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CoolDrive R6一體化伺服在工業(yè)機(jī)器人上的應(yīng)用

時間:2018-03-06 15:37:41來源:清能德創(chuàng)電氣技術(shù)(北京)有限公司

導(dǎo)語:?本文旨在介紹CoolDriveR6伺服驅(qū)動器在6軸關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人上的應(yīng)用,同時為客戶提供一套完整的機(jī)器人電控系統(tǒng)解決方案。

1、概述

近兩年,面對人工勞動力成本的不斷提升,工業(yè)機(jī)器人日益被企業(yè)倚重,中國工業(yè)機(jī)器人市場呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。據(jù)國際機(jī)器人協(xié)會(IFR)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),2014年全球工業(yè)機(jī)器人銷量為22.5萬臺左右,其中亞洲的銷量幾乎占到2/3.而中國市場的工業(yè)機(jī)器人銷量更是增長54%,達(dá)到5.6萬臺左右。但值得注意的是,本土機(jī)器人供應(yīng)商的銷量僅為1.6萬臺。究其原因,很重要的一個因素就是機(jī)器人核心零部件的國產(chǎn)化進(jìn)程較慢,國內(nèi)機(jī)器人整機(jī)廠商只能進(jìn)口國外產(chǎn)品,導(dǎo)致整機(jī)成本較高,在同國外廠商的競爭中處于劣勢。

CoolDrive R6一體化伺服驅(qū)動器是清能德創(chuàng)電氣技術(shù)(北京)有限公司在進(jìn)行大量工業(yè)機(jī)器人市場及客戶的需求調(diào)研后,為該行業(yè)量身打造的一款專用伺服產(chǎn)品。CoolDrive R6集成了多軸一體化設(shè)計(jì)、功能性安全技術(shù)、多種振動抑制算法等創(chuàng)新技術(shù),并內(nèi)置多種前饋功能,設(shè)計(jì)采用高速工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò),大幅提高了系統(tǒng)動態(tài)特性,為客戶提供更節(jié)能,更靈活,更安全的伺服系統(tǒng)。CoolDrive R6無論從產(chǎn)品形態(tài)還是集成功能上來說都非常適合用于工業(yè)機(jī)器人行業(yè),完全可以替代國外同類產(chǎn)品,為客戶提供更具性價比的方案。

2、國產(chǎn)20kG六關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人

本次項(xiàng)目所使用的20kG六關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人是國產(chǎn)最新型號,具有結(jié)構(gòu)緊湊,關(guān)節(jié)速度較高,動態(tài)響應(yīng)快,精度高,過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。電控系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu),擴(kuò)展應(yīng)用方便。適用于切割、打磨、上下料等場合。其產(chǎn)品性能如下表所示:

表1機(jī)器人性能參數(shù)表

3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1客戶需求

客戶這臺6關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人要求實(shí)現(xiàn)較高的關(guān)節(jié)速度和重復(fù)定位精度,同時要求在帶載運(yùn)行時保持機(jī)器人的穩(wěn)定性。此外,客戶要求可通過控制器對伺服驅(qū)動器的內(nèi)部功能參數(shù)進(jìn)行人工在線設(shè)定,以便實(shí)現(xiàn)精確控制。

3.2設(shè)計(jì)難點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人是非常典型的多軸控制系統(tǒng),為使機(jī)器人能達(dá)到較高的重復(fù)定位精度,除了要求控制器有很強(qiáng)的路徑規(guī)劃算法及插補(bǔ)功能以外,伺服驅(qū)動器也必須保證在執(zhí)行控制器位置指令時,保持所有關(guān)節(jié)嚴(yán)格同步。而為了提高機(jī)器人的運(yùn)行速度,就需要伺服系統(tǒng)具有很強(qiáng)的瞬時過載能力和極高的動態(tài)響應(yīng)特性。

如何減少機(jī)器人在運(yùn)行過程中發(fā)生的振動,一直是機(jī)器人用伺服系統(tǒng)的一個難題,這也是很多國內(nèi)伺服產(chǎn)品無法應(yīng)用到工業(yè)機(jī)器人上的一個原因。

振動主要出現(xiàn)在兩種工況,一是機(jī)器人在啟動和停止時,機(jī)器人本體和末端會發(fā)生振動;一是機(jī)器人在高速運(yùn)行,并移動范圍較大時,本體會出現(xiàn)振動和運(yùn)行軌跡偏差較大的現(xiàn)象。引起振動的主要原因就是機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的慣量發(fā)生了較大變化,要消除振動必須在伺服驅(qū)動器中加入各種前饋補(bǔ)償控制功能。

