摘要：本文旨在介紹CoolDriveR6伺服驅(qū)動(dòng)器在6軸關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人上的應(yīng)用煤蔚，同時(shí)為客戶提供一套完整的機(jī)器人電控系統(tǒng)解決方案把曼。

關(guān)鍵字：清能德創(chuàng) CoolDrive R6 工業(yè)機(jī)器人 高端伺服 一體化伺服

1胡岔、概述

近兩年，面對(duì)人工勞動(dòng)力成本的不斷提升歹袁，工業(yè)機(jī)器人日益被企業(yè)倚重坷衍，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。據(jù)國(guó)際機(jī)器人協(xié)會(huì)(IFR)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)条舔，2014年全球工業(yè)機(jī)器人銷量為22.5萬臺(tái)左右枫耳，其中亞洲的銷量幾乎占到2/3.而中國(guó)市場(chǎng)的工業(yè)機(jī)器人銷量更是增長(zhǎng)54%，達(dá)到5.6萬臺(tái)左右孟抗。但值得注意的是迁杨，本土機(jī)器人供應(yīng)商的銷量?jī)H為1.6萬臺(tái)。究其原因凄硼，很重要的一個(gè)因素就是機(jī)器人核心零部件的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程較慢铅协，國(guó)內(nèi)機(jī)器人整機(jī)廠商只能進(jìn)口國(guó)外產(chǎn)品，導(dǎo)致整機(jī)成本較高摊沉，在同國(guó)外廠商的競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)狐史。

CoolDrive R6一體化伺服驅(qū)動(dòng)器是清能德創(chuàng)電氣技術(shù)(北京)有限公司在進(jìn)行大量工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)及客戶的需求調(diào)研后，為該行業(yè)量身打造的一款專用伺服產(chǎn)品馁雏。CoolDrive R6集成了多軸一體化設(shè)計(jì)酱晾、功能性安全技術(shù)国产、多種振動(dòng)抑制算法等創(chuàng)新技術(shù)托俯，并內(nèi)置多種前饋功能，設(shè)計(jì)采用高速工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)拼固，大幅提高了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性雹纤，為客戶提供更節(jié)能，更靈活今攀，更安全的伺服系統(tǒng)墓趋。CoolDrive R6無論從產(chǎn)品形態(tài)還是集成功能上來說都非常適合用于工業(yè)機(jī)器人行業(yè)，完全可以替代國(guó)外同類產(chǎn)品敲抄，為客戶提供更具性價(jià)比的方案奈兢。

2、國(guó)產(chǎn)20kG六關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人

本次項(xiàng)目所使用的20kG六關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人是國(guó)產(chǎn)最新型號(hào)碴验，具有結(jié)構(gòu)緊湊啼插，關(guān)節(jié)速度較高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快缕陕，精度高粱锐，過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)疙挺。電控系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展應(yīng)用方便怜浅。適用于切割铐然、打磨、上下料等場(chǎng)合恶座。其產(chǎn)品性能如下表所示：

表1機(jī)器人性能參數(shù)表

3搀暑、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1客戶需求

客戶這臺(tái)6關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人要求實(shí)現(xiàn)較高的關(guān)節(jié)速度和重復(fù)定位精度，同時(shí)要求在帶載運(yùn)行時(shí)保持機(jī)器人的穩(wěn)定性跨琳。此外险掀，客戶要求可通過控制器對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部功能參數(shù)進(jìn)行人工在線設(shè)定，以便實(shí)現(xiàn)精確控制湾宙。

3.2設(shè)計(jì)難點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人是非常典型的多軸控制系統(tǒng)樟氢，為使機(jī)器人能達(dá)到較高的重復(fù)定位精度，除了要求控制器有很強(qiáng)的路徑規(guī)劃算法及插補(bǔ)功能以外侠鳄，伺服驅(qū)動(dòng)器也必須保證在執(zhí)行控制器位置指令時(shí)埠啃，保持所有關(guān)節(jié)嚴(yán)格同步。而為了提高機(jī)器人的運(yùn)行速度枕捺，就需要伺服系統(tǒng)具有很強(qiáng)的瞬時(shí)過載能力和極高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性吮蒜。

如何減少機(jī)器人在運(yùn)行過程中發(fā)生的振動(dòng)，一直是機(jī)器人用伺服系統(tǒng)的一個(gè)難題壁歧，這也是很多國(guó)內(nèi)伺服產(chǎn)品無法應(yīng)用到工業(yè)機(jī)器人上的一個(gè)原因催岔。

振動(dòng)主要出現(xiàn)在兩種工況，一是機(jī)器人在啟動(dòng)和停止時(shí)段扛，機(jī)器人本體和末端會(huì)發(fā)生振動(dòng);一是機(jī)器人在高速運(yùn)行惑叶，并移動(dòng)范圍較大時(shí)，本體會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)和運(yùn)行軌跡偏差較大的現(xiàn)象袁虽。引起振動(dòng)的主要原因就是機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的慣量發(fā)生了較大變化旭绝，要消除振動(dòng)必須在伺服驅(qū)動(dòng)器中加入各種前饋補(bǔ)償控制功能。

