中科新松有限公司在第一代協(xié)作機器人的設計和研發(fā)中整合了Elmo的終極多軸運動控制解決方案

采用了Elmo獨一無二的、高級的伺服驅(qū)動技術，一個在中國機器人和自動化領域領先的公司剛剛完成第一代人機協(xié)作的工廠自動化機器人的自主研發(fā)。Elmo提供了超小型、功能強大的基于網(wǎng)絡型的伺服驅(qū)動器，這些驅(qū)動器直接安裝在關節(jié)上。這也證明了Elmo驅(qū)動器在諸多方面具有優(yōu)勢，如效率、堅固程度、省空間、最少電纜用量、低EMI指數(shù)和整個系統(tǒng)可靠性的提升。在設計制造復雜的7軸協(xié)作機器人的時候，使用雙閉環(huán)控制和采用高分辨率絕對值編碼器獲得最優(yōu)伺服性能只是眾多挑戰(zhàn)中的一部分。Elmo在高端機器人領域里的應用實例可以作為客戶在研發(fā)過程中追求最高多軸運動控制性能時的指導性參考。

Elmo解決方案

伺服驅(qū)動器

Elmo體積超小且功能強大的EtherCAT總線型Gold系列伺服驅(qū)動器被用來完成這項挑戰(zhàn)任務。這些伺服驅(qū)動器直接安裝在機器人關節(jié)上，這對維持機器人的小體積和緊湊性無疑是個完美的選擇。兩個功率強大的超小型伺服驅(qū)動器Gold SOLO GUITER用來驅(qū)動兩個基礎關節(jié)，基礎關節(jié)支撐整個機器人的機械結(jié)構(gòu)。50A持續(xù)和100A峰值的電流輸出能力使得高速、高加減速成為可能。五個迷你型Gold SOLO WHISTLE伺服驅(qū)動器可以輸出持續(xù)20A和峰值40A電流，用來驅(qū)動另外五個關節(jié)。系統(tǒng)里的每個驅(qū)動器都可以在高速和高加減速下運行，并且在低速運行時仍保持運動精準。使用同一個驅(qū)動器能實現(xiàn)反差比較大的高低速運行得益于1:2000的動態(tài)電流范圍和非常高的帶寬響應。一個驅(qū)動器物理尺寸足夠小到能直接安裝在機器人關節(jié)上，幾乎是這種復雜機器人項目的唯一選擇。把驅(qū)動器放置在離編碼器反饋足夠近的地方可以節(jié)省電纜，減少干擾影響，獲得比較低的EMI和RFI指標，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提升。

Elmo應用工具

Elmo高級且易用的配置工具，EASII軟件，可以幫助客戶調(diào)試網(wǎng)絡中的每個軸，達到最優(yōu)的伺服性能。系統(tǒng)辨識、合適的控制器設計、使用高階濾波器克服機械系統(tǒng)缺陷等只是這個工具的一部分功能，可以提升系統(tǒng)獲得最優(yōu)伺服性能。此外，使用帶特殊位置分組增益的簡單、高級的系統(tǒng)辨識方法進行多軸系統(tǒng)辨識可以消除不同軸之間的交叉影響。

在這個應用中還用到其他具有特色的功能，最終目標是獲得最高帶寬、最快的響應時間，同時保證機器人運行穩(wěn)定、平滑，并且具有很高的裕度。

白金版Maestro,終極多軸運動控制器

Elmo的高級多軸運動控制器P-MAS可以提供內(nèi)容豐富的機器人運動學功能，例如Cartesian, SCARA,3-Link,Delta等等，使用這些功能就可以很容易應對機器人應用的挑戰(zhàn)。

內(nèi)置的運動學功能支持MCS(機器坐標系)和PCS(產(chǎn)品坐標系)，在翻轉(zhuǎn)、傳送和其他外部裝置中可以實現(xiàn)完全同步。

此外，P-MAS為客戶應用預留了一個實時內(nèi)核。這部分內(nèi)核允許機器人開發(fā)用戶編寫自己特殊的運動學轉(zhuǎn)換方程，這一功能使得P-MAS支持任何高端的機器人，幾乎不受類型限制，因為客戶可以針對應用編寫自己的運動學功能。

對于這種在250us總線循環(huán)時間內(nèi)完成機器人運動學正逆解計算的應用必須使用基于四核強大處理器的多軸運動控制器P-MAS。

運動學方程解算是在用戶實時應用程中進行的，計算系統(tǒng)中所有軸的目標位置、目標速度或扭矩并在每個EtherCAT總線周期輸出。

機器人工作在兩種模式，第一種是示教模式，第二種是工作模式。

在示教模式下，操作人員可以沿著需要的工作路徑移動機器人手臂到一些關鍵位置點上，在移動過程中多軸運動控制器記錄下相關的位置點以便在工作模式下復現(xiàn)工作路徑。

在示教模式下伺服驅(qū)動器是運行在同步循環(huán)力矩模式。除了目標力矩命令外，多軸運動控制器還會輸出額外的補償力矩去克服重力、機器人動力學等阻抗因素，維持拖拽過程平滑。

這種復雜機器人解決方案的亮點之一就是整個示教過程對一個不會編程的操作人員來說十分簡單，大部分工作不需要具有編程經(jīng)驗或技巧就可以完成。

第二種操作模式就是正常工作模式，在這種模式下多軸控制器根據(jù)機器人的運動學模型來計算七個軸的目標位置和速度(DH矩陣逆解)，如果必要的話，基于機器人動力學模型的補償力矩會被加到總的輸出力矩中。伺服驅(qū)動器是工作在循環(huán)同步位置模式或者循環(huán)同步速度模式，接收目標位置/速度命令和力矩偏置命令。

方案亮點

● 無可匹敵的伺服驅(qū)動器性能

● 可以做到250us內(nèi)16個軸完全同步和坐標運動

● 小體積、高功率的伺服驅(qū)動器直接安裝在關節(jié)上

● 很大的動態(tài)電流范圍適于高速和高精度

● 雙閉環(huán)控制性能

● 支持多種反饋(增量式編碼器和絕對值編碼器)

● 使用性能強大的多軸控制器實現(xiàn)同步和機器人運動學計算

● 快速、實時的EtherCAT總線網(wǎng)絡

● 最優(yōu)的伺服驅(qū)動器性能—高帶寬帶來的就是快速的響應時間

● 功能強大的EASII軟件使機器人的配置和實施變得很容易

● 最高效率和極致的穩(wěn)定性

● 堅固耐用，驅(qū)動器可以安裝在任何位置

● 很低的EMI和RFI指數(shù)

總結(jié)

對于中科新松有限公司最新一代科技產(chǎn)品協(xié)作機器人來說，Elmo的智能、小體積和簡單易用的伺服和運動控制解決方案大大提升了其產(chǎn)品的性能，并且增強了產(chǎn)品的功能性。