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伺服控制

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工业机器人高速增长 国产伺服电机路在何方?

机械自动化类 冲上云霄 2016-12-14 10:59 发表了文章 来自相关话题

自从德国提出工业4.0之后,中国也提出了“中国制造2025”规划,随着中国自动化步伐的加快,未来中国将成为超级机器人大国,工业机器人需求量大大增长。然而在工业机器人高增长刺激下,其控制系统和自动化主要产品伺服电机发展之路必将发生改变,伺服电机作为工业机器人的动力系统以及机器人运动的“心脏”,未来出路在哪里?

《20 查看全部
自从德国提出工业4.0之后,中国也提出了“中国制造2025”规划,随着中国自动化步伐的加快,未来中国将成为超级机器人大国,工业机器人需求量大大增长。然而在工业机器人高增长刺激下,其控制系统和自动化主要产品伺服电机发展之路必将发生改变,伺服电机作为工业机器人的动力系统以及机器人运动的“心脏”,未来出路在哪里?

《20
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《2016年工控伺服市场分析报告》

管理类 其中之一 2016-11-25 18:05 发表了文章 来自相关话题

2016年工控伺服市场分析报告





1、伺服市场增长及预测
第一阶段(2011年前)
从2005年以来进入高速发展时期,每年增长率超过25%。在2009年由于整体经济环境不景气增速下滑,但2010年迅速回弹,增长速度超过30%,在2011年相对去年来说增速有所回落。
第二阶段(2012-2014)
进入12年和 查看全部
2016年工控伺服市场分析报告





1、伺服市场增长及预测
第一阶段(2011年前)
从2005年以来进入高速发展时期,每年增长率超过25%。在2009年由于整体经济环境不景气增速下滑,但2010年迅速回弹,增长速度超过30%,在2011年相对去年来说增速有所回落。
第二阶段(2012-2014)
进入12年和
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(干货)伺服电机远程控制,问题再多也有套路!

电气控制类 嗡班匝萨埵吽 2016-10-19 09:50 发表了文章 来自相关话题

本文针对伺服电机远程控制接线复杂性、单一性、不稳定性等问题,提出采用开放式通信协议DS301、驱动子协议DSP402实现伺服电机控制的新方法。



前  言
CANopen是一种架构在控制局域网路(CAN)上的高层通讯协定,包括通讯子协定及设备子协定常在嵌入式系统中使用,也是工业控制常用到的一种现场总线。CANop 查看全部
本文针对伺服电机远程控制接线复杂性、单一性、不稳定性等问题,提出采用开放式通信协议DS301、驱动子协议DSP402实现伺服电机控制的新方法。



前  言
CANopen是一种架构在控制局域网路(CAN)上的高层通讯协定,包括通讯子协定及设备子协定常在嵌入式系统中使用,也是工业控制常用到的一种现场总线。CANop
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干货:关于焊接机器人的应用分析及编程技巧

机械自动化类 朱迪 2016-10-14 16:04 发表了文章 来自相关话题

       自从20世纪60年代初,人类创造了第一台工业机器人以后,工业机器人就显示出它极大的生命力,在短短40多年的时间中,工业机器人技术得到了迅速的发展,工业机器人已在工业发达国家的生产中得到了广泛的应用。



       目前,工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶 查看全部
       自从20世纪60年代初,人类创造了第一台工业机器人以后,工业机器人就显示出它极大的生命力,在短短40多年的时间中,工业机器人技术得到了迅速的发展,工业机器人已在工业发达国家的生产中得到了广泛的应用。



       目前,工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶
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手把手实现伺服控制

电气控制类 妙莲华 2016-09-27 13:22 发表了文章 来自相关话题

手把手实现伺服控制
手把手实现伺服控制
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伺服控制中的一些问题

电气控制类 妙莲华 2016-09-27 13:22 发表了文章 来自相关话题

伺服控制中的一些问题
伺服控制中的一些问题
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如何理解惯量比的问题

电气控制类 妙莲华 2016-09-27 13:22 发表了文章 来自相关话题

经常玩运控的朋友一定都听到过“惯量比”这个词儿,“老法师”们通常对惯量匹配都有着各自独到的见解,比如在某些运控应用中惯量比要小于某个数值,10、5、3或者更小,也有的说要控制精度高,就得降低惯量比......等等。





不仅如此,在某些厂家的产品手册中,对其电机产品的选型还有关于惯量比的“推荐值”。比如下面摘录 查看全部
经常玩运控的朋友一定都听到过“惯量比”这个词儿,“老法师”们通常对惯量匹配都有着各自独到的见解,比如在某些运控应用中惯量比要小于某个数值,10、5、3或者更小,也有的说要控制精度高,就得降低惯量比......等等。





不仅如此,在某些厂家的产品手册中,对其电机产品的选型还有关于惯量比的“推荐值”。比如下面摘录
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台达最新的伺服系统A3画册!

