摘要：本文主要介紹EP3E伺服驅動(dòng)器在6關(guān)節工業(yè)機器人在機床上下料的應用方案及電氣解決方案，通過(guò)測試驗證，本伺服可很好的達到6軸機器人的應用指標。

1、概述

現今在很多零件的數控機床加工過(guò)程中，要把第一工序加工完的零件先取下，然后以剛加工完面作為定位基準在同一工作臺的另一工裝上或另一上完成第二工序加工。通常要把零件翻轉和旋轉一定角度后，再平移裝到另一工裝上加工，如此依序完成整個(gè)零件的全部加工。有時(shí)多個(gè)加工中心是在一字擺放，有時(shí)為省空間而面對面擺放或二種擺放的任意組合。有的加工用同一種機床，也有用不同類(lèi)型機床完成整個(gè)零件的加工。這時(shí)零件從一個(gè)工裝到另一個(gè)工裝上裝卡時(shí)，必須被翻轉和旋轉。在被翻轉和旋轉的同時(shí)，其位置也要變化。這時(shí)應用的方式是把一個(gè)6軸關(guān)節機器人安裝在大型直線(xiàn)運動(dòng)軌道上，就很好解決上述工藝動(dòng)作，在人力成本日益增加的時(shí)代，這項技術(shù)廣泛應用于機床上下料及搬運等各行業(yè)，隨著(zhù)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，6軸機器人將有非常好的發(fā)展前景，但當前市場(chǎng)上6軸機器人往往采購國外高端伺服系統，導致其價(jià)格高居不下，利用邁信的EP3E伺服驅動(dòng)器及電氣部分可以很好控制價(jià)格，并可穩定高效運行，達到高性?xún)r(jià)比的工業(yè)機器人行業(yè)解決方案，在降低了生產(chǎn)成本同時(shí)提高了生產(chǎn)效率，增加競爭優(yōu)勢。

2、工業(yè)6軸機器人與機床

本項目中6軸機器人機械本體是用川崎成熟的機械本體，如圖1所示，可實(shí)現三維空間內高精度拾放作業(yè)，具有精度高、可靠性好、易用性強的特點(diǎn)，可用于裝配、搬運、焊接、噴涂、裝箱等作業(yè)領(lǐng)域。在面對國內還在發(fā)展階段的工業(yè)機器人用戶(hù)來(lái)說(shuō)，一個(gè)工業(yè)機器人的使用首先考慮到的是成本，如果所需成本高于目前用人力的成本太多的話(huà)，就會(huì )造成6軸工業(yè)機器人在市場(chǎng)上難以推廣的境地，但使用邁信推出的高性能總線(xiàn)式伺服驅動(dòng)EP3E配上貝加萊的X20控制器通過(guò)EthernetPowerLink總線(xiàn)就很好解決6軸機器人性能及價(jià)格問(wèn)題。

機床是HEADMANT55，數控系統為SIEMENSSINUMERIK828D，目前其主要工藝是銑削伺服電機盒的端面。數控機床與控制器之間的配合通訊為IO信號來(lái)觸發(fā)，這樣可以快捷方面完成機器人與機床之間上下料的配合動(dòng)作，如圖2所示。

圖1 6軸機器人本體

圖2 6軸機器人控制系統組成圖

圖3 6軸機器人控制柜與示教器

3、控制系統

6軸工業(yè)機器人由貝加萊X20控制器作為上位控制器，PowerLink總線(xiàn)式EP3E伺服驅動(dòng)器，示教器之間通過(guò)EthernetPowerLink總線(xiàn)連接起來(lái)高速、穩定地運行，如上圖3所示。

3.1 高性能的上位控制系統

貝加萊X20控制器將PLC、運動(dòng)控制、測量技術(shù)和機器人正反解算法集成在同一個(gè)控制平臺上，可以實(shí)現在通用的機器人上的應用，達到換工業(yè)機器人本體不換控制系統的靈活配置，在多功能應用、收回利用等方面具備有一定的優(yōu)勢。同時(shí)貝加萊的EthernetPowerLink總線(xiàn)技術(shù)低抖動(dòng)性并很好地優(yōu)化PLC與運動(dòng)控制之間的同步，從而提高系統的精度和速度。

3.2 高性?xún)r(jià)比的伺服驅動(dòng)器

EP3E伺服驅動(dòng)器是武漢邁信電氣技術(shù)有限公司推出的國內首家支持EthernetPowerLink總線(xiàn)型的伺服驅動(dòng)器之一，可以實(shí)現與貝加萊上位的PowerLink總線(xiàn)完美兼容，能夠發(fā)揮PowerLink的最佳性能。EthernetPowerLink是一項開(kāi)源技術(shù)，是自動(dòng)化領(lǐng)域的工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)之一。EP3E內部集成一個(gè)雙口Hub用于伺服驅動(dòng)器的級聯(lián)，支持任意網(wǎng)絡(luò )拓撲的組合。

EP3E系列伺服驅動(dòng)器，可以達到100Mbps的通信速率，節點(diǎn)傳輸距離為100m，伺服驅動(dòng)器刷新速度最快為100us循環(huán)周期，使伺服驅動(dòng)器具備高速的實(shí)時(shí)響應能力；EP3E伺服驅動(dòng)器配套17bit單圈或者多圈編碼器（也可以選配20bit單圈或多圈編碼器），可以從容應對高速高精度定位，無(wú)軸同步傳動(dòng)，電子齒輪，電子凸輪等應用。

3.3 EP3E通訊特性：

1、通訊協(xié)議：CANopenover，POWERLINK，DS301
2、通信循環(huán)時(shí)間：100μs周期倍數
3、過(guò)程數據通道：2RxPDO，2TxPDO，32bytes/PDO
4、服務(wù)數據通道：1SDO
5、同步抖動(dòng)：＜1μs
6、位置控制：100μs
7、操作模式：Profileposition Mode；Homing Mode；Cyclic Synchronous Velocity Mode；Cyclic Synchronous Position Mode

4、機器人性能評價(jià)

此款6軸機器人的性能要求指標主要是指機器人在抓取標準工件時(shí)，機器人本體運行穩定性，定位誤差在一定范圍內時(shí)的最大作業(yè)頻率。在實(shí)際機器人調試過(guò)程中，EP3E默認值時(shí)6軸機器人的電機有一些異響及使能制動(dòng)延遲等問(wèn)題，通過(guò)對EP3E的參數調整達到完美消除上述問(wèn)題達到平穩運行，達到采用國外高端伺服系統的性能指標，這樣的結果完全可以證明EP3E有能力代替國外高端伺服系統。

5、結語(yǔ)

通過(guò)本次與機床的測試，邁信伺服驅動(dòng)器EP3E與貝加萊控制器之間通過(guò)PowerLink總線(xiàn)實(shí)現數據通訊，完成六軸聯(lián)動(dòng)、圓弧插補、多軸插補。充分驗證了EP3E高性能伺服系統的各項性能指標完全能夠滿(mǎn)足6軸機器人多伺服系統的嚴格要求，從而替代國外高端伺服系統，同時(shí)也實(shí)現機器人關(guān)鍵零部件的國產(chǎn)化，降低國內機器人整機廠(chǎng)商的生產(chǎn)成本，提供其產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競爭力。