能打“太極拳”的7關節機器人

時間:2019-06-17 10:58:24點擊量:109 作者:楊超月

中科新松有限公司在第一代協作機器人的設計和研發中整合了Elmo的終極多軸運動控制解決方案。參加2017年5月10-12日舉行的中國北京國際工業智能及自動化展覽會,在第11-60號展位就能見到。

采用了Elmo獨一無二的、高級的伺服驅動技術,在中國機器人和自動化領域領先的新松公司剛剛完成第一代人機協作的工廠自動化機器人的自主研發。Elmo提供了超小型、功能強大的基于網絡型的伺服驅動器,這些驅動器直接安裝在關節上。這一應用發揮了Elmo驅動器在諸多方面的獨特優勢,如效率、堅固程度、省空間、最少電纜用量、低EMI指數和整個系統可靠性的提升。在設計制造復雜的7軸協作機器人的時候,使用雙閉環控制和采用高分辨率絕對值編碼器獲得最優伺服性能只是眾多挑戰中的一部分。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

伺服驅動器

Elmo體積超小且功能強大的EtherCAT總線型Gold系列伺服驅動器被用來完成這項挑戰任務。這些伺服驅動器直接安裝在機器人關節上,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動器GoldSOLOGUITER用來驅動兩個基礎關節,基礎關節支撐整個機器人的機械結構。50A持續和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GoldSOLOWHISTLE伺服驅動器可以輸出持續20A和峰值40A電流,用來驅動另外五個關節。系統里的每個驅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。使用同一個驅動器能實現反差如此大的高低速運行得益于1:2000的動態電流范圍和非常高的帶寬響應。一個驅動器物理尺寸足夠小到能直接安裝在機器人關節上,幾乎是這種復雜機器人項目的唯一選擇。把驅動器放置在離編碼器反饋足夠近的地方可以節省電纜,減少干擾影響,獲得比較低的EMI和RFI指標,系統穩定性大大提升。

Elmo應用工具

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Elmo應用工具

Elmo高級且易用的配置工具,EASII軟件,可以幫助客戶輕松完成網絡中每個軸的配置和調試,達到最優的伺服性能。系統辨識、合適的控制器設計、使用高階濾波器克服機械系統缺陷等只是這個工具的一部分功能,可以提升系統獲得最優伺服性能。此外,使用帶特殊位置分組增益的簡單、高級的系統辨識方法進行多軸系統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。

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

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白金版Maestro,終極多軸運動控制器

此外,P-MAS為客戶應用預留了一個實時內核。這部分內核允許機器人開發用戶編寫自己特殊的運動學轉換方程,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總線循環時間內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工作路徑。

在示教模式下伺服驅動器是運行在同步循環力矩模式。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。

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