第七屆中國國際機器人高峰論壇工業(yè)機器人主題論壇上，清能德創(chuàng)作為工業(yè)機器人核心零部件領(lǐng)域的代表性企業(yè)，為觀眾呈現(xiàn)了國產(chǎn)伺服驅(qū)動如何通過產(chǎn)品迭代，助推國產(chǎn)機器人發(fā)展。清能德創(chuàng)電氣技術(shù)（北京）有限公司湯小平副總經(jīng)理除了介紹了公司自創(chuàng)建以來開發(fā)的系列產(chǎn)品外，還分享了如何幫助客戶的工業(yè)機器人實現(xiàn)精準、快速、安全、穩(wěn)定的控制。（以下文字根據(jù)速記整理，僅供參考）

各位嘉賓下午好，前面的各位老師講的是工業(yè)機器人的創(chuàng)新以及應(yīng)用，我們公司是做機器人的核心零部件的，我給大家分享的題目是“以創(chuàng)新伺服驅(qū)動技術(shù)助力國產(chǎn)機器人發(fā)展”。

先簡單介紹一下我們公司的概況，我們公司總部在北京，在上海有一家分公司，在成都和深圳各有辦事處，這是我們目前的組織架構(gòu)。可能大家一看到我們公司LOGO中這個紫色，會猜到我們跟清華是有些關(guān)系的，的確，我們核心團隊都是來自清華大學(xué)電機系的，有著20年的在這個行業(yè)的從業(yè)經(jīng)驗和產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗。我們是研發(fā)型企業(yè)，50%是技術(shù)人員，我們目前跟國內(nèi)的高校和科研院所，如清華大學(xué)，北航、中科院等，建立一個創(chuàng)新的合作聯(lián)盟。我們目前有三大主要系列產(chǎn)品，從中間紫色的A8到左邊的R系列，到稍微小一點的RC系列。我們驅(qū)動器產(chǎn)品在國產(chǎn)工業(yè)機器人中獲得廣泛應(yīng)用，國內(nèi)目前做工業(yè)機器人的廠商，只要他們不是自己做伺服驅(qū)動器的，多多少少都用我們的驅(qū)動器。

伺服驅(qū)動器是機器人核心零部件中的一個。我們公司在成立的時候就定位成智能裝備的核心零部件供應(yīng)商。根據(jù)我們2016年統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，目前在這個行業(yè)里整個應(yīng)用超過三萬根軸。我們產(chǎn)品最初定位的行業(yè)除了工業(yè)機器人之外還包括機床、紡織機械等。

我們的產(chǎn)品品牌是CoolDrive。這是我們的第一款產(chǎn)品，A8系列。當時我們產(chǎn)品一出來的時候，國內(nèi)很多伺服行業(yè)的同仁都覺得眼前一亮，以前看到伺服都是跟松下安川差不多的，突然出來一個完全不一樣的，有點像歐系品牌的伺服。其實我們不光形似，神也似，我們在A8里面最早應(yīng)用EtherCAT總線技術(shù)，然后還集成了同步伺服驅(qū)動技術(shù)。A8的產(chǎn)品功率是從2.5千瓦到20千瓦左右，對應(yīng)機器人從50公斤到210公斤。這是A8大概的系統(tǒng)架構(gòu)圖，這是一個共直流母線的架構(gòu)，有兩條母線，上面一條是控制母線，下面是動力母線，理論上它可以無限制拓展下去。最左邊是電源模塊，上面是通過EtherCAT總線把各個模塊連在一起的。我們在工業(yè)機器人領(lǐng)域推出A8之后，我們的用戶非常喜歡，我們緊跟著在2015年左右推出了這個R系列產(chǎn)品。R系列里面也是繼承了A8系列的特點，為什么叫R系列，專門針對機器人設(shè)計的，我們在一個產(chǎn)品中集成了六軸或者四軸機器人專用伺服驅(qū)動器。

R系列產(chǎn)品，作為機器人伺服來說對A8系列的補充，A8是針對50公斤以上的，R系列是針對20公斤以下的。我們這里有六軸，四軸，三軸的R系列驅(qū)動器。這是我們的R6，做了一個透明化后的效果，內(nèi)部也是模塊結(jié)構(gòu)。早期我們的客戶是用普通的脈沖型伺服，這個伺服的體積比較大，線比較多，換成我們的R伺服以后體積減少了，整個系統(tǒng)的可靠性也得到很大的提高。

緊跟著在2016年的時候，我們根據(jù)市場的需求，推出了一個RC系列，這個伺服是針對6公斤、3公斤桌面型的機器人。這種機器人尺寸非常小，整個六軸加在一起它的尺寸只有一張A4紙那么大。RC系列的電流比較小一點，我們設(shè)計的時候是5A，現(xiàn)在可以擴到8A。還有一點不一樣的是RC系列用到了高速DI/DO，如果用戶需要的話不需要外擴我們可以直接做了。

