六軸數(shù)控系統(tǒng)和交流伺服在工業(yè)機(jī)械手臂中應(yīng)用
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2.臺(tái)達(dá)交流伺服系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：
（1）具有多種控制模式，可與上位控制器靈活配合，應(yīng)用廣泛。
（2）通過(guò)伺服內(nèi)置的運(yùn)動(dòng)控制器和外部的I/O來(lái)自由規(guī)劃的8組位置指令寄存器是實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械第七軸（D軸）控制的關(guān)鍵。
（3）強(qiáng)健式的控制模式，在負(fù)載慣量大范圍的變化時(shí)，系統(tǒng)仍然可以保持優(yōu)異的性能。
（4）具有位置P-CURVE和速度S-CURVE平滑功能，且命令來(lái)源不論是外部模擬量輸入還是內(nèi)部寄存器設(shè)定均有平滑功能。
（5）豐富的軟件功能，方便用戶用調(diào)試。
通過(guò)比較分析，臺(tái)達(dá)交流伺服系統(tǒng)也完全能夠滿足作為機(jī)械手臂做下位控制器要求。
通過(guò)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、負(fù)載慣量、輸出扭矩的分析計(jì)算，故選用下列伺服：ASDA 3kW＊1臺(tái)、ASDA 2kW＊1臺(tái)、ASDA 1kW＊2臺(tái)、ASDA 200W＊2臺(tái)、ASDA 100kW＊1臺(tái)，共7臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器做下位控制器。
三、方案功能的實(shí)現(xiàn)
1.控制系統(tǒng)6AXIS＋1 AXIS的架構(gòu)如下圖：
圖二 64XIS+1 AXIS的控制架構(gòu)
2.硬件的組成和6＋1的設(shè)計(jì)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)
控制系統(tǒng)的硬件部分主要有CNC數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和其他輔助元件三部分組成。
（1）CNC數(shù)控系統(tǒng)
數(shù)控系統(tǒng)選用中達(dá)六軸數(shù)控系統(tǒng)，它是機(jī)械手臂的控制中心，除具有線性插補(bǔ)等運(yùn)動(dòng)控制外，還能夠進(jìn)行畫面顯示、參數(shù)設(shè)定、程序編輯、PLC邏輯控制等。
（2）伺服系統(tǒng)
伺服系統(tǒng)選用7套臺(tái)達(dá)－A系列交流伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)。其中ASDA 3kW＊1臺(tái)、用于獨(dú)立控制機(jī)械D軸位移工作臺(tái)，拖動(dòng)機(jī)械手臂前后運(yùn)動(dòng)，使其能自由移動(dòng)到生產(chǎn)線的任何地方。其伺服控制模式采用臺(tái)達(dá)交流伺服獨(dú)有的PR控制模式。
它的命令來(lái)源為臺(tái)達(dá)交流伺服位置指令寄存器8組內(nèi)部位置指令（參數(shù)P1-15～P1-30設(shè)定），伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度則由參數(shù)P1-36～P1-43設(shè)定。
通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)I/O輸出OUTPUT點(diǎn)Y0-Y3，配合伺服CN1接口的I/O，POS0～POS2與GTRG，就可以選擇8組中的一組來(lái)當(dāng)成位置指令來(lái)源。當(dāng)伺服CTRG信號(hào)上升沿觸發(fā)后，伺服電機(jī)便會(huì)向給定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。
其余6臺(tái)伺服分別為：ASDA 2kW＊1臺(tái)，控制機(jī)械手臂X軸空間移動(dòng)；ASDA 1kW＊2臺(tái)，控制機(jī)械手臂Y、Z軸的空間移動(dòng)；ASDA 200W＊2 臺(tái)，控制機(jī)械手臂A、B軸的空間移動(dòng)；ASDA 100kW＊1臺(tái)，控制機(jī)械手臂C軸的空間移動(dòng)。
這六臺(tái)伺服采用的是速度控制模式，數(shù)控系統(tǒng)的伺服軸口輸出 +/-10V的模擬量電壓來(lái)控制伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，并實(shí)時(shí)通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器的PG分周比輸出OA/OB/OZ信號(hào)將伺服運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反饋給數(shù)控系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)控制的目的，來(lái)保證機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)精度。
