摘要：本文旨在介紹EP3E伺服驅動(dòng)器在SCARA機器人上的應用，同時(shí)為客戶(hù)提供一套完整的基于PowerLink總線(xiàn)的機器人電控系統解決方案。

一、概述

近年來(lái)，中國的工業(yè)機器人的新裝量與保有量都呈現快速的增長(cháng)，目前總體保有量大約為10w臺，而且據調研機構預測，未來(lái)機器人市場(chǎng)每年還會(huì )繼續以25%的增速發(fā)展。

SCARA機器人是桌面型的4關(guān)節機器人的機型，廣泛應用于金屬加工行業(yè)的上下料，電子產(chǎn)品行業(yè)的點(diǎn)膠，涂膠與搬運，玻璃行業(yè)的搬運與組裝。雖然國內機器人處于快速的發(fā)展中，但國內的SCARA機器人大多都是采用脈沖方式控制，一個(gè)運動(dòng)控制單元只可以完成單個(gè)SCARA機器人的控制，無(wú)法完成SCARA機器人各軸的狀態(tài)監視與控制。

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

EP3E伺服驅動(dòng)器從產(chǎn)品尺寸，連線(xiàn)方式來(lái)說(shuō)非常適合多機器人的工業(yè)現場(chǎng)生產(chǎn)，其PowerLink總線(xiàn)一網(wǎng)到底的連接方式，接線(xiàn)方式更加方便，可以為客戶(hù)的SCARA機器人的自動(dòng)化流水線(xiàn)提供更多的便利，可以為客戶(hù)提供更加有性?xún)r(jià)比的方案。

二、SCARA機器人控制

本次項目所使用的是SCARA機器人是國產(chǎn)的最新設備，具有結構緊湊，生產(chǎn)效率高，精度高，過(guò)載能力強等特點(diǎn)。該項目用于自動(dòng)點(diǎn)膠生產(chǎn)線(xiàn)，適用于點(diǎn)膠工藝，激光切割，焊錫等場(chǎng)合。該產(chǎn)品見(jiàn)圖1：

圖1、SCARA機器人解決方案的照片

三、系統設計

1、客戶(hù)需求

客戶(hù)要求SCARA機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(xiàn)的上料，下料等功能，同時(shí)要求非常高的穩定性。此外，客戶(hù)要求能夠實(shí)時(shí)的通過(guò)遠程訪(fǎng)問(wèn)來(lái)查看機器人的工作狀態(tài)。

2、系統設計方案

通過(guò)對客戶(hù)需求的深入分析，我們?yōu)榭蛻?hù)設計了“B&R的X20控制器+EP3E伺服驅動(dòng)器”的電控解決方案，如圖2所示。

圖2、SCARA機器人電氣方案圖

這套系統的優(yōu)勢在于：

1、融合MC，CNC，robotics的X20運動(dòng)控制系統

基于X20的運動(dòng)控制解決方案是利用通用運動(dòng)控制技術(shù)設計平臺，通過(guò)PowerLink總線(xiàn)技術(shù)將機器人、CNC、多軸運動(dòng)和單軸定位組成一個(gè)系統?？梢詫?shí)現復雜的路徑信息應用到機床和生產(chǎn)機械中，還可以實(shí)現多軸關(guān)節的機器人控制，進(jìn)行復雜的3D圖CNC加工。借助實(shí)時(shí)操作系統，運動(dòng)控制循環(huán)時(shí)間可達400μs，CNC、PLC、I/O和驅動(dòng)器可至微秒級高精度同步，同一處理器處理運動(dòng)控制和邏輯控制，CNC和PLC同步運行任務(wù)。

X20的軟件軟件框架如圖3所示，所支持的CNC技術(shù)包括：

• 支持標準DIN66025的標準語(yǔ)言，支持客戶(hù)自定義解釋語(yǔ)言；

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

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

• 自動(dòng)切線(xiàn)刀具向導，廣泛應用于皮革切割，玻璃切割等行業(yè)；

• 沿輪廊反向運動(dòng)，廣泛應用于激光切割，水切割等行業(yè)；

• 二十余種多軸運動(dòng)轉換，支持客戶(hù)自定義坐標變換；

• 單向和雙向螺距誤差補償和反向間隙補償，支持直角坐標系的軸偏移補償；

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

2、EP3E高性能伺服驅動(dòng)器

EP3E是國內首家通過(guò)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(xiàn)的抖動(dòng)同步調整技術(shù)，可以充分滿(mǎn)足MC，CNC，robotics對于動(dòng)態(tài)響應和同步性的要求。

3、系統軟件框架

圖4 系統軟件框架

系統軟件由Configuration、System、Cnc以及Axes等模塊組成，Configuration模塊負責整個(gè)系統的配置工作，System負責系統狀態(tài)機，Cnc和Axes分別負責插補通道狀態(tài)機和軸狀態(tài)機。為實(shí)現完整的機器人軟件功能，系統軟件還包括如坐標變換、伺服通訊及人機界面通訊等功能。

四、系統性能測試

在實(shí)際測試過(guò)程中，系統用了很短的時(shí)間就調試成功。

圖5、SCARA機器人各軸工作電機電流的trace數據

五、結束語(yǔ)

武漢邁信電氣致力于為國內自動(dòng)化設備廠(chǎng)商提供PowerLink總線(xiàn)伺服驅動(dòng)器，在性能與功能上能夠滿(mǎn)足MC，CNC，robotics各個(gè)行業(yè)對伺服系統的要求，同時(shí)，價(jià)格上也沒(méi)有國外伺服驅動(dòng)器那么高昂，從而實(shí)現國產(chǎn)SCARA機器人的PowerLink總線(xiàn)化，降低國產(chǎn)機器人的總體成本，提高國產(chǎn)機器人的競爭力。