摘要：本文主要介紹EP3E伺服驅(qū)動(dòng)器在6關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人在機(jī)床上下料的應(yīng)用方案及電氣解決方案，通過測(cè)試驗(yàn)證，本伺服可很好的達(dá)到6軸機(jī)器人的應(yīng)用指標(biāo)。

1、概述

現(xiàn)今在很多零件的數(shù)控機(jī)床加工過程中，要把第一工序加工完的零件先取下，然后以剛加工完面作為定位基準(zhǔn)在同一工作臺(tái)的另一工裝上或另一上完成第二工序加工。通常要把零件翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)一定角度后，再平移裝到另一工裝上加工，如此依序完成整個(gè)零件的全部加工。有時(shí)多個(gè)加工中心是在一字?jǐn)[放，有時(shí)為省空間而面對(duì)面擺放或二種擺放的任意組合。有的加工用同一種機(jī)床，也有用不同類型機(jī)床完成整個(gè)零件的加工。這時(shí)零件從一個(gè)工裝到另一個(gè)工裝上裝卡時(shí)，必須被翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)。在被翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，其位置也要變化。這時(shí)應(yīng)用的方式是把一個(gè)6軸關(guān)節(jié)機(jī)器人安裝在大型直線運(yùn)動(dòng)軌道上，就很好解決上述工藝動(dòng)作，在人力成本日益增加的時(shí)代，這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料及搬運(yùn)等各行業(yè)，隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，6軸機(jī)器人將有非常好的發(fā)展前景，但當(dāng)前市場(chǎng)上6軸機(jī)器人往往采購國外高端伺服系統(tǒng)，導(dǎo)致其價(jià)格高居不下，利用邁信的EP3E伺服驅(qū)動(dòng)器及電氣部分可以很好控制價(jià)格，并可穩(wěn)定高效運(yùn)行，達(dá)到高性價(jià)比的工業(yè)機(jī)器人行業(yè)解決方案，在降低了生產(chǎn)成本同時(shí)提高了生產(chǎn)效率，增加競爭優(yōu)勢(shì)。

2、工業(yè)6軸機(jī)器人與機(jī)床

本項(xiàng)目中6軸機(jī)器人機(jī)械本體是用川崎成熟的機(jī)械本體，如圖1所示，可實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)高精度拾放作業(yè)，具有精度高、可靠性好、易用性強(qiáng)的特點(diǎn)，可用于裝配、搬運(yùn)、焊接、噴涂、裝箱等作業(yè)領(lǐng)域。在面對(duì)國內(nèi)還在發(fā)展階段的工業(yè)機(jī)器人用戶來說，一個(gè)工業(yè)機(jī)器人的使用首先考慮到的是成本，如果所需成本高于目前用人力的成本太多的話，就會(huì)造成6軸工業(yè)機(jī)器人在市場(chǎng)上難以推廣的境地，但使用邁信推出的高性能總線式伺服驅(qū)動(dòng)EP3E配上貝加萊的X20控制器通過EthernetPowerLink總線就很好解決6軸機(jī)器人性能及價(jià)格問題。

機(jī)床是HEADMANT55，數(shù)控系統(tǒng)為SIEMENSSINUMERIK828D，目前其主要工藝是銑削伺服電機(jī)盒的端面。數(shù)控機(jī)床與控制器之間的配合通訊為IO信號(hào)來觸發(fā)，這樣可以快捷方面完成機(jī)器人與機(jī)床之間上下料的配合動(dòng)作，如圖2所示。

圖1 6軸機(jī)器人本體

圖2 6軸機(jī)器人控制系統(tǒng)組成圖

圖3 6軸機(jī)器人控制柜與示教器

3、控制系統(tǒng)

6軸工業(yè)機(jī)器人由貝加萊X20控制器作為上位控制器，PowerLink總線式EP3E伺服驅(qū)動(dòng)器，示教器之間通過EthernetPowerLink總線連接起來高速、穩(wěn)定地運(yùn)行，如上圖3所示。

3.1 高性能的上位控制系統(tǒng)