（3）其他輔助元件
其他輔助元件主要有：
電子脈沖發(fā)生器（MPG手搖輪），規(guī)格DC5V，在手動(dòng)和教導(dǎo)模式下，產(chǎn)生脈沖信號(hào)控制伺服軸位移。
動(dòng)力變壓器，規(guī)格7.5kVA三相380V/三相220V，作用是給伺服系統(tǒng)提供動(dòng)力電源。
控制變壓器，規(guī)格500VA，AC380V/AC220V，作用是給數(shù)控和伺服系統(tǒng)提供控制電源。
開(kāi)關(guān)電源，規(guī)格500VA，DC24V，AC220V/DC24V，作用是給控制回路提供直流控制電源。
INPUT輸入板，規(guī)格NPN型，可以連接按鈕、行程開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等傳感器信號(hào)。
OUTPUT輸出板，規(guī)格NPN型，作用是控制中間繼電器、微型電磁閥等DC24V負(fù)載。
中間繼電器，規(guī)格DC24V，增加OUTPUT輸出板的容量，線路保護(hù)。
氣動(dòng)電磁閥，規(guī)格DC24V，控制機(jī)械手夾緊氣缸和生產(chǎn)線其他輔助動(dòng)作。
按鈕、開(kāi)關(guān)若干，提供各種傳感信號(hào)。
通過(guò)上述硬件配置和架構(gòu)設(shè)計(jì)，中達(dá)電通六軸數(shù)控系統(tǒng)便能夠通過(guò)速度模擬量電壓命令和外部的I/O輸出信號(hào)來(lái)控制一個(gè)六軸的機(jī)械手臂和一個(gè)獨(dú)立的位移工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)了。
3.示教功能和手搖輪測(cè)試功能的實(shí)現(xiàn)
圖三 示教盒
中達(dá)六軸數(shù)控系統(tǒng)具有“示教和手搖輪測(cè)試”功能，通過(guò)必要的PLC編輯便可以激活這兩個(gè)功能，方便編譯和效驗(yàn)程序。
當(dāng)配合外部I/O和電子手搖輪，激活“示教”功能后，六軸機(jī)械手臂的工作方式是按“示教學(xué)習(xí)→生成NC程序→編輯修改NC程序→機(jī)械手臂再現(xiàn)執(zhí)行”的過(guò)程來(lái)完成的，即由人用示教盒對(duì)機(jī)械手臂工作行為示教。示教過(guò)程中，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)記錄下機(jī)械手臂各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)終點(diǎn)的位置信息，并以NC代碼的形式顯示在CRT 熒屏上。
當(dāng)機(jī)械手臂完成一個(gè)示教流程結(jié)束后，數(shù)控系統(tǒng)便會(huì)以NC代碼的形式記錄下一個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列。用戶可以通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)CNC鍵盤對(duì)當(dāng)前的NC程序進(jìn)行必要的編輯，如添加運(yùn)動(dòng)速度，數(shù)控外部I/O控制等指令，這樣數(shù)控系統(tǒng)便生成了機(jī)械手臂工作所需要的完整信息。
當(dāng)完成編輯后，激活數(shù)控系統(tǒng)的“自動(dòng)運(yùn)行”功能，數(shù)控系統(tǒng)便能自動(dòng)依次讀取這個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列和指令信息，并傳達(dá)給下位伺服控制器和數(shù)控外部I/O控制機(jī)械手臂動(dòng)作。
當(dāng)我們對(duì)“示教”生成的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編輯完成后，在執(zhí)行“自動(dòng)運(yùn)行”功能前，可以通過(guò)激活“手搖輪測(cè)試”功能，來(lái)再次校正編輯完的程序。
當(dāng)“手搖輪測(cè)試”功能被激活后，機(jī)械手臂會(huì)按照先前編輯的指令信息再現(xiàn)動(dòng)作。伺服軸的運(yùn)動(dòng)速度由手搖輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和MPG的倍率所決定，當(dāng)手搖輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服軸也會(huì)停止進(jìn)給；如繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服軸會(huì)繼續(xù)執(zhí)行動(dòng)作，從而有效防止機(jī)械撞機(jī)。
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評(píng)論