摘要：本文旨在介紹EP3E伺服驅(qū)動(dòng)器在Tripod機(jī)器人上的應(yīng)用，同時(shí)為客戶(hù)提供一套完整的基于PowerLink總線(xiàn)的多機(jī)器人電控系統(tǒng)解決方案。

1概述

近年來(lái)，隨著人力成本的大大提高，客戶(hù)對(duì)機(jī)械自動(dòng)化程度的提高日益迫切。Tripod機(jī)器人是并聯(lián)型的3關(guān)節(jié)機(jī)器人的機(jī)型，具有剛度大、受力平衡、承載能力強(qiáng)、誤差小、精度高、自重負(fù)荷比小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、動(dòng)力性能好、動(dòng)作快速、控制容易、靜音和低維護(hù)等特點(diǎn)。Tripod機(jī)器人非常方便安裝工業(yè)視覺(jué)和各類(lèi)型的末端執(zhí)行器，可自動(dòng)識(shí)別、定位輸送帶上快速移動(dòng)的各種工件，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高速、精準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)跟隨輸送帶連續(xù)分揀作業(yè)。所以，tripod機(jī)器人廣泛應(yīng)用于藥品包裝行業(yè)，電子產(chǎn)品行業(yè)的撿取，食品包裝行業(yè)，建筑行業(yè)的搬運(yùn)與組裝。

國(guó)內(nèi)的建筑行業(yè)有著大量的分揀應(yīng)用需求，特別適合tripod機(jī)器人完成。以建筑行業(yè)的瓷磚為例，瓷磚從高溫窯爐產(chǎn)線(xiàn)輸出，產(chǎn)線(xiàn)寬度為2-3m寬，輸出的瓷磚表面溫度為90℃左右，而且瓷磚出爐后在單位時(shí)間內(nèi)傳送帶瓷磚的傳輸量非常大，要求能夠快速完成分揀與堆垛功能。雖然國(guó)內(nèi)并聯(lián)機(jī)器人處于快速的發(fā)展中，但國(guó)內(nèi)的tripod機(jī)器人大多都是采用單臺(tái)套的控制，一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制單元只可以完成單個(gè)tripod機(jī)器人的控制，無(wú)法完成多個(gè)tripod機(jī)器人的協(xié)同控制。所以，瓷磚傳輸生產(chǎn)線(xiàn)安排4臺(tái)tripod機(jī)器人，每臺(tái)機(jī)器人按A/B兩區(qū)輪流進(jìn)行瓷磚的分揀與堆垛，以確保連續(xù)工作。

EP3E伺服驅(qū)動(dòng)器是武漢邁信電氣技術(shù)有限公司最新推出的國(guó)內(nèi)首款基于PowerLink總線(xiàn)的伺服驅(qū)動(dòng)器，可以外接單圈或者多圈絕對(duì)式編碼器，實(shí)時(shí)總線(xiàn)抖動(dòng)在線(xiàn)同步調(diào)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(tǒng)。

EP3E伺服驅(qū)動(dòng)器從產(chǎn)品尺寸，連線(xiàn)方式來(lái)說(shuō)非常適合多機(jī)器人的工業(yè)現(xiàn)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)的多臺(tái)Tripod機(jī)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。

2Tripod機(jī)器人控制

本次項(xiàng)目所使用的是Tripod機(jī)器人是國(guó)產(chǎn)的最新本體，具有結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)效率高，精度高，過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。該項(xiàng)目用于瓷磚的自動(dòng)撿磚與堆垛生產(chǎn)線(xiàn)，適用于多臺(tái)tripod機(jī)器人的協(xié)同撿磚，堆垛一體化的等場(chǎng)合。該產(chǎn)品框圖見(jiàn)圖1。

圖1多臺(tái)tripod機(jī)器人解決方案的照片

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1客戶(hù)需求

客戶(hù)要求Tripod機(jī)器人具備較高的工作速度，以及，非常高的生產(chǎn)線(xiàn)柔性的調(diào)整功能，能夠自動(dòng)完成產(chǎn)線(xiàn)的撿磚與堆垛等功能，同時(shí)要求非常高的穩(wěn)定性。此外，客戶(hù)要求能夠?qū)崟r(shí)的通過(guò)遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)來(lái)查看多臺(tái)機(jī)器人的工作狀態(tài)。

3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

通過(guò)對(duì)客戶(hù)需求的深入分析，我們?yōu)榭蛻?hù)設(shè)計(jì)了“B&R的X20控制器+EP3E伺服驅(qū)動(dòng)器”的電控解決方案，如圖2所示。