貝加萊X20控制器將PLC、運(yùn)動(dòng)控制、測(cè)量技術(shù)和機(jī)器人正反解算法集成在同一個(gè)控制平臺(tái)上，可以實(shí)現(xiàn)在通用的機(jī)器人上的應(yīng)用，達(dá)到換工業(yè)機(jī)器人本體不換控制系統(tǒng)的靈活配置，在多功能應(yīng)用、收回利用等方面具備有一定的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)貝加萊的EthernetPowerLink總線技術(shù)低抖動(dòng)性并很好地優(yōu)化PLC與運(yùn)動(dòng)控制之間的同步，從而提高系統(tǒng)的精度和速度。

3.2 高性價(jià)比的伺服驅(qū)動(dòng)器

EP3E伺服驅(qū)動(dòng)器是武漢邁信電氣技術(shù)有限公司推出的國內(nèi)首家支持EthernetPowerLink總線型的伺服驅(qū)動(dòng)器之一，可以實(shí)現(xiàn)與貝加萊上位的PowerLink總線完美兼容，能夠發(fā)揮PowerLink的最佳性能。EthernetPowerLink是一項(xiàng)開源技術(shù)，是自動(dòng)化領(lǐng)域的工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)之一。EP3E內(nèi)部集成一個(gè)雙口Hub用于伺服驅(qū)動(dòng)器的級(jí)聯(lián)，支持任意網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕M合。

EP3E系列伺服驅(qū)動(dòng)器，可以達(dá)到100Mbps的通信速率，節(jié)點(diǎn)傳輸距離為100m，伺服驅(qū)動(dòng)器刷新速度最快為100us循環(huán)周期，使伺服驅(qū)動(dòng)器具備高速的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力；EP3E伺服驅(qū)動(dòng)器配套17bit單圈或者多圈編碼器（也可以選配20bit單圈或多圈編碼器），可以從容應(yīng)對(duì)高速高精度定位，無軸同步傳動(dòng)，電子齒輪，電子凸輪等應(yīng)用。

3.3 EP3E通訊特性：

1、通訊協(xié)議：CANopenover，POWERLINK，DS301
2、通信循環(huán)時(shí)間：100μs周期倍數(shù)
3、過程數(shù)據(jù)通道：2RxPDO，2TxPDO，32bytes/PDO
4、服務(wù)數(shù)據(jù)通道：1SDO
5、同步抖動(dòng)：＜1μs
6、位置控制：100μs
7、操作模式：Profileposition Mode；Homing Mode；Cyclic Synchronous Velocity Mode；Cyclic Synchronous Position Mode

4、機(jī)器人性能評(píng)價(jià)

此款6軸機(jī)器人的性能要求指標(biāo)主要是指機(jī)器人在抓取標(biāo)準(zhǔn)工件時(shí)，機(jī)器人本體運(yùn)行穩(wěn)定性，定位誤差在一定范圍內(nèi)時(shí)的最大作業(yè)頻率。在實(shí)際機(jī)器人調(diào)試過程中，EP3E默認(rèn)值時(shí)6軸機(jī)器人的電機(jī)有一些異響及使能制動(dòng)延遲等問題，通過對(duì)EP3E的參數(shù)調(diào)整達(dá)到完美消除上述問題達(dá)到平穩(wěn)運(yùn)行，達(dá)到采用國外高端伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)，這樣的結(jié)果完全可以證明EP3E有能力代替國外高端伺服系統(tǒng)。

5、結(jié)語

通過本次與機(jī)床的測(cè)試，邁信伺服驅(qū)動(dòng)器EP3E與貝加萊控制器之間通過PowerLink總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，完成六軸聯(lián)動(dòng)、圓弧插補(bǔ)、多軸插補(bǔ)。充分驗(yàn)證了EP3E高性能伺服系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)完全能夠滿足6軸機(jī)器人多伺服系統(tǒng)的嚴(yán)格要求，從而替代國外高端伺服系統(tǒng)，同時(shí)也實(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)廠商的生產(chǎn)成本，提供其產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競爭力。