軸把經(jīng)過(guò)的路線(xiàn)在各自的存儲器中記錄下來(lái)。當再現時(shí)，達到記錄的位置。這就是機器人的重復再現的基本原理。英威騰DA200伺服系統的優(yōu)異性能則充分保證了機器人動(dòng)作的靈活與準確，而這就是機器人運動(dòng)重復定位所追求的。

4．3  DA200具有自動(dòng)增益調整，方便快捷將各個(gè)關(guān)節的伺服性能達到最優(yōu)。

關(guān)于英威騰：

英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領(lǐng)先、受人尊敬的工業(yè)自動(dòng)化和能源電力領(lǐng)域的產(chǎn)品與服務(wù)提供者，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334。英威騰是國家火炬計劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)，目前擁有16家控股子公司，分駐于全國的12大研發(fā)中心，申請各類(lèi)專(zhuān)利800多件，依托于電力電子、電氣傳動(dòng)、自動(dòng)控制、信息技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，主要產(chǎn)品涵括高中低壓變頻器、電梯智能控制系統、伺服系統、PLC、HMI、SVG、UPS、電機和電主軸、光伏逆變器、軌道交通牽引系統、新能源汽車(chē)電控系統等。英威騰現有員工2500多人，大型生產(chǎn)基地3個(gè)，營(yíng)銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò )遍布國內及海外60多個(gè)國家和地區。