CoolDrive A8伺服驅(qū)動器在工業(yè)機器人上的應用

1、CoolDrive A8伺服驅(qū)動器在工業(yè)機器人上的應用摘要：本文旨在介紹CoolDrive A8伺服驅(qū)動器在6軸關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人上的應用，同時為 客戶提供一套完整的機器人電控系統(tǒng)解決方案。1、概述近年來，中國的工業(yè)機器人新裝量和保有量都呈現(xiàn)快速的增長，目前總體保有量已經(jīng) 接近10萬臺，而且據(jù)調(diào)研機構(gòu)預計，未來中國工業(yè)機器人市場每年還將以20%的增速增長。 雖然機器人應用已經(jīng)在國內(nèi)得到快速的發(fā)展，但是我國機器人市場仍然以國外企業(yè)為主，本 土企業(yè)的市場占有率僅占4%。這其中一個很主要的原因就是機器人核心零部件的國產(chǎn)化進 程較慢，國內(nèi)機器人整機廠商只能進口國外產(chǎn)品，導致整機成本較高，在同國外廠商的競

2、爭 中處于劣勢。CoolDrive A8伺服驅(qū)動器是清能德創(chuàng)電氣技術(shù)（北京）有限公司最新推出的國內(nèi)首款 網(wǎng)絡化模塊化伺服驅(qū)動產(chǎn)品，融合了共直流母線、能效管理、功能安全，多軸同步等多項創(chuàng) 新技術(shù)，為客戶提供更節(jié)能，更靈活，更安全的伺服系統(tǒng)。CoolDrive A8從產(chǎn)品形態(tài)、功 能上來說非常適合用于工業(yè)機器人行業(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)50kG六關(guān)節(jié)工業(yè)機器人本次項目所使用的50kG六關(guān)節(jié)工業(yè)機器人是國產(chǎn)最新型號，具有結(jié)構(gòu)緊湊，關(guān)節(jié)速 度較高，動態(tài)響應快，精度高，過載能力強等特點。電控系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)，擴展應用方便。 適用于搬運，激光切割，打磨拋光等場合

3、。其產(chǎn)品性能如下表所示：表1機器人性能參數(shù)表探圳稻蟹人白ktw20wrww. d秒?yún)鹪tto. cor1關(guān)節(jié)型控制軸敢.養(yǎng)方式地裝最大動作速度丁1鈾130/secj礙130 /secn釉130 /sec皿軸250 /sec口軸2S0/sec355 /sec最大動作范囲丁1軸 180丁2軸+80 /-13S軸+225 /-80!dE軸360 120瑋軸450最大君動半徑2146mmm手腕部最犬負載最犬50 kg重復定位精度 0.15mm550kg3、系統(tǒng)設計3.1客戶需求客戶這臺6關(guān)節(jié)工業(yè)機器人要求實現(xiàn)較高的關(guān)節(jié)速度和重復定位精度，同時要求在帶 載運行時保持機器人的穩(wěn)定性。此外，客戶要求可通過控制

4、器對伺服驅(qū)動器的內(nèi)部功能參數(shù) 進行人工在線設定，以便實現(xiàn)精確控制。圖1機器人機械系統(tǒng)組成圖3.2設計難點工業(yè)機器人是非常典型的多軸控制系統(tǒng)，為使機器人能達到較高的重復定位精度，除 了要求控制器有很強的路徑規(guī)劃算法及插補功能以外，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)嚴格同步。而為了提高機器人的運行速度，就需要伺服系統(tǒng)具有 很強的瞬時過載能力和極高的動態(tài)響應特性。如何減少機器人在運行過程中發(fā)生的振動，一直是機器人用伺服系統(tǒng)的一個難題，這 也是很多國內(nèi)伺服產(chǎn)品無法應用到工業(yè)機器人上的一個原因。振動主要出現(xiàn)在兩種工況，一是機器人在啟動和停止時，機器人本體和末端會發(fā)生振 動；一是機

5、器人在高速運行，并移動范圍較大時，本體會出現(xiàn)振動和運行軌跡偏差較大的現(xiàn) 象。引起振動的主要原因就是機器人各個關(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償控制功能。3.2系統(tǒng)方案設計通過對客戶需求的深入分析，我們?yōu)榭蛻粼O計了 XEBA控制器+CoolDrive A8”伺服驅(qū) 動器的電控系統(tǒng)解決方案。嘎圳厲童人自動銘M嘎圳厲童人自動銘M這套系統(tǒng)的優(yōu)勢在于:1.機器人專用控制系統(tǒng)本次項目選擇的是KEBA專為機器人行業(yè)開發(fā)的 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，具有很高的計算性 能和通訊速度。還提供了強大的機