今年我們在工博會上會展出我們最新的產(chǎn)品，叫做CoolDriveMini系列。下面是帶殼的，上面是不帶殼的，我們有兩種安裝方式，一種是提供整機，還有一種是單個模塊使用。電流設(shè)計是30A以下，跟所有的產(chǎn)品一樣標配了EtherCAT，支持多種編碼器。Mini系列伺服是用在協(xié)作機器人，以及AGV小車上面。

這是CoolDriveMini的大概尺寸，我們跟iphone進行了對比，高度方向大概跟蘋果8puls差不多高，低壓模塊尺寸比它更小，這個大家可以看到。右邊是它的主要參數(shù)，目前是從5A到30A的功率范圍，小功率的是三倍以上的過載，大功率的是兩倍的過載，持續(xù)過載時間是三秒鐘。底下是CDEM系列產(chǎn)品，嵌入式模塊，可以有一個母板，把嵌入式模塊裝到母板里可以形成多軸的系列。

我們作為一個核心零部件，怎么幫助我們的客戶實現(xiàn)工業(yè)機器人的精準、快速、安全、穩(wěn)定的控制呢，我可以從下面幾點分享一下。

首先是精準，關(guān)于精準，可能有很多指標或者很多技術(shù)實現(xiàn)機器人運行的精準控制，我這里選取了其中一個。機器人是多軸系統(tǒng)，我們要進行多軸協(xié)調(diào)控制，怎么做呢，我們當時采用了EtherCAT的高速工業(yè)以太網(wǎng)，EtherCAT技術(shù)有一個很好的特點，傳輸速度快，雙向一百兆的傳輸速率，它的典型控制周期可以做到一個毫秒，我們最快做到250微秒。第三點，同步誤差可以做到小于1微秒。而且EtherCAT內(nèi)部有一個同步時鐘，多軸同步控制的很好，所以在一開始的時候把EtherCAT作為我們產(chǎn)品的標準，EtherCAT成了我們產(chǎn)品的基因。

關(guān)于快速控制的問題，這是我們產(chǎn)品典型的指標，三環(huán)控制周期，這個在國內(nèi)來說是做的比較好的。我們的電流環(huán)響應(yīng)頻率是3K赫茲，最大過載倍數(shù)都是三倍過載，我們的通訊周期可以做到250個微秒，所以我們在適應(yīng)多種控制器游刃有余，不管控制器是一毫秒或者五百微秒控制周期，我們驅(qū)動器都可以匹配上的。

另外一個是好馬配好鞍，我們這個驅(qū)動器雖然有這么快速的響應(yīng)性能，還需要電機把它的性能發(fā)揮出來。我們現(xiàn)在配套的電機是歐洲設(shè)計在中國生產(chǎn)的，是全自動化生產(chǎn)線。這個電機有很快的響應(yīng)速度，同時它的轉(zhuǎn)速可以做的很高，最高六千的轉(zhuǎn)速，過載三倍以上。

再講一點關(guān)于編碼器，我們所有的驅(qū)動器標配的是絕對值的編碼器。增量式編碼器記錄的是相對位置，在受到干擾時容易丟脈沖，影響編碼器的精度，并且造成累積誤差。絕對值編碼器有一個絕對的原點，所有的值都是相對原點的，所以他沒有累積誤差。另外，絕對值編碼器傳輸速度可以到4兆和2兆，可以實現(xiàn)遠距離傳輸。這是我們驅(qū)動器可以適配的編碼器，包括多摩川，Hiperface，尼康等等。

再講講安全，剛才講到我們公司最早把安全功能引入到驅(qū)動器里面，從我的角度來理解，你要實現(xiàn)一個功能的時候，一定要考慮系統(tǒng)的不可靠性，有可能你發(fā)出一條指令，由于硬件和軟件失效等原因未達成。實現(xiàn)安全功能，說白了要冗余，軟件冗余和硬件冗余，比如安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷是硬件冗余，就是STO功能。我們目前實現(xiàn)的安全功能，還有安全停止一，安全停止二，安全抱閘控制等等……

最后講講穩(wěn)定性的問題。我們針對工業(yè)機器人行業(yè)應(yīng)用，在伺服里做了一些軟件上的處理，首先有一個靜態(tài)平衡力矩補償，機器人在抱閘打開的瞬間由于重力作用，會下落一點，俗稱“點頭”，這個時候伺服系統(tǒng)要非常快的把機器人抱住，這就是靜態(tài)平衡力矩補償。另外就是機器人的慣量辨識，還有抖動消除功能。我們希望機器人運行的又快又穩(wěn)，這就要求不能有任何抖動，在這里面一個是快速定位的時候進行抖動消除，另外一個是大角度移位的時候不能發(fā)生抖動。這是我們客戶現(xiàn)場的視頻，機器人快速運動過程中突然停下來可以做到紋絲不動。