三、方案功能的實現
　　
　　1.控製係統6AXIS＋1 AXIS的架構如下圖：
 

圖二 64XIS+1 AXIS的控製架構

　　2.硬件的組成和6＋1的設計架構實現
　　控製係統的硬件部分主要有CNC數控係統、伺服係統和其他輔助元件三部分組成。
　　（1）CNC數控係統
　　數控係統選用中達六軸數控係統，它是機械手臂的控製中心，除具有線性插補等運動控製外，還能夠進行畫麵顯示、參數設定、程序編輯、PLC邏輯控製等。
　　（2）伺服係統
　　伺服係統選用7套台達－A係列交流伺服驅動器和電機。其中ASDA 3kW＊1台、用於(yu) 獨立控製機械D軸位移工作台，拖動機械手臂前後運動，使其能自由移動到生產(chan) 線的任何地方。其伺服控製模式采用台達交流伺服獨有的PR控製模式。
　　它的命令來源為(wei) 台達交流伺服位置指令寄存器8組內(nei) 部位置指令（參數P1-15～P1-30設定），伺服電機運轉的速度則由參數P1-36～P1-43設定。
　　通過數控係統I/O輸出OUTPUT點Y0-Y3，配合伺服CN1接口的I/O，POS0～POS2與(yu) GTRG，就可以選擇8組中的一組來當成位置指令來源。當伺服CTRG信號上升沿觸發後，伺服電機便會(hui) 向給定目標運動。
　　其餘(yu) 6台伺服分別為(wei) ：ASDA 2kW＊1台，控製機械手臂X軸空間移動；ASDA 1kW＊2台，控製機械手臂Y、Z軸的空間移動；ASDA 200W＊2 台，控製機械手臂A、B軸的空間移動；ASDA 100kW＊1台，控製機械手臂C軸的空間移動。
　　這六台伺服采用的是速度控製模式，數控係統的伺服軸口輸出 +/-10V的模擬量電壓來控製伺服電機旋轉，並實時通過伺服驅動器的PG分周比輸出OA/OB/OZ信號將伺服運動狀態反饋給數控係統，來實現半閉環控製的目的，來保證機械手臂的運動精度。
　　（3）其他輔助元件
　　 其他輔助元件主要有：
　　電子脈衝(chong) 發生器（MPG手搖輪），規格DC5V，在手動和教導模式下，產(chan) 生脈衝(chong) 信號控製伺服軸位移。
　　動力變壓器，規格7.5kVA三相380V/三相220V，作用是給伺服係統提供動力電源。
　　控製變壓器，規格500VA，AC380V/AC220V，作用是給數控和伺服係統提供控製電源。
　　開關(guan) 電源，規格500VA，DC24V，AC220V/DC24V，作用是給控製回路提供直流控製電源。
　　INPUT輸入板，規格NPN型，可以連接按鈕、行程開關(guan) 、繼電器觸點等傳(chuan) 感器信號。
　　OUTPUT輸出板，規格NPN型，作用是控製中間繼電器、微型電磁閥等DC24V負載。
　　中間繼電器，規格DC24V，增加OUTPUT輸出板的容量，線路保護。
　　氣動電磁閥，規格DC24V，控製機械手夾緊氣缸和生產(chan) 線其他輔助動作。
　　按鈕、開關(guan) 若幹，提供各種傳(chuan) 感信號。
　　通過上述硬件配置和架構設計，中達電通六軸數控係統便能夠通過速度模擬量電壓命令和外部的I/O輸出信號來控製一個(ge) 六軸的機械手臂和一個(ge) 獨立的位移工作台運動了。
　　
　　3.示教功能和手搖輪測試功能的實現