6、器人控制軟件，其中內(nèi)置了多種類型的機器人路徑規(guī)劃模型，能 夠快速完成機器人的開發(fā)；同時軟件還提供了豐富的補償算法和插補功能，保證了機器人的 控制精度。2. CoolDrive A8高性能伺服驅(qū)動器CoolDrive A8是國內(nèi)首家通過ETG 一致性測試的產(chǎn)品，因此能夠很好同KEBA控制 器進行配合；同時，CoolDrive A8內(nèi)置的電流環(huán)、速度環(huán)以及位置環(huán)的循環(huán)時間分別達到 了 62.5us、125us和250us,頻率響應更是高達3KHz,充分滿足工業(yè)機器人對動態(tài)響應 和同步性的要求。針對機器人的振動問題，CoolDrive A8加入了速度、加速度前饋補償，力矩補償?shù)?補償算法，并開發(fā)了定

7、位抖動消除、慣量前饋等功能，較好的解決了機器人本體在高速運行、 快速定位時產(chǎn)生的振動。除此之外，CoolDrive A8還增加了電機弱磁控制技術(shù)以實現(xiàn)機器 人的輕載高速運行，增加編碼器信號修正技術(shù)以提高機器人的穩(wěn)定性和降低運行中的噪音CoolDrive A8還在國內(nèi)伺服廠商中創(chuàng)新性的采用模塊化設計。整個系統(tǒng)由整流模塊 和電機驅(qū)動模塊構(gòu)成，通過直流母線連接。這樣的結(jié)構(gòu)便于用戶進行系統(tǒng)擴展，而且連線非 常簡單，直流母線還能提高系統(tǒng)的能源效率，使設備更加節(jié)能oCoolDrive A8還內(nèi)置了 STO、 SS1、SS2等安全功能，在緊急情況下能夠按照事先預定的規(guī)則進行安全停車，保護設備及 人員的安全。

8、4、機器人實際性能測試在實際測試過程中，在沒有加入速度、加速度前饋補償，力矩補償?shù)妊a償算法的情況 下，機器人在滿載運行時，會發(fā)生明顯振動。在機器人啟動的瞬間，如果沒有提前給定力矩 補償，機器人本體由于重力的作用會發(fā)生下沉的動作，也就是俗稱的點頭”。而在機器人由 高速運行狀態(tài)快速停止時，如果沒有定位抖動消除”功能，機器人本體會由于慣性的突然變 化而發(fā)生抖動。下圖是沒有開啟補償及振動抑制功能時，機器人的位置誤差，可以看到明顯的振動現(xiàn) 象。下圖是開啟補償及振動抑制功能后，機器人本體的位置誤差情況，能夠非常明顯的看 出，機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)機器人整機廠商提供國

9、產(chǎn)高端伺服系統(tǒng)，在性能和功能上能夠 滿足機器人對伺服系統(tǒng)的要求，同時也沒有國外產(chǎn)品高昂的價格，從而實現(xiàn)機器人關(guān)鍵零部 件的國產(chǎn)化，降低國內(nèi)機器人整機廠商的總體成本，提高國產(chǎn)機器人的競爭力。出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣 不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報之于陛下也。誠宜開張圣聽，以光 先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論其 刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。侍中、侍郎郭攸之、費祎、董允等，此皆良實，志

10、慮忠純，是以先帝簡拔以遺陛下：愚 以為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補闕漏，有所廣益。將軍向?qū)櫍孕惺缇?，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰“能”，是以眾議舉寵為督： 愚以為營中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所。親賢臣，遠小人，此先漢所以興隆也；親小人，遠賢臣，此后漢所以傾頹也。先帝在時， 每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、靈也。侍中、尚書、長史、參軍，此悉貞良死節(jié)之臣， 愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計日而待也。臣本布衣，躬耕于南陽，茍全性命于亂世，不求聞達于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉 屈，三顧臣于草廬之中，咨臣以當世之事，由是感激，遂許先帝以驅(qū)馳。后值傾覆，受任于 敗軍之際，奉命于危難之間，爾來二十有一年矣。先帝知臣謹慎，故臨崩寄臣以大事也。受命以來，夙夜憂嘆，恐托付不效，以傷先帝之 明；故五月渡瀘，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，當獎率三軍，北定中原，庶