六軸數控系統和交流伺服在工業(yè)機械手臂中應用
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2.臺達交流伺服系統的主要特點(diǎn)：
（1）具有多種控制模式，可與上位控制器靈活配合，應用廣泛。
（2）通過(guò)伺服內置的運動(dòng)控制器和外部的I/O來(lái)自由規劃的8組位置指令寄存器是實(shí)現對機械第七軸（D軸）控制的關(guān)鍵。
（3）強健式的控制模式，在負載慣量大范圍的變化時(shí)，系統仍然可以保持優(yōu)異的性能。
（4）具有位置P-CURVE和速度S-CURVE平滑功能，且命令來(lái)源不論是外部模擬量輸入還是內部寄存器設定均有平滑功能。
（5）豐富的軟件功能，方便用戶(hù)用調試。
通過(guò)比較分析，臺達交流伺服系統也完全能夠滿(mǎn)足作為機械手臂做下位控制器要求。
通過(guò)對機械結構、負載慣量、輸出扭矩的分析計算，故選用下列伺服：ASDA 3kW＊1臺、ASDA 2kW＊1臺、ASDA 1kW＊2臺、ASDA 200W＊2臺、ASDA 100kW＊1臺，共7臺伺服驅動(dòng)器做下位控制器。
三、方案功能的實(shí)現
1.控制系統6AXIS＋1 AXIS的架構如下圖：
圖二 64XIS+1 AXIS的控制架構
2.硬件的組成和6＋1的設計架構實(shí)現
控制系統的硬件部分主要有CNC數控系統、伺服系統和其他輔助元件三部分組成。
（1）CNC數控系統
數控系統選用中達六軸數控系統，它是機械手臂的控制中心，除具有線(xiàn)性插補等運動(dòng)控制外，還能夠進(jìn)行畫(huà)面顯示、參數設定、程序編輯、PLC邏輯控制等。
（2）伺服系統
伺服系統選用7套臺達－A系列交流伺服驅動(dòng)器和電機。其中ASDA 3kW＊1臺、用于獨立控制機械D軸位移工作臺，拖動(dòng)機械手臂前后運動(dòng)，使其能自由移動(dòng)到生產(chǎn)線(xiàn)的任何地方。其伺服控制模式采用臺達交流伺服獨有的PR控制模式。
它的命令來(lái)源為臺達交流伺服位置指令寄存器8組內部位置指令（參數P1-15～P1-30設定），伺服電機運轉的速度則由參數P1-36～P1-43設定。
通過(guò)數控系統I/O輸出OUTPUT點(diǎn)Y0-Y3，配合伺服CN1接口的I/O，POS0～POS2與GTRG，就可以選擇8組中的一組來(lái)當成位置指令來(lái)源。當伺服CTRG信號上升沿觸發(fā)后，伺服電機便會(huì )向給定目標運動(dòng)。
其余6臺伺服分別為：ASDA 2kW＊1臺，控制機械手臂X軸空間移動(dòng)；ASDA 1kW＊2臺，控制機械手臂Y、Z軸的空間移動(dòng)；ASDA 200W＊2 臺，控制機械手臂A、B軸的空間移動(dòng)；ASDA 100kW＊1臺，控制機械手臂C軸的空間移動(dòng)。
這六臺伺服采用的是速度控制模式，數控系統的伺服軸口輸出 +/-10V的模擬量電壓來(lái)控制伺服電機旋轉，并實(shí)時(shí)通過(guò)伺服驅動(dòng)器的PG分周比輸出OA/OB/OZ信號將伺服運動(dòng)狀態(tài)反饋給數控系統，來(lái)實(shí)現半閉環(huán)控制的目的，來(lái)保證機械手臂的運動(dòng)精度。
（3）其他輔助元件
其他輔助元件主要有：
電子脈沖發(fā)生器（MPG手搖輪），規格DC5V，在手動(dòng)和教導模式下，產(chǎn)生脈沖信號控制伺服軸位移。
動(dòng)力變壓器，規格7.5kVA三相380V/三相220V，作用是給伺服系統提供動(dòng)力電源。
控制變壓器，規格500VA，AC380V/AC220V，作用是給數控和伺服系統提供控制電源。
開(kāi)關(guān)電源，規格500VA，DC24V，AC220V/DC24V，作用是給控制回路提供直流控制電源。
INPUT輸入板，規格NPN型，可以連接按鈕、行程開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等傳感器信號。
OUTPUT輸出板，規格NPN型，作用是控制中間繼電器、微型電磁閥等DC24V負載。
中間繼電器，規格DC24V，增加OUTPUT輸出板的容量，線(xiàn)路保護。
氣動(dòng)電磁閥，規格DC24V，控制機械手夾緊氣缸和生產(chǎn)線(xiàn)其他輔助動(dòng)作。
按鈕、開(kāi)關(guān)若干，提供各種傳感信號。
通過(guò)上述硬件配置和架構設計，中達電通六軸數控系統便能夠通過(guò)速度模擬量電壓命令和外部的I/O輸出信號來(lái)控制一個(gè)六軸的機械手臂和一個(gè)獨立的位移工作臺運動(dòng)了。
3.示教功能和手搖輪測試功能的實(shí)現
圖三 示教盒
中達六軸數控系統具有“示教和手搖輪測試”功能，通過(guò)必要的PLC編輯便可以激活這兩個(gè)功能，方便編譯和效驗程序。
當配合外部I/O和電子手搖輪，激活“示教”功能后，六軸機械手臂的工作方式是按“示教學(xué)習→生成NC程序→編輯修改NC程序→機械手臂再現執行”的過(guò)程來(lái)完成的，即由人用示教盒對機械手臂工作行為示教。示教過(guò)程中，數控系統會(huì )記錄下機械手臂各運動(dòng)關(guān)節終點(diǎn)的位置信息，并以NC代碼的形式顯示在CRT 熒屏上。
當機械手臂完成一個(gè)示教流程結束后，數控系統便會(huì )以NC代碼的形式記錄下一個(gè)數據隊列。用戶(hù)可以通過(guò)數控系統的標準CNC鍵盤(pán)對當前的NC程序進(jìn)行必要的編輯，如添加運動(dòng)速度，數控外部I/O控制等指令，這樣數控系統便生成了機械手臂工作所需要的完整信息。
當完成編輯后，激活數控系統的“自動(dòng)運行”功能，數控系統便能自動(dòng)依次讀取這個(gè)數據隊列和指令信息，并傳達給下位伺服控制器和數控外部I/O控制機械手臂動(dòng)作。
當我們對“示教”生成的數據信息進(jìn)行編輯完成后，在執行“自動(dòng)運行”功能前，可以通過(guò)激活“手搖輪測試”功能，來(lái)再次校正編輯完的程序。
當“手搖輪測試”功能被激活后，機械手臂會(huì )按照先前編輯的指令信息再現動(dòng)作。伺服軸的運動(dòng)速度由手搖輪的轉動(dòng)速度和MPG的倍率所決定，當手搖輪停止轉動(dòng)，伺服軸也會(huì )停止進(jìn)給；如繼續轉動(dòng)，伺服軸會(huì )繼續執行動(dòng)作，從而有效防止機械撞機。
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