圖三 示教盒

　　中達六軸數控係統具有“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(liang) 個(ge) 功能，方便編譯和效驗程序。
　　當配合外部I/O和電子手搖輪，激活“示教”功能後，六軸機械手臂的工作方式是按“示教學習(xi) →生成NC程序→編輯修改NC程序→機械手臂再現執行”的過程來完成的，即由人用示教盒對機械手臂工作行為(wei) 示教。示教過程中，數控係統會(hui) 記錄下機械手臂各運動關(guan) 節終點的位置信息，並以NC代碼的形式顯示在CRT 熒屏上。
　　當機械手臂完成一個(ge) 示教流程結束後，數控係統便會(hui) 以NC代碼的形式記錄下一個(ge) 數據隊列。用戶可以通過數控係統的標準CNC鍵盤對當前的NC程序進行必要的編輯，如添加運動速度，數控外部I/O控製等指令，這樣數控係統便生成了機械手臂工作所需要的完整信息。
　　當完成編輯後，激活數控係統的“自動運行”功能，數控係統便能自動依次讀取這個(ge) 數據隊列和指令信息，並傳(chuan) 達給下位伺服控製器和數控外部I/O控製機械手臂動作。
　　當我們(men) 對“示教”生成的數據信息進行編輯完成後，在執行“自動運行”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“手搖輪測試”功能被激活後，機械手臂會(hui) 按照先前編輯的指令信息再現動作。伺服軸的運動速度由手搖輪的轉動速度和MPG的倍率所決(jue) 定，當手搖輪停止轉動，伺服軸也會(hui) 停止進給；如繼續轉動，伺服軸會(hui) 繼續執行動作，從(cong) 而有效防止機械撞機。
　　測試完成後，激活“自動運行”功能，機械手臂便會(hui) 按照程序中設定的速度正常運行。
　　
　　4.靈活的外部I/O控製和輔助機能的實現
　　機械手臂的末端執行機構是由電磁閥控製氣體(ti) 驅動氣動缸完成機械手指的夾緊和放鬆動作。
　　對於(yu) 中達電通六軸數控係統的靈活外部I/O控製，不但可以通過對數控係統內(nei) 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的簡易I/0控製指令來實現。
　　如G11 P1＊＊＊指定OUTPUT＊＊＊ON，下“RESET”指令無效。G12 P＊＊＊等待INPUT＊＊＊ON，程序才執行下一節指令，等等，通過這些指令用戶可以靈活的實現外部I/O控製。
　　機械手臂工作流程和NC編程如圖四：
　　
 

圖五 伺服係統的調節和指令平滑處理

　　5.伺服係統的調節和指令平滑處理
　　對於(yu) 伺服控製係統，因為(wei) 在機械設計上，機械手臂在機械設計上采用6自由度空間坐標係，因而在六軸同時運動過程中，機械負載的慣量會(hui) 因為(wei) 機械力臂不同的而會(hui) 發生較大範圍的變化，這就要求伺服係統具有優(you) 異穩定性，響應性和對負載變化自適應能力。
　　通過台達-A係列伺服內(nei) 置的“自動增益調節功能（PDFF強健式控製模式，參數2－32）”就能達到理想的調試效果，在此調節模式下，當負載的慣量在一定範圍內(nei) 任意變化時，伺服在1HZ的開回路增益能夠保持穩定，頻寬會(hui) 隨著負載慣量變化而做相應的調整，仍可以保持良好的相位邊界，使得伺服的穩態追隨誤差不會(hui) 隨著負載慣量而有變化。
　　同時，對於(yu) 機械手臂在運轉時機械結構產(chan) 生的衝(chong) 擊，（特別是D軸，因為(wei) 采用內(nei) 部指令來源），通過激活台達-A係列伺服內(nei) 置的CURVE平滑功能（參數 1－34～1－36）來得到很好的解決(jue) 。位置P-CURVE和速度S－CURVE平滑功能，可以對運動命令進行平滑處理，使得電機所產(chan) 生的速度和加速度是連續的。可以很好的改善電機加減速的特性，在機械結構的運轉上也更加平順。
　　

四、結束語

　　基於(yu) 以上架構的機械手控製方案具有控製精度高、係統穩定性高、用戶操作靈活的優(you) 點，這也是中達數控係統和台達伺服獨有的一個(ge) 典型應用。#p#分頁標題#e#
　　利用中達六軸數控係統自有的一些豐(feng) 富功能，配合台達伺服係統優(you) 異性能，可以被廣泛應用於(yu) 各種工業(ye) 自動化領域，完全能夠為(wei) 客戶提供更有價(jia) 值、“量身定做”的整合方案。