中科新松有限公司在第一代協(xié)作機(jī)器人的設(shè)計(jì)和研發(fā)中整合了Elmo的終極多軸運(yùn)動(dòng)控制解決方案

采用了Elmo獨(dú)一無(wú)二的、高級(jí)的伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)，一個(gè)在中國(guó)機(jī)器人和自動(dòng)化領(lǐng)域領(lǐng)先的公司剛剛完成第一代人機(jī)協(xié)作的工廠自動(dòng)化機(jī)器人的自主研發(fā)。Elmo提供了超小型、功能強(qiáng)大的基于網(wǎng)絡(luò)型的伺服驅(qū)動(dòng)器，這些驅(qū)動(dòng)器直接安裝在關(guān)節(jié)上。這也證明了Elmo驅(qū)動(dòng)器在諸多方面具有優(yōu)勢(shì)，如效率、堅(jiān)固程度、省空間、最少電纜用量、低EMI指數(shù)和整個(gè)系統(tǒng)可靠性的提升。在設(shè)計(jì)制造復(fù)雜的7軸協(xié)作機(jī)器人的時(shí)候，使用雙閉環(huán)控制和采用高分辨率絕對(duì)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(jī)器人領(lǐng)域里的應(yīng)用實(shí)例可以作為客戶在研發(fā)過(guò)程中追求最高多軸運(yùn)動(dòng)控制性能時(shí)的指導(dǎo)性參考。

Elmo解決方案

伺服驅(qū)動(dòng)器

Elmo體積超小且功能強(qiáng)大的EtherCAT總線型Gold系列伺服驅(qū)動(dòng)器被用來(lái)完成這項(xiàng)挑戰(zhàn)任務(wù)。這些伺服驅(qū)動(dòng)器直接安裝在機(jī)器人關(guān)節(jié)上，這對(duì)維持機(jī)器人的小體積和緊湊性無(wú)疑是個(gè)完美的選擇。兩個(gè)功率強(qiáng)大的超小型伺服驅(qū)動(dòng)器Gold SOLO GUITER用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)基礎(chǔ)關(guān)節(jié)，基礎(chǔ)關(guān)節(jié)支撐整個(gè)機(jī)器人的機(jī)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(gè)迷你型Gold SOLO WHISTLE伺服驅(qū)動(dòng)器可以輸出持續(xù)20A和峰值40A電流，用來(lái)驅(qū)動(dòng)另外五個(gè)關(guān)節(jié)。系統(tǒng)里的每個(gè)驅(qū)動(dòng)器都可以在高速和高加減速下運(yùn)行，并且在低速運(yùn)行時(shí)仍保持運(yùn)動(dòng)精準(zhǔn)。使用同一個(gè)驅(qū)動(dòng)器能實(shí)現(xiàn)反差比較大的高低速運(yùn)行得益于1:2000的動(dòng)態(tài)電流范圍和非常高的帶寬響應(yīng)。一個(gè)驅(qū)動(dòng)器物理尺寸足夠小到能直接安裝在機(jī)器人關(guān)節(jié)上，幾乎是這種復(fù)雜機(jī)器人項(xiàng)目的唯一選擇。把驅(qū)動(dòng)器放置在離編碼器反饋?zhàn)銐蚪牡胤娇梢怨?jié)省電纜，減少干擾影響，獲得比較低的EMI和RFI指標(biāo)，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提升。

Elmo應(yīng)用工具

Elmo高級(jí)且易用的配置工具，EASII軟件，可以幫助客戶調(diào)試網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)軸，達(dá)到最優(yōu)的伺服性能。系統(tǒng)辨識(shí)、合適的控制器設(shè)計(jì)、使用高階濾波器克服機(jī)械系統(tǒng)缺陷等只是這個(gè)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(jiǎn)單、高級(jí)的系統(tǒng)辨識(shí)方法進(jìn)行多軸系統(tǒng)辨識(shí)可以消除不同軸之間的交叉影響。

在這個(gè)應(yīng)用中還用到其他具有特色的功能，最終目標(biāo)是獲得最高帶寬、最快的響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)保證機(jī)器人運(yùn)行穩(wěn)定、平滑，并且具有很高的裕度。

