英威騰伺服DA200在機械手上的應用
摘要: 本文主要介紹使用英威騰DA200高性能交流伺服系統的機械手控制方案具有控制精度高、系統穩定性高、用戶操作靈活的優點。英威騰DA200伺服出色的定位精度和業界領先的速度響應贏得了客戶的認可。
關鍵字: 英威騰DA200伺服、六軸機械手、定位精確、穩定性高
1. 前言
機械手是模仿人的手部動作，按給定程序、軌跡和要求實現自動抓取、搬運和操作的自動裝置。它特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環境中，以及笨重、單調、頻繁的操作中代替人作業，獲得日益廣泛的應用。
機械手的是工業機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現了人的智能和適應性。機械手能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，并有多個自由度，可用來搬運物體以完成在不同環境中的工作。機械手作業的準確性和各種環境中完成作業的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發展前景。
2. 機械手的主要結構介紹
機械手的種類，按驅動方式可分為機械式、氣動式、液壓式、電動式機械手；按適用范圍可分為專用機械手與通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制與連續軌跡控制機械手等。
2.1 圓柱坐標型機器人
圖1
如圖1所示，機器人由一個回轉和兩個平移所組成。整個立柱可以旋轉，手臂可以沿著立柱上升或下降，而且手臂可以伸長或縮回。使旋轉半徑隨工作的要求而變化。
2.2 球坐標型機器人
圖2
如圖2，C是這個臂的回轉中心，這個臂可以伸長和縮短，回轉中心也可以回轉。 這個動作范圍應該是一個空心球，由于手臂并不能理想的掃出一個圓，因此這個球是一個破損的球。 這種結構較其他各種結構更容易伸入到上下傾斜的孔的內部，當又這種需求時應優先考慮球坐標型機器人。
2.3 直角坐標型機器人
圖3
如圖3所示，機器人由兩個相互垂直的導軌，在其上還有一個與兩垂直導軌相垂直的導軌，構成了一個直角坐標的三維體系，即x、y、z軸。 這種機器人由于結構簡單（沒有旋轉和擺動），因此制造的精度可以很高，并且在控制器內軌跡的計算方法也非常簡單。 工作范圍較大，可以作為高空搬運車，能夠對爐膛或者其他空腔設備做直線送進運動。
三坐標測量機也是一個直角坐標型的機器人。
2.4 并聯型機器人
圖4
這是一種新型結構的機器人，它通過各件的復合運動，給出末端的運動軌跡，以完成不同類型的作業。該結構機器人的特點是剛性好，可用來完成數控機床的一些功能，因此也稱為并聯機床。
目前已有樣機，可以完成復雜曲面的加工，特別是精細的加工，是數控機床的一種新的結構形式，也是機器人功能的一種拓展。但其控制計算十分復雜，工作范圍也非常小，而其精度目前比數控機床低。
2.5 六軸關節機器人
圖5
關節型機器人主要由回轉和旋轉自由度構成的，可以看成是仿人手臂的結構。 從肘到手臂根部的部分稱為上臂，從肘到手腕的部分稱為前臂。這種結構對于確定的三維空間上任意位置和姿態是最有效的。它對于各種各樣的作業都有良好的適應性，缺點是坐標計算和控制比較復雜，而且難以達到很高的精度。
3. 應用方案介紹
3.1 設備整體結構：
圖6
3.2 電氣系統組成圖：
此次客戶共使用6套英威騰DA200高性能交流伺服系統，由英威騰智能控制器控制。
DA200是英威騰傾力打造、性能取得跨越式進步的明星伺服產品。DA200速度響應高達2.0kHz，有多種高級算法,振動抑制能力強,目標指令跟蹤速度快,定位精度高,內置電子凸輪、點位控制等功能，調試簡單，適配任意關節機器人控制器。
電氣原理圖如下圖所示：
圖7
具體接線方式：
圖8
接線要求：系統到驅動器連接要求采用雙絞 2*8 屏蔽電纜,抱閘系統電纜采用 1*2 屏蔽線連 接到抱閘制動板上，外殼要與屏蔽層連接良好。控制器側的 AGND 必須跟伺服 的 GND 連接，否則可能會造成控制器硬件損壞。
3.3 參數調試
圖9
慣量，觀察R0.51填入或者通過P1.04自學習，控制不超過2000為宜；剛性可以根據需要調整，但各軸需保持一致。
4. 方案總結
1）基英威騰DA200高性能交流伺服系統的機械手控制方案具有控制精度高、系統穩定性高、用戶操作靈活的優點，可以被廣泛應用于各種工業自動化領域，為客戶創造價值，提高設備使用效率；
2）機器人的發展對設備重復定位的精度不斷提高，現已達到±0.03mm的高精度要求，而DA200具有出色的定位精度，重復定位精度已達到±0.01mm的高精度，完全滿足機器人的高精需求；
3）機器人經過示教后，各個軸把經過的路線在各自的存儲器中記錄下來。當再現時，達到記錄的位置。這就是機器人的重復再現的基本原理。英威騰DA200伺服系統的優異性能則充分保證了機器人動作的靈活與準確，而這就是機器人運動重復定位所追求的；
4） DA200具有自動增益調整，方便快捷將各個關節的伺服性能達到最優。