3.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

通過對客戶需求的深入分析,我們?yōu)榭蛻粼O(shè)計(jì)了“KEBA控制器+CoolDrive A8”伺服驅(qū)動器的電控系統(tǒng)解決方案。

圖1  CoolDrive R6現(xiàn)場應(yīng)用圖

這套系統(tǒng)的優(yōu)勢在于:

1.機(jī)器人專用控制系統(tǒng)

本次項(xiàng)目選擇的是KEBA專為機(jī)器人行業(yè)開發(fā)的KeMotion控制系統(tǒng),包括控制器、視教盒以及控制軟件。其控制器和視教盒都支持EtherCAT高速工業(yè)以太網(wǎng)通訊,具有很高的計(jì)算性能和通訊速度。

KeMotion還提供了強(qiáng)大的機(jī)器人控制軟件,其中內(nèi)置了多種類型的機(jī)器人路徑規(guī)劃模型,能夠快速完成機(jī)器人的開發(fā);同時軟件還提供了豐富的補(bǔ)償算法和插補(bǔ)功能,保證了機(jī)器人的控制精度。

2. CoolDrive R6機(jī)器人專用一體化伺服驅(qū)動器

CoolDrive R6是清能德創(chuàng)在進(jìn)行大量工業(yè)機(jī)器人市場及客戶的需求調(diào)研后,為其量身打造的一款伺服產(chǎn)品。作為國內(nèi)首款機(jī)器人專用一體化伺服驅(qū)動器,CoolDrive R6無論從設(shè)計(jì)理念、集成功能還是產(chǎn)品的可定制化,都真正從行業(yè)用戶的角度出發(fā),著眼于滿足客戶的實(shí)際需求。

CoolDrive R6采用ALL IN ONE設(shè)計(jì),在緊湊的機(jī)身內(nèi)集成了六個伺服軸,同時還預(yù)留了擴(kuò)展空間,可為機(jī)器人提供附加軸。同目前通用伺服方案相比,最多可節(jié)省50%的空間。

同時,CoolDrive R6加入了速度、加速度前饋補(bǔ)償,力矩補(bǔ)償?shù)妊a(bǔ)償算法,并開發(fā)了定位抖動消除、慣量前饋等功能,可較好地解決機(jī)器人本體在高速運(yùn)行、快速定位時產(chǎn)生的振動,并且提高機(jī)器人的動態(tài)特性。

此外,CoolDrive R6還增加了電機(jī)弱磁控制技術(shù)以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的輕載高速運(yùn)行,增加編碼器信號修正技術(shù)以提高機(jī)器人的穩(wěn)定性和降低運(yùn)行中的噪音等。

4、機(jī)器人實(shí)際性能測試

在實(shí)際測試過程中,在沒有加入速度、加速度前饋補(bǔ)償,力矩補(bǔ)償?shù)妊a(bǔ)償算法的情況下,機(jī)器人在滿載運(yùn)行時,會發(fā)生明顯振動。在機(jī)器人啟動的瞬間,如果沒有提前給定力矩補(bǔ)償,機(jī)器人本體由于重力的作用會發(fā)生下沉的動作,也就是俗稱的“點(diǎn)頭”。而在機(jī)器人由高速運(yùn)行狀態(tài)快速停止時,如果沒有“定位抖動消除”功能,機(jī)器人本體會由于慣性的突然變化而發(fā)生抖動。

下圖是沒有開啟補(bǔ)償及振動抑制功能時,機(jī)器人的位置誤差,可以看到明顯的振動現(xiàn)象。

下圖是開啟補(bǔ)償及振動抑制功能后,機(jī)器人本體的位置誤差情況,能夠非常明顯的看出,機(jī)器人本體的振動得到了有效抑制。

5、結(jié)束語

清能德創(chuàng)致力于為國內(nèi)機(jī)器人整機(jī)廠商提供國產(chǎn)高端伺服系統(tǒng),在性能和功能上能夠滿足機(jī)器人對伺服系統(tǒng)的要求,同時也沒有國外產(chǎn)品高昂的價格,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)鍵零部件的國產(chǎn)化,降低國內(nèi)機(jī)器人整機(jī)廠商的總體成本,提高國產(chǎn)機(jī)器人的競爭力。

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