白金版Maestro,終極多軸運(yùn)動(dòng)控制器

Elmo的高級(jí)多軸運(yùn)動(dòng)控制器P-MAS可以提供內(nèi)容豐富的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)功能，例如Cartesian, SCARA,3-Link,Delta等等，使用這些功能就可以很容易應(yīng)對(duì)機(jī)器人應(yīng)用的挑戰(zhàn)。

內(nèi)置的運(yùn)動(dòng)學(xué)功能支持MCS(機(jī)器坐標(biāo)系)和PCS(產(chǎn)品坐標(biāo)系)，在翻轉(zhuǎn)、傳送和其他外部裝置中可以實(shí)現(xiàn)完全同步。

此外，P-MAS為客戶應(yīng)用預(yù)留了一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核。這部分內(nèi)核允許機(jī)器人開發(fā)用戶編寫自己特殊的運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換方程，這一功能使得P-MAS支持任何高端的機(jī)器人，幾乎不受類型限制，因?yàn)榭蛻艨梢葬槍?duì)應(yīng)用編寫自己的運(yùn)動(dòng)學(xué)功能。

對(duì)于這種在250us總線循環(huán)時(shí)間內(nèi)完成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解計(jì)算的應(yīng)用必須使用基于四核強(qiáng)大處理器的多軸運(yùn)動(dòng)控制器P-MAS。

運(yùn)動(dòng)學(xué)方程解算是在用戶實(shí)時(shí)應(yīng)用程中進(jìn)行的，計(jì)算系統(tǒng)中所有軸的目標(biāo)位置、目標(biāo)速度或扭矩并在每個(gè)EtherCAT總線周期輸出。

機(jī)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(dòng)機(jī)器人手臂到一些關(guān)鍵位置點(diǎn)上，在移動(dòng)過(guò)程中多軸運(yùn)動(dòng)控制器記錄下相關(guān)的位置點(diǎn)以便在工作模式下復(fù)現(xiàn)工作路徑。

在示教模式下伺服驅(qū)動(dòng)器是運(yùn)行在同步循環(huán)力矩模式。除了目標(biāo)力矩命令外，多軸運(yùn)動(dòng)控制器還會(huì)輸出額外的補(bǔ)償力矩去克服重力、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)等阻抗因素，維持拖拽過(guò)程平滑。

這種復(fù)雜機(jī)器人解決方案的亮點(diǎn)之一就是整個(gè)示教過(guò)程對(duì)一個(gè)不會(huì)編程的操作人員來(lái)說(shuō)十分簡(jiǎn)單，大部分工作不需要具有編程經(jīng)驗(yàn)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(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型來(lái)計(jì)算七個(gè)軸的目標(biāo)位置和速度(DH矩陣逆解)，如果必要的話，基于機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的補(bǔ)償力矩會(huì)被加到總的輸出力矩中。伺服驅(qū)動(dòng)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(biāo)位置/速度命令和力矩偏置命令。

方案亮點(diǎn)

● 無(wú)可匹敵的伺服驅(qū)動(dòng)器性能

● 可以做到250us內(nèi)16個(gè)軸完全同步和坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)

● 小體積、高功率的伺服驅(qū)動(dòng)器直接安裝在關(guān)節(jié)上

● 很大的動(dòng)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(duì)值編碼器)

● 使用性能強(qiáng)大的多軸控制器實(shí)現(xiàn)同步和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算

● 快速、實(shí)時(shí)的EtherCAT總線網(wǎng)絡(luò)

● 最優(yōu)的伺服驅(qū)動(dòng)器性能—高帶寬帶來(lái)的就是快速的響應(yīng)時(shí)間

● 功能強(qiáng)大的EASII軟件使機(jī)器人的配置和實(shí)施變得很容易

● 最高效率和極致的穩(wěn)定性

● 堅(jiān)固耐用，驅(qū)動(dòng)器可以安裝在任何位置

● 很低的EMI和RFI指數(shù)

總結(jié)

對(duì)于中科新松有限公司最新一代科技產(chǎn)品協(xié)作機(jī)器人來(lái)說(shuō)，Elmo的智能、小體積和簡(jiǎn)單易用的伺服和運(yùn)動(dòng)控制解決方案大大提升了其產(chǎn)品的性能，并且增強(qiáng)了產(chǎn)品的功能性。