圖2多臺(tái)Tripod機(jī)器人電氣方案圖

這套系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于：

(1)融合MC，CNC，robotics，機(jī)器視覺(jué)的X20運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

基于X20的多臺(tái)tripod協(xié)同解決方案是利用通用運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)設(shè)計(jì)平臺(tái)，通過(guò)PowerLink總線(xiàn)技術(shù)將機(jī)器人、CNC、多軸運(yùn)動(dòng)和單軸定位組成一個(gè)系統(tǒng)。可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的路徑信息應(yīng)用到機(jī)床和生產(chǎn)機(jī)械中，還可以實(shí)現(xiàn)多軸關(guān)節(jié)的機(jī)器人控制，進(jìn)行復(fù)雜的3D圖CNC加工。借助實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)控制循環(huán)時(shí)間可達(dá)400μs，CNC、PLC、I/O和驅(qū)動(dòng)器可至微秒級(jí)高精度同步，同一處理器處理運(yùn)動(dòng)控制和邏輯控制，CNC和PLC同步運(yùn)行任務(wù)。

X20的軟件軟件框架如圖3所示，所支持的機(jī)器人技術(shù)包括：

1.支持標(biāo)準(zhǔn)DIN66025的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，支持客戶(hù)自定義解釋語(yǔ)言；

2.每個(gè)系統(tǒng)擁有8個(gè)CNC通道，每個(gè)CNC通道插補(bǔ)最多15個(gè)軸參與，每個(gè)CNC通道非插補(bǔ)不限制軸數(shù)；

3.各路徑段具有“程序段預(yù)讀”功能，優(yōu)化運(yùn)動(dòng)軌跡，可以實(shí)時(shí)更改速度倍率；

4.二十余種多軸運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，支持客戶(hù)自定義坐標(biāo)變換；

圖3X20的軟件系統(tǒng)框架

(1)EP3E高性能伺服驅(qū)動(dòng)器

EP3E是國(guó)內(nèi)首家通過(guò)EPSG組織的一致性測(cè)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(nèi)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的多摩川單圈與多圈編碼器，或者，20bit的尼康單圈與多圈編碼器，或者，23bit的多摩川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(diào)整技術(shù)，可以充分滿(mǎn)足MC，CNC，robotics對(duì)于動(dòng)態(tài)響應(yīng)和同步性的要求。

(3)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)采用第三方的視覺(jué)傳感器系統(tǒng)

第三方的視覺(jué)傳感器系統(tǒng)，具有獨(dú)立的視覺(jué)識(shí)別與算法功能，可以通過(guò)普通以太網(wǎng)與我們完成通訊功能。

3.3系統(tǒng)軟件框架

圖4系統(tǒng)軟件框架

系統(tǒng)軟件由Configuration、System、Cnc以及Axes等模塊組成，Configuration模塊負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的配置工作，System負(fù)責(zé)系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)，Cnc和Axes分別負(fù)責(zé)插補(bǔ)通道狀態(tài)機(jī)和軸狀態(tài)機(jī)。為實(shí)現(xiàn)完整的機(jī)器人軟件功能，系統(tǒng)軟件還包括如坐標(biāo)變換Trf、伺服通訊SDCConfig及人機(jī)界面通訊HMIControl等功能。

VisionSensor完成視覺(jué)傳感器傳輸?shù)哪K單位的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

Cyclic#1,控制周期為2ms,由SDCConfig，System,Config,Cnc,Axes,Trf，Manager,VisionSensor等模塊組成，

Cyclic#2,控制周期為20ms,由MBSerialS,HMIControl等模塊組成，其中，MBSerialS模塊完成ModbusRTU協(xié)議的通訊，HMIControl模塊完成，

4系統(tǒng)性能測(cè)試

在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，系統(tǒng)用了很短的時(shí)間就調(diào)試成功。

圖5在軟件仿真中的圖片

圖6插補(bǔ)周期為2ms時(shí)，4臺(tái)Tripod機(jī)器人協(xié)同工作CPU的負(fù)載性能

5結(jié)束語(yǔ)

武漢邁信電氣致力于為國(guó)內(nèi)自動(dòng)化設(shè)備廠(chǎng)商提供PowerLink總線(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)MC，CNC，robotics對(duì)伺服系統(tǒng)的無(wú)縫銜接，從而實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)機(jī)械自動(dòng)化的PowerLink總線(xiàn)化，降低國(guó)產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的總體成本，提高機(jī)械設(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)力。