三、方案功能的實現(xiàn)
　　
　　1.控制系統(tǒng)6AXIS＋1 AXIS的架構(gòu)如下圖：
 

圖二 64XIS+1 AXIS的控制架構(gòu)

　　2.硬件的組成和6＋1的設(shè)計架構(gòu)實現(xiàn)
　　控制系統(tǒng)的硬件部分主要有CNC數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和其他輔助元件三部分組成。
　?。?）CNC數(shù)控系統(tǒng)
　　數(shù)控系統(tǒng)選用中達(dá)六軸數(shù)控系統(tǒng)，它是機(jī)械手臂的控制中心，除具有線性插補(bǔ)等運(yùn)動控制外，還能夠進(jìn)行畫面顯示、參數(shù)設(shè)定、程序編輯、PLC邏輯控制等。
　　（2）伺服系統(tǒng)
　　伺服系統(tǒng)選用7套臺達(dá)－A系列交流伺服驅(qū)動器和電機(jī)。其中ASDA 3kW＊1臺、用于獨(dú)立控制機(jī)械D軸位移工作臺，拖動機(jī)械手臂前后運(yùn)動，使其能自由移動到生產(chǎn)線的任何地方。其伺服控制模式采用臺達(dá)交流伺服獨(dú)有的PR控制模式。
　　它的命令來源為臺達(dá)交流伺服位置指令寄存器8組內(nèi)部位置指令（參數(shù)P1-15～P1-30設(shè)定），伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度則由參數(shù)P1-36～P1-43設(shè)定。
　　通過數(shù)控系統(tǒng)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組中的一組來當(dāng)成位置指令來源。當(dāng)伺服CTRG信號上升沿觸發(fā)后，伺服電機(jī)便會向給定目標(biāo)運(yùn)動。
　　其余6臺伺服分別為：ASDA 2kW＊1臺，控制機(jī)械手臂X軸空間移動；ASDA 1kW＊2臺，控制機(jī)械手臂Y、Z軸的空間移動；ASDA 200W＊2 臺，控制機(jī)械手臂A、B軸的空間移動；ASDA 100kW＊1臺，控制機(jī)械手臂C軸的空間移動。
　　這六臺伺服采用的是速度控制模式，數(shù)控系統(tǒng)的伺服軸口輸出 +/-10V的模擬量電壓來控制伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，并實時通過伺服驅(qū)動器的PG分周比輸出OA/OB/OZ信號將伺服運(yùn)動狀態(tài)反饋給數(shù)控系統(tǒng)，來實現(xiàn)半閉環(huán)控制的目的，來保證機(jī)械手臂的運(yùn)動精度。
　?。?）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(guī)格DC5V，在手動和教導(dǎo)模式下，產(chǎn)生脈沖信號控制伺服軸位移。
　　動力變壓器，規(guī)格7.5kVA三相380V/三相220V，作用是給伺服系統(tǒng)提供動力電源。
　　控制變壓器，規(guī)格500VA，AC380V/AC220V，作用是給數(shù)控和伺服系統(tǒng)提供控制電源。
　　開關(guān)電源，規(guī)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(guī)格NPN型，可以連接按鈕、行程開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等傳感器信號。
　　OUTPUT輸出板，規(guī)格NPN型，作用是控制中間繼電器、微型電磁閥等DC24V負(fù)載。
　　中間繼電器，規(guī)格DC24V，增加OUTPUT輸出板的容量，線路保護(hù)。
　　氣動電磁閥，規(guī)格DC24V，控制機(jī)械手夾緊氣缸和生產(chǎn)線其他輔助動作。
　　按鈕、開關(guān)若干，提供各種傳感信號。
　　通過上述硬件配置和架構(gòu)設(shè)計，中達(dá)電通六軸數(shù)控系統(tǒng)便能夠通過速度模擬量電壓命令和外部的I/O輸出信號來控制一個六軸的機(jī)械手臂和一個獨(dú)立的位移工作臺運(yùn)動了。
　　
　　3.示教功能和手搖輪測試功能的實現(xiàn)