3.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

通過對(duì)客戶需求的深入分析坠髓，我們?yōu)榭蛻粼O(shè)計(jì)了“KEBA控制器+CoolDrive A8”伺服驅(qū)動(dòng)器的電控系統(tǒng)解決方案桨皂。

圖1 CoolDrive R6現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖

這套系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于：

1、機(jī)器人專用控制系統(tǒng)

本次項(xiàng)目選擇的是KEBA專為機(jī)器人行業(yè)開發(fā)的KeMotion控制系統(tǒng)都敛，包括控制器衰屡、視教盒以及控制軟件。其控制器和視教盒都支持EtherCAT高速工業(yè)以太網(wǎng)通訊周蹭，具有很高的計(jì)算性能和通訊速度趋艘。

KeMotion還提供了強(qiáng)大的機(jī)器人控制軟件，其中內(nèi)置了多種類型的機(jī)器人路徑規(guī)劃模型谷醉，能夠快速完成機(jī)器人的開發(fā);同時(shí)軟件還提供了豐富的補(bǔ)償算法和插補(bǔ)功能致稀，保證了機(jī)器人的控制精度冈闭。

2、CoolDrive R6機(jī)器人專用一體化伺服驅(qū)動(dòng)器

CoolDrive R6是清能德創(chuàng)在進(jìn)行大量工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)及客戶的需求調(diào)研后抖单，為其量身打造的一款伺服產(chǎn)品萎攒。作為國(guó)內(nèi)首款機(jī)器人專用一體化伺服驅(qū)動(dòng)器，CoolDrive R6無論從設(shè)計(jì)理念矛绘、集成功能還是產(chǎn)品的可定制化耍休，都真正從行業(yè)用戶的角度出發(fā)，著眼于滿足客戶的實(shí)際需求货矮。

CoolDrive R6采用ALL IN ONE設(shè)計(jì)羊精，在緊湊的機(jī)身內(nèi)集成了六個(gè)伺服軸，同時(shí)還預(yù)留了擴(kuò)展空間囚玫，可為機(jī)器人提供附加軸太汹。同目前通用伺服方案相比，最多可節(jié)省50%的空間方较。

同時(shí)窗项，CoolDrive R6加入了速度、加速度前饋補(bǔ)償衷求，力矩補(bǔ)償?shù)妊a(bǔ)償算法帮声，并開發(fā)了定位抖動(dòng)消除、慣量前饋等功能搞督，可較好地解決機(jī)器人本體在高速運(yùn)行专散、快速定位時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，并且提高機(jī)器人的動(dòng)態(tài)特性胚搂。

此外喉隙，CoolDrive R6還增加了電機(jī)弱磁控制技術(shù)以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的輕載高速運(yùn)行，增加編碼器信號(hào)修正技術(shù)以提高機(jī)器人的穩(wěn)定性和降低運(yùn)行中的噪音等发惭。

3剂户、機(jī)器人實(shí)際性能測(cè)試

在實(shí)際測(cè)試過程中，在沒有加入速度罩锐、加速度前饋補(bǔ)償，力矩補(bǔ)償?shù)妊a(bǔ)償算法的情況下卤唉，機(jī)器人在滿載運(yùn)行時(shí)涩惑，會(huì)發(fā)生明顯振動(dòng)。在機(jī)器人啟動(dòng)的瞬間桑驱，如果沒有提前給定力矩補(bǔ)償竭恬，機(jī)器人本體由于重力的作用會(huì)發(fā)生下沉的動(dòng)作，也就是俗稱的“點(diǎn)頭”熬的。而在機(jī)器人由高速運(yùn)行狀態(tài)快速停止時(shí)痊硕，如果沒有“定位抖動(dòng)消除”功能赊级，機(jī)器人本體會(huì)由于慣性的突然變化而發(fā)生抖動(dòng)。

下圖是沒有開啟補(bǔ)償及振動(dòng)抑制功能時(shí)岔绸，機(jī)器人的位置誤差理逊，可以看到明顯的振動(dòng)現(xiàn)象。

下圖是開啟補(bǔ)償及振動(dòng)抑制功能后盒揉，機(jī)器人本體的位置誤差情況晋被，能夠非常明顯的看出，機(jī)器人本體的振動(dòng)得到了有效抑制刚盈。

4彪趣、結(jié)束語

清能德創(chuàng)致力于為國(guó)內(nèi)機(jī)器人整機(jī)廠商提供國(guó)產(chǎn)高端伺服系統(tǒng)，在性能和功能上能夠滿足機(jī)器人對(duì)伺服系統(tǒng)的要求蓄梯，同時(shí)也沒有國(guó)外產(chǎn)品高昂的價(jià)格拌微，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)鍵零部件的國(guó)產(chǎn)化，降低國(guó)內(nèi)機(jī)器人整機(jī)廠商的總體成本游推，提高國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的競(jìng)爭(zhēng)力沼惹。

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