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六轴数控系统和交流伺服在工业机械手臂中应用

作者:时间:2014-02-13来源:网络收藏
针对目前工业生产线自动化程度不断提高的现状,本文主要介绍了六轴和台达在工业机械手臂上的技术应用,突出了自有的丰富功能,并配合台达伺服系统优异性能,能够为客户提供有价值的整合方案。



图一 先进的FMS柔性无人加工车间

随着工业生产线自动化程度的提高,并日趋向柔性化发展。工业机械手臂被越来越多的应用在涂漆、包装、焊接、装配等生产环节,来代替人工完成恶劣环境下的劳动。本案介绍了利用六轴的六轴联动和教导模式下自动生成NC程序等系统功能,配合台达ASDA系列强健控制和内置的位置指令寄存器功能,来实现对六轴机械手臂的控制系统和自动生产线的技术改造。

一、技术要求和难点分析

客户采购该六轴机械手臂,用于变压器生产流水线的点胶、浸漆和烘干工序。原型机为日本制造,因控制系统损坏无法修复,故提出改造要求,并且需要控制系统和伺服满足如下条件:
  
1.伺服运动轴
  
在机械上,六轴机械手臂结构上设计为6自由度空间坐标系。其中X、A、B、C轴采用伺服电机驱动1:10的齿轮箱间接传动,做近似360度圆周运动,Y和Z轴采用伺服电机驱动螺距10mm的滚珠丝杠,再连接力臂做近似120度圆周运动。这六个伺服轴要求能够联动。
  
客户要求在原有六轴机械手臂的基础上,再增加一个伺服轴D通过丝杠用来拖动机械手臂前后运动,使其能自由移动到生产线的任何地方,但不要求联动控制。
  
客户还要求控制系统能够控制七个轴,并且至少六轴联动,伺服轴运动速度可调。
  
此外,对于伺服控制系统,因为机械手臂在机械设计上采用6自由度空间坐标系,而区别于普通的直角坐标机械手臂机械。因而在运动过程中,机械负载的惯量会因为机械力臂的不同而发生较大范围的变化,这就要求伺服系统具有优异稳定性、响应性和对负载变化自适应能力。
  
2.精度要求
  
机械回零精度:+/-1度。
  
重复定位精度:+/-1度。
  
定位精度:2mm。
  
要求控制系统和伺服系统能够具有检测反馈,来保证机械运动精度。
  
3.NC加工程序处理
  
因为采用6自由度空间坐标系,无法采用手动编程和软件编程。因而需要控制系统具有示教功能或者学习功能,能够根据采集的数据自动生成NC加工程序,并能对自动生成的NC程序进行编辑和存储。
  
4.辅助功能
  
在辅助功能上,要求控制系统能够通过NC指令来控制多个气动电磁阀动作来实现机械机能,并能根据需要添加检测开关。
  
5.安全保护
  
在安全保护方面,除要求控制器可靠的稳定性外,还要求控制系统具有必要的安全保护功能。
  
二、方案设计的可行性分析

通过对机械设计和控制技术要求分析,确定采用一台中达电通六轴数控系统做上位控制器+7套台达做下位控制器的6AXIS+1 AXIS的控制架构,具体分析如下:
  
1.中达电通六轴数控系统的主要特点:
  
(1)6个独立伺服轴接口,能够控制1~6轴联动,能够满足伺服轴运动控制要求。
  
(2)电压命令型 (V-Command) 伺服接口,最小解析精度0.001mm,可配合光栅尺或旋转编码器实现闭环、半闭环控制,能够满足精度要求。
  
(3)最大响应速度500KPPS编码器反馈,能够满足快速定位的需求。
  
(4)具有教导模式,能够记录下当前的机械坐标点,并能根据采集的数据自动生成NC加工程序,操作者可以方便的对生成的程序进行编辑和阅读。
  
(5)控制器内存有240K存储空间,可储存1000个NC加工程序,配合标准的CNC键盘可轻松对加工程序进行编辑。
  
(6)通过六轴数控简易I/0控制指令和内置PLC开发,能够灵活的通过NC程序实现辅助机能。
  
(7)内置可编程PLC,标准配置为24INPUT/ 16OUTPUT,最大可扩展到96INPUT/64OUTPUT,完全能够满足电气互锁、行程保护、紧急停止等安全电路的设计要求。
  
(8)配合外配的电子手摇轮可实现“加工程序手摇轮测试”功能,防止机械撞机。
  
通过比较分析,中达电通六轴数控系统完全能够满足作为机械手臂上位控制器要求。

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