圖三 示教盒

　　中達(dá)六軸數(shù)控系統(tǒng)具有“示教和手搖輪測試”功能，通過必要的PLC編輯便可以激活這兩個功能，方便編譯和效驗程序。
　　當(dāng)配合外部I/O和電子手搖輪，激活“示教”功能后，六軸機(jī)械手臂的工作方式是按“示教學(xué)習(xí)→生成NC程序→編輯修改NC程序→機(jī)械手臂再現(xiàn)執(zhí)行”的過程來完成的，即由人用示教盒對機(jī)械手臂工作行為示教。示教過程中，數(shù)控系統(tǒng)會記錄下機(jī)械手臂各運(yùn)動關(guān)節(jié)終點(diǎn)的位置信息，并以NC代碼的形式顯示在CRT 熒屏上。
　　當(dāng)機(jī)械手臂完成一個示教流程結(jié)束后，數(shù)控系統(tǒng)便會以NC代碼的形式記錄下一個數(shù)據(jù)隊列。用戶可以通過數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)CNC鍵盤對當(dāng)前的NC程序進(jìn)行必要的編輯，如添加運(yùn)動速度，數(shù)控外部I/O控制等指令，這樣數(shù)控系統(tǒng)便生成了機(jī)械手臂工作所需要的完整信息。
　　當(dāng)完成編輯后，激活數(shù)控系統(tǒng)的“自動運(yùn)行”功能，數(shù)控系統(tǒng)便能自動依次讀取這個數(shù)據(jù)隊列和指令信息，并傳達(dá)給下位伺服控制器和數(shù)控外部I/O控制機(jī)械手臂動作。
　　當(dāng)我們對“示教”生成的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編輯完成后，在執(zhí)行“自動運(yùn)行”功能前，可以通過激活“手搖輪測試”功能，來再次校正編輯完的程序。
　　當(dāng)“手搖輪測試”功能被激活后，機(jī)械手臂會按照先前編輯的指令信息再現(xiàn)動作。伺服軸的運(yùn)動速度由手搖輪的轉(zhuǎn)動速度和MPG的倍率所決定，當(dāng)手搖輪停止轉(zhuǎn)動，伺服軸也會停止進(jìn)給；如繼續(xù)轉(zhuǎn)動，伺服軸會繼續(xù)執(zhí)行動作，從而有效防止機(jī)械撞機(jī)。
　　測試完成后，激活“自動運(yùn)行”功能，機(jī)械手臂便會按照程序中設(shè)定的速度正常運(yùn)行。
　　
　　4.靈活的外部I/O控制和輔助機(jī)能的實現(xiàn)
　　機(jī)械手臂的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由電磁閥控制氣體驅(qū)動氣動缸完成機(jī)械手指的夾緊和放松動作。
　　對于中達(dá)電通六軸數(shù)控系統(tǒng)的靈活外部I/O控制，不但可以通過對數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的PLC程序編輯來完成，還能夠通過在NC程序中直接插入適當(dāng)?shù)暮喴譏/0控制指令來實現(xiàn)。
　　如G11 P1＊＊＊指定OUTPUT＊＊＊ON，下“RESET”指令無效。G12 P＊＊＊等待INPUT＊＊＊ON，程序才執(zhí)行下一節(jié)指令，等等，通過這些指令用戶可以靈活的實現(xiàn)外部I/O控制。
　　機(jī)械手臂工作流程和NC編程如圖四：
　　
 

圖五 伺服系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和指令平滑處理

　　5.伺服系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和指令平滑處理
　　對于伺服控制系統(tǒng)，因為在機(jī)械設(shè)計上，機(jī)械手臂在機(jī)械設(shè)計上采用6自由度空間坐標(biāo)系，因而在六軸同時運(yùn)動過程中，機(jī)械負(fù)載的慣量會因為機(jī)械力臂不同的而會發(fā)生較大范圍的變化，這就要求伺服系統(tǒng)具有優(yōu)異穩(wěn)定性，響應(yīng)性和對負(fù)載變化自適應(yīng)能力。
　　通過臺達(dá)-A系列伺服內(nèi)置的“自動增益調(diào)節(jié)功能（PDFF強(qiáng)健式控制模式，參數(shù)2－32）”就能達(dá)到理想的調(diào)試效果，在此調(diào)節(jié)模式下，當(dāng)負(fù)載的慣量在一定范圍內(nèi)任意變化時，伺服在1HZ的開回路增益能夠保持穩(wěn)定，頻寬會隨著負(fù)載慣量變化而做相應(yīng)的調(diào)整，仍可以保持良好的相位邊界，使得伺服的穩(wěn)態(tài)追隨誤差不會隨著負(fù)載慣量而有變化。
　　同時，對于機(jī)械手臂在運(yùn)轉(zhuǎn)時機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的沖擊，（特別是D軸，因為采用內(nèi)部指令來源），通過激活臺達(dá)-A系列伺服內(nèi)置的CURVE平滑功能（參數(shù) 1－34～1－36）來得到很好的解決。位置P-CURVE和速度S－CURVE平滑功能，可以對運(yùn)動命令進(jìn)行平滑處理，使得電機(jī)所產(chǎn)生的速度和加速度是連續(xù)的。可以很好的改善電機(jī)加減速的特性，在機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)上也更加平順。
　　

四、結(jié)束語

　　基于以上架構(gòu)的機(jī)械手控制方案具有控制精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定性高、用戶操作靈活的優(yōu)點(diǎn)，這也是中達(dá)數(shù)控系統(tǒng)和臺達(dá)伺服獨(dú)有的一個典型應(yīng)用。#p#分頁標(biāo)題#e#
　　利用中達(dá)六軸數(shù)控系統(tǒng)自有的一些豐富功能，配合臺達(dá)伺服系統(tǒng)優(yōu)異性能，可以被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動化領(lǐng)域，完全能夠為客戶提供更有價值、“量身定做”的整合方案。