1、概述
并聯(lián)機(jī)器人是一類全新的機(jī)器人，它具有剛度大、承載能力強(qiáng)、精度高、自重負(fù)荷比小、動(dòng)力性能好、控制容易等一系列優(yōu)點(diǎn)，在人力成本日益增加的時(shí)代，這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于包裝行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，例如食品飲料，藥品，物流等多個(gè)行業(yè)，用于實(shí)現(xiàn)快速抓取，提高工作效率。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，并聯(lián)機(jī)器人將有非常好的發(fā)展前景。
近幾年國(guó)內(nèi)各機(jī)器人制造商及設(shè)備制造企業(yè)紛紛開(kāi)始研發(fā)Delta并聯(lián)機(jī)器人。但是由于我國(guó)Delta并聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展時(shí)間較短，國(guó)內(nèi)Delta并聯(lián)機(jī)器人負(fù)載能力及運(yùn)動(dòng)速度等性能指標(biāo)要遜色于國(guó)外Delta并聯(lián)機(jī)器人，為了提高負(fù)載能力及運(yùn)動(dòng)速度，國(guó)內(nèi)廠家往往采購(gòu)國(guó)外高端伺服系統(tǒng)，但是卻提高了生產(chǎn)成本，失去競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
2、國(guó)產(chǎn)高速并聯(lián)機(jī)器人
本文項(xiàng)目中的用戶是國(guó)內(nèi)一家專業(yè)生產(chǎn)高速并聯(lián)機(jī)器人的廠商，特別是其創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的高速Delta機(jī)器人，采用獨(dú)特的雙動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)高精度拾放作業(yè)，具有速度快，精度高，可靠性好，易用性強(qiáng)的特點(diǎn)，可用于裝配、搬運(yùn)、分揀、拾料和裝箱等作業(yè)領(lǐng)域。但是該款機(jī)器人在選擇伺服系統(tǒng)時(shí)卻著實(shí)費(fèi)了一番周折。
一開(kāi)始該公司選用的是全套國(guó)外高端伺服系統(tǒng)，配合其獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)非常高的拾取速度。但是國(guó)外產(chǎn)品價(jià)格高昂，進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)測(cè)時(shí)還能承受，一旦進(jìn)入批量生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如此高的成本對(duì)國(guó)內(nèi)還在發(fā)展階段的機(jī)器人廠商來(lái)說(shuō)確實(shí)無(wú)法承受。于是該公司聯(lián)系了多家國(guó)內(nèi)伺服廠商進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試，希望能找到一款滿足其性能要求的高性價(jià)比產(chǎn)品。最終，經(jīng)過(guò)嚴(yán)苛的性能測(cè)試，清能德創(chuàng)推出的高性能多軸伺服驅(qū)動(dòng)器CoolDrive A8得到了客戶的認(rèn)可，被選為該款高速Delta機(jī)器人的伺服系統(tǒng)。
該機(jī)器人規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表1。
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規(guī)格
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機(jī)器人型號(hào)
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C4A0
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平均負(fù)載
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1.0kg
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最大負(fù)載
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3.0kg
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控制軸
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4軸
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性能
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重復(fù)定位精度（mm）
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±0.1
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角度重復(fù)定位精度
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1.5︒
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工作范圍
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直徑（D：mm）
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800
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高度（H：mm）
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250
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旋轉(zhuǎn)
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±180°
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最大速度（m/s）
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7
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最大加速度（m/s2）
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100
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圖1并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)組成圖
3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4軸高速并聯(lián)機(jī)器人由Beckhoff工控機(jī)作為上位控制器，CoolDrive A8伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)組成機(jī)器人的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)組成見(jiàn)圖2。
圖2并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)組成圖
該系統(tǒng)配置的優(yōu)勢(shì)在于：
1.、開(kāi)放的上位控制系統(tǒng)。
Beckhoff工控機(jī)基于 PC 的控制技術(shù)將 PLC、運(yùn)動(dòng)控制、測(cè)量技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)集成在同一個(gè)控制平臺(tái)上。無(wú)需配備單獨(dú)的 CPU 和網(wǎng)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)通用的工程環(huán)境，優(yōu)化 PLC 和運(yùn)動(dòng)控制之間的同步，從而提高精度和速度。Beckhoff工控機(jī)內(nèi)嵌的TwinCAT可利用現(xiàn)代處理器的多核技術(shù)，使得應(yīng)用于機(jī)器人應(yīng)用或測(cè)量分析的復(fù)雜數(shù)學(xué)算法可以在單獨(dú)的內(nèi)核上執(zhí)行，不會(huì)影響 PLC 性能。
2、高性能的伺服驅(qū)動(dòng)器。
CoolDrive A8伺服驅(qū)動(dòng)器是清能德創(chuàng)電氣技術(shù)（北京）有限公司最新推出的國(guó)內(nèi)首款網(wǎng)絡(luò)化模塊化伺服驅(qū)動(dòng)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(xiàng)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(lái)說(shuō)非常適合用于工業(yè)機(jī)器人行業(yè)，完全可以替代國(guó)外同類產(chǎn)品，為客戶提供更具性價(jià)比的方案。
CoolDrive A8是國(guó)內(nèi)首家通過(guò)ETG一致性測(cè)試的產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)與Beckhoff上位的EtherCAT總線完美兼容，能夠發(fā)揮EtherCAT任務(wù)的最佳性能。由于CoolDrive A8伺服驅(qū)動(dòng)器的電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的控制周期分別可達(dá)到62.5us、125us和250us，頻率響應(yīng)更是高達(dá)3KHz，可充分滿足高速并聯(lián)機(jī)器人高速響應(yīng)、高同步性的性能要求。
CoolDrive A8的各種前饋補(bǔ)償功能、控制參數(shù)在線調(diào)整功能和定位振動(dòng)抑制功能，進(jìn)一步提高了本系統(tǒng)的響應(yīng)性能、控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。國(guó)內(nèi)創(chuàng)新性的模塊化結(jié)構(gòu)和共直流母線設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了系統(tǒng)接線，使系統(tǒng)擴(kuò)展更加靈活，并提高了能源使用效率。CoolDrive A8集成的STO、SS1、SS2等安全功能，在緊急情況下可觸發(fā)預(yù)先設(shè)置好的安全動(dòng)作，保障設(shè)備和人身安全。
4、機(jī)器人實(shí)際性能評(píng)價(jià)
客戶對(duì)這款高速Delta機(jī)器人的性能評(píng)價(jià)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，定位誤差<0.1mm時(shí)的最大作業(yè)頻率。在實(shí)際系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，CoolDrive A8精調(diào)控制參數(shù)前，機(jī)器人的作業(yè)頻率即可達(dá)到90次/分鐘，超過(guò)之前客戶測(cè)試的其他國(guó)內(nèi)伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)。而在通過(guò)對(duì)伺服系統(tǒng)各項(xiàng)控制參數(shù)進(jìn)行精確設(shè)定后，這臺(tái)高速DELTA機(jī)器人的拾取速率達(dá)到了120次/分鐘，與客戶之前采用的國(guó)外高端伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)完全相同，這樣的結(jié)果完全超出了客戶的預(yù)期，也驗(yàn)證了CoolDrive A8完全有能力替代國(guó)外高端伺服系統(tǒng)。
