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          六軸數(shù)控系統(tǒng)和交流伺服在工業(yè)機(jī)械手臂中應(yīng)用

          作者: 時(shí)間:2014-02-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          針對目前工業(yè)生產(chǎn)線自動化程度不斷提高的現(xiàn)狀,本文主要介紹了六軸和臺達(dá)在工業(yè)機(jī)械手臂上的技術(shù)應(yīng)用,突出了自有的豐富功能,并配合臺達(dá)伺服系統(tǒng)優(yōu)異性能,能夠?yàn)榭蛻籼峁┯袃r(jià)值的整合方案。



          圖一 先進(jìn)的FMS柔性無人加工車間

          隨著工業(yè)生產(chǎn)線自動化程度的提高,并日趨向柔性化發(fā)展。工業(yè)機(jī)械手臂被越來越多的應(yīng)用在涂漆、包裝、焊接、裝配等生產(chǎn)環(huán)節(jié),來代替人工完成惡劣環(huán)境下的勞動。本案介紹了利用六軸的六軸聯(lián)動和教導(dǎo)模式下自動生成NC程序等系統(tǒng)功能,配合臺達(dá)ASDA系列強(qiáng)健控制和內(nèi)置的位置指令寄存器功能,來實(shí)現(xiàn)對六軸機(jī)械手臂的控制系統(tǒng)和自動生產(chǎn)線的技術(shù)改造。

          一、技術(shù)要求和難點(diǎn)分析

          客戶采購該六軸機(jī)械手臂,用于變壓器生產(chǎn)流水線的點(diǎn)膠、浸漆和烘干工序。原型機(jī)為日本制造,因控制系統(tǒng)損壞無法修復(fù),故提出改造要求,并且需要控制系統(tǒng)和伺服滿足如下條件:
            
          1.伺服運(yùn)動軸
            
          在機(jī)械上,六軸機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)為6自由度空間坐標(biāo)系。其中X、A、B、C軸采用伺服電機(jī)驅(qū)動1:10的齒輪箱間接傳動,做近似360度圓周運(yùn)動,Y和Z軸采用伺服電機(jī)驅(qū)動螺距10mm的滾珠絲杠,再連接力臂做近似120度圓周運(yùn)動。這六個(gè)伺服軸要求能夠聯(lián)動。
            
          客戶要求在原有六軸機(jī)械手臂的基礎(chǔ)上,再增加一個(gè)伺服軸D通過絲杠用來拖動機(jī)械手臂前后運(yùn)動,使其能自由移動到生產(chǎn)線的任何地方,但不要求聯(lián)動控制。
            
          客戶還要求控制系統(tǒng)能夠控制七個(gè)軸,并且至少六軸聯(lián)動,伺服軸運(yùn)動速度可調(diào)。
            
          此外,對于伺服控制系統(tǒng),因?yàn)闄C(jī)械手臂在機(jī)械設(shè)計(jì)上采用6自由度空間坐標(biāo)系,而區(qū)別于普通的直角坐標(biāo)機(jī)械手臂機(jī)械。因而在運(yùn)動過程中,機(jī)械負(fù)載的慣量會因?yàn)闄C(jī)械力臂的不同而發(fā)生較大范圍的變化,這就要求伺服系統(tǒng)具有優(yōu)異穩(wěn)定性、響應(yīng)性和對負(fù)載變化自適應(yīng)能力。
            
          2.精度要求
            
          機(jī)械回零精度:+/-1度。
            
          重復(fù)定位精度:+/-1度。
            
          定位精度:2mm。
            
          要求控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)能夠具有檢測反饋,來保證機(jī)械運(yùn)動精度。
            
          3.NC加工程序處理
            
          因?yàn)椴捎?自由度空間坐標(biāo)系,無法采用手動編程和軟件編程。因而需要控制系統(tǒng)具有示教功能或者學(xué)習(xí)功能,能夠根據(jù)采集的數(shù)據(jù)自動生成NC加工程序,并能對自動生成的NC程序進(jìn)行編輯和存儲。
            
          4.輔助功能
            
          在輔助功能上,要求控制系統(tǒng)能夠通過NC指令來控制多個(gè)氣動電磁閥動作來實(shí)現(xiàn)機(jī)械機(jī)能,并能根據(jù)需要添加檢測開關(guān)。
            
          5.安全保護(hù)
            
          在安全保護(hù)方面,除要求控制器可靠的穩(wěn)定性外,還要求控制系統(tǒng)具有必要的安全保護(hù)功能。
            
          二、方案設(shè)計(jì)的可行性分析

          通過對機(jī)械設(shè)計(jì)和控制技術(shù)要求分析,確定采用一臺中達(dá)電通六軸數(shù)控系統(tǒng)做上位控制器+7套臺達(dá)做下位控制器的6AXIS+1 AXIS的控制架構(gòu),具體分析如下:
            
          1.中達(dá)電通六軸數(shù)控系統(tǒng)的主要特點(diǎn):
            
          (1)6個(gè)獨(dú)立伺服軸接口,能夠控制1~6軸聯(lián)動,能夠滿足伺服軸運(yùn)動控制要求。
            
          (2)電壓命令型 (V-Command) 伺服接口,最小解析精度0.001mm,可配合光柵尺或旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)、半閉環(huán)控制,能夠滿足精度要求。
            
          (3)最大響應(yīng)速度500KPPS編碼器反饋,能夠滿足快速定位的需求。
            
          (4)具有教導(dǎo)模式,能夠記錄下當(dāng)前的機(jī)械坐標(biāo)點(diǎn),并能根據(jù)采集的數(shù)據(jù)自動生成NC加工程序,操作者可以方便的對生成的程序進(jìn)行編輯和閱讀。
            
          (5)控制器內(nèi)存有240K存儲空間,可儲存1000個(gè)NC加工程序,配合標(biāo)準(zhǔn)的CNC鍵盤可輕松對加工程序進(jìn)行編輯。
            
          (6)通過六軸數(shù)控簡易I/0控制指令和內(nèi)置PLC開發(fā),能夠靈活的通過NC程序?qū)崿F(xiàn)輔助機(jī)能。
            
          (7)內(nèi)置可編程PLC,標(biāo)準(zhǔn)配置為24INPUT/ 16OUTPUT,最大可擴(kuò)展到96INPUT/64OUTPUT,完全能夠滿足電氣互鎖、行程保護(hù)、緊急停止等安全電路的設(shè)計(jì)要求。
            
          (8)配合外配的電子手搖輪可實(shí)現(xiàn)“加工程序手搖輪測試”功能,防止機(jī)械撞機(jī)。
            
          通過比較分析,中達(dá)電通六軸數(shù)控系統(tǒng)完全能夠滿足作為機(jī)械手臂上位控制器要求。

          伺服電機(jī)相關(guān)文章:伺服電機(jī)工作原理



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