电气控制类 不见不散 2016-09-23 13:25 发表了文章 来自相关话题

台达最新的伺服系统A画册!


 
台达最新的伺服系统A画册!


 
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电子书推荐-机器设计中伺服电机及驱动器的选型 [美] 金蒙恩,李幼涵 (施耐德电气全球技术专家)

电气控制类 不见不散 2016-08-13 14:54 发表了文章 来自相关话题

电子书推荐-机器设计中伺服电机及驱动器的选型   金蒙恩,李幼涵 (施耐德电气全球技术专家)
是自动化行业的,非标设计的工程师的选型计算类好书!
由于文件压缩后,大于20M,不能上传到网上。
请留下邮箱!后面我会发到你们邮箱里面。
电子书推荐-机器设计中伺服电机及驱动器的选型   金蒙恩,李幼涵 (施耐德电气全球技术专家)
是自动化行业的,非标设计的工程师的选型计算类好书!
由于文件压缩后,大于20M,不能上传到网上。
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工业机器人高速增长 国产伺服电机路在何方?

机械自动化类 冲上云霄 2016-12-14 10:59 发表了文章 来自相关话题

自从德国提出工业4.0之后,中国也提出了“中国制造2025”规划,随着中国自动化步伐的加快,未来中国将成为超级机器人大国,工业机器人需求量大大增长。然而在工业机器人高增长刺激下,其控制系统和自动化主要产品伺服电机发展之路必将发生改变,伺服电机作为工业机器人的动力系统以及机器人运动的“心脏”,未来出路在哪里?

《2015-2019年全球工业机器人伺服电机行业报告》显示,2013年开始,中国成为世界最大的工业机器人市场,2014年销量飙升到全球伺服电机销量的55%。预计到2019年,中国市场对伺服电机的需求将达到182000台。

工业机器人的快速增长已经在一定程度上刺激了伺服电机市场的发展。按Researchand Markets的测算,90%的工业机器人使用伺服电机,同时,每个工业机器人装配的伺服电机都是平均量,那么2014年中国所增加的对伺服电机的需求在231000台。而这个数字在2019年将有望达到737000台。

目前,在中国工业机器市场,85%的伺服电机是外资品牌,而本土企业,大多数仍处于研制试验阶段,几乎没有工业化的工业机器人伺服电机。

工业机器人与伺服电机的共存关系

伺服电机一般安装在机器人的“关节”处,机器人的关节驱动离不开伺服系统,关节越多,机器人的柔性和精准度越高,所要使用的伺服电机的数量就越多。

机器人对关节驱动电机的要求非常严格,因而对电动伺服驱动系统的要求也很严格,主要有以下几个方面:

1)快速响应性,电伺服系统的灵敏性愈高,快速响应性能愈好。

2)起动转矩惯量比大,在驱动负载的情况下,要求机器人的伺服电机的起动转矩大,转动惯量小。

3)控制特性的连续性和直线性,随着控制信号的变化,电机的转速能连续变化,有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比,调速范围宽,能使用于1:1000~10000的调速范围。

4)体积小、质量小、轴向尺寸短,以配合机器人的体形。

5)能经受得起苛刻的运行条件,可进行十分频繁的正反向和加减速运行。

另外,由于国产伺服电机有待升级,导致国产机器人发展困难。国产伺服电机目前的现状是,小的不小,大的不大!这个怎么理解呢?小功率伺服电机,小型化不行,普遍偏长,比如轻载机器人常用的200W和400W伺服电机,目前多摩川的TBL-imini系列伺服微电机、的松下的A6、安川的Σ7电机短小精致。

反观国产伺服,普遍较长,外观粗糙。这在一些高档的应用上不行,尤其是在轻载6kg左右的桌面型机器人上,由于机器人手臂的安装空间非常狭小,对伺服电机的长度有严格要求。

其次是信号接插件的可靠性一直饱受诟病。国产伺服需要继续改进,而且接插件的小型化、高密度化也是趋势,与伺服电机本体的集成设计是个很好的做法,目前日系的伺服电机很多就是这样设计的,方便安装、调试、更换。

伺服电机的另一个核心技术是高精度的编码器,尤其机器人上用的多圈绝对值编码器,严重依赖进口。没有实现国产化,是制约我国高档伺服系统发展的很大瓶颈。编码器的小型化也是伺服电机小型化绕不过去的核心技术。纵观日系伺服电机产品的更迭,都是伴随着电机磁路和编码器的协同发展升级!

