摘要: 本文主要介绍使用英威腾DA200高性能交流伺服系统的机械手控制方案具有控制精度高、系统稳定性高、用户操作灵活的优点。英威腾DA200伺服出色的定位精度和业界领先的速度响应赢得了客户的认可。

关键字: 英威腾DA200伺服、六轴机械手、定位精确、稳定性高

1. 前言

机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业，获得日益广泛的应用。

机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，并有多个自由度，可用来搬运物体以完成在不同环境中的工作。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

2. 机械手的主要结构介绍

机械手的种类，按驱动方式可分为机械式、气动式、液压式、电动式机械手；按适用范围可分为专用机械手与通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制与连续轨迹控制机械手等。

2.1 圆柱坐标型机器人

图1

如图1所示，机器人由一个回转和两个平移所组成。整个立柱可以旋转，手臂可以沿着立柱上升或下降，而且手臂可以伸长或缩回。使旋转半径随工作的要求而变化。

2.2 球坐标型机器人

图2

如图2，C是这个臂的回转中心，这个臂可以伸长和缩短，回转中心也可以回转。 这个动作范围应该是一个空心球，由于手臂并不能理想的扫出一个圆，因此这个球是一个破损的球。 这种结构较其他各种结构更容易伸入到上下倾斜的孔的内部，当又这种需求时应优先考虑球坐标型机器人。

2.3 直角坐标型机器人

图3

如图3所示，机器人由两个相互垂直的导轨，在其上还有一个与两垂直导轨相垂直的导轨，构成了一个直角坐标的三维体系，即x、y、z轴。 这种机器人由于结构简单（没有旋转和摆动），因此制造的精度可以很高，并且在控制器内轨迹的计算方法也非常简单。 工作范围较大，可以作为高空搬运车，能够对炉膛或者其他空腔设备做直线送进运动。

三坐标测量机也是一个直角坐标型的机器人。

2.4 并联型机器人

图4

这是一种新型结构的机器人，它通过各件的复合运动，给出末端的运动轨迹，以完成不同类型的作业。该结构机器人的特点是刚性好，可用来完成数控机床的一些功能，因此也称为并联机床。

目前已有样机，可以完成复杂曲面的加工，特别是精细的加工，是数控机床的一种新的结构形式，也是机器人功能的一种拓展。但其控制计算十分复杂，工作范围也非常小，而其精度目前比数控机床低。

2.5 六轴关节机器人

图5

关节型机器人主要由回转和旋转自由度构成的，可以看成是仿人手臂的结构。 从肘到手臂根部的部分称为上臂，从肘到手腕的部分称为前臂。这种结构对于确定的三维空间上任意位置和姿态是最有效的。它对于各种各样的作业都有良好的适应性，缺点是坐标计算和控制比较复杂，而且难以达到很高的精度。

3. 应用方案介绍

3.1 设备整体结构：

图6

3.2 电气系统组成图：

此次客户共使用6套英威腾DA200高性能交流伺服系统，由英威腾智能控制器控制。

DA200是英威腾倾力打造、性能取得跨越式进步的明星伺服产品。DA200速度响应高达2.0kHz，有多种高级算法,振动抑制能力强,目标指令跟踪速度快,定位精度高,内置电子凸轮、点位控制等功能，调试简单，适配任意关节机器人控制器。

电气原理图如下图所示：

图7

具体接线方式：

图8

接线要求：系统到驱动器连接要求采用双绞 2*8 屏蔽电缆,抱闸系统电缆采用 1*2 屏蔽线连 接到抱闸制动板上，外壳要与屏蔽层连接良好。控制器侧的 AGND 必须跟伺服 的 GND 连接，否则可能会造成控制器硬件损坏。

3.3 参数调试

图9

惯量，观察R0.51填入或者通过P1.04自学习，控制不超过2000为宜；刚性可以根据需要调整，但各轴需保持一致。

4. 方案总结

1）基英威腾DA200高性能交流伺服系统的机械手控制方案具有控制精度高、系统稳定性高、用户操作灵活的优点，可以被广泛应用于各种工业自动化领域，为客户创造价值，提高设备使用效率；

2）机器人的发展对设备重复定位的精度不断提高，现已达到±0.03mm的高精度要求，而DA200具有出色的定位精度，重复定位精度已达到±0.01mm的高精度，完全满足机器人的高精需求；

3）机器人经过示教后，各个轴把经过的路线在各自的存储器中记录下来。当再现时，达到记录的位置。这就是机器人的重复再现的基本原理。英威腾DA200伺服系统的优异性能则充分保证了机器人动作的灵活与准确，而这就是机器人运动重复定位所追求的；

4） DA200具有自动增益调整，方便快捷将各个关节的伺服性能达到最优。