目前国内的伺服电机OEM厂家根据市场份额,大多是仿制日系伺服电机设计,功率多在3kw以内,以中小功率为多。而5.5-15kw的中大功率伺服没有,导致有些设备上的应用,由于没有一台大功率的伺服电机和驱动配套,而被迫放弃掉整个系统。

总结下来,日系伺服系统的发展模式是分层协同发展,整体性能优异,与日本的机器人发展很相似。在中国是做电机的做电机、做编码器的做编码器、做驱动的做驱动,没有协同联合,导致伺服电机和驱动系统整体性能难以做好。

其次是伺服系统缺失基础性研究,包括绝对值编码器技术、高端电机的产业化制造技术、生产工艺的突破、性能指标的实用性验证和考核标准的制定。这些都需要机器人行业的核心零部件企业去完善。 
 
 
 
 
来源:网络 查看全部
自从德国提出工业4.0之后,中国也提出了“中国制造2025”规划,随着中国自动化步伐的加快,未来中国将成为超级机器人大国,工业机器人需求量大大增长。然而在工业机器人高增长刺激下,其控制系统和自动化主要产品伺服电机发展之路必将发生改变,伺服电机作为工业机器人的动力系统以及机器人运动的“心脏”,未来出路在哪里?

《2015-2019年全球工业机器人伺服电机行业报告》显示,2013年开始,中国成为世界最大的工业机器人市场,2014年销量飙升到全球伺服电机销量的55%。预计到2019年,中国市场对伺服电机的需求将达到182000台。

工业机器人的快速增长已经在一定程度上刺激了伺服电机市场的发展。按Researchand Markets的测算,90%的工业机器人使用伺服电机,同时,每个工业机器人装配的伺服电机都是平均量,那么2014年中国所增加的对伺服电机的需求在231000台。而这个数字在2019年将有望达到737000台。

目前,在中国工业机器市场,85%的伺服电机是外资品牌,而本土企业,大多数仍处于研制试验阶段,几乎没有工业化的工业机器人伺服电机。

工业机器人与伺服电机的共存关系

伺服电机一般安装在机器人的“关节”处,机器人的关节驱动离不开伺服系统,关节越多,机器人的柔性和精准度越高,所要使用的伺服电机的数量就越多。

机器人对关节驱动电机的要求非常严格,因而对电动伺服驱动系统的要求也很严格,主要有以下几个方面:

1)快速响应性,电伺服系统的灵敏性愈高,快速响应性能愈好。

2)起动转矩惯量比大,在驱动负载的情况下,要求机器人的伺服电机的起动转矩大,转动惯量小。

3)控制特性的连续性和直线性,随着控制信号的变化,电机的转速能连续变化,有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比,调速范围宽,能使用于1:1000~10000的调速范围。

4)体积小、质量小、轴向尺寸短,以配合机器人的体形。

5)能经受得起苛刻的运行条件,可进行十分频繁的正反向和加减速运行。

另外,由于国产伺服电机有待升级,导致国产机器人发展困难。国产伺服电机目前的现状是,小的不小,大的不大!这个怎么理解呢?小功率伺服电机,小型化不行,普遍偏长,比如轻载机器人常用的200W和400W伺服电机,目前多摩川的TBL-imini系列伺服微电机、的松下的A6、安川的Σ7电机短小精致。

反观国产伺服,普遍较长,外观粗糙。这在一些高档的应用上不行,尤其是在轻载6kg左右的桌面型机器人上,由于机器人手臂的安装空间非常狭小,对伺服电机的长度有严格要求。

其次是信号接插件的可靠性一直饱受诟病。国产伺服需要继续改进,而且接插件的小型化、高密度化也是趋势,与伺服电机本体的集成设计是个很好的做法,目前日系的伺服电机很多就是这样设计的,方便安装、调试、更换。

伺服电机的另一个核心技术是高精度的编码器,尤其机器人上用的多圈绝对值编码器,严重依赖进口。没有实现国产化,是制约我国高档伺服系统发展的很大瓶颈。编码器的小型化也是伺服电机小型化绕不过去的核心技术。纵观日系伺服电机产品的更迭,都是伴随着电机磁路和编码器的协同发展升级!

目前国内的伺服电机OEM厂家根据市场份额,大多是仿制日系伺服电机设计,功率多在3kw以内,以中小功率为多。而5.5-15kw的中大功率伺服没有,导致有些设备上的应用,由于没有一台大功率的伺服电机和驱动配套,而被迫放弃掉整个系统。

总结下来,日系伺服系统的发展模式是分层协同发展,整体性能优异,与日本的机器人发展很相似。在中国是做电机的做电机、做编码器的做编码器、做驱动的做驱动,没有协同联合,导致伺服电机和驱动系统整体性能难以做好。

其次是伺服系统缺失基础性研究,包括绝对值编码器技术、高端电机的产业化制造技术、生产工艺的突破、性能指标的实用性验证和考核标准的制定。这些都需要机器人行业的核心零部件企业去完善。 
 
 
 
 
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《2016年工控伺服市场分析报告》

管理类 其中之一 2016-11-25 18:05 发表了文章 来自相关话题

2016年工控伺服市场分析报告











1、伺服市场增长及预测
第一阶段(2011年前)
从2005年以来进入高速发展时期,每年增长率超过25%。在2009年由于整体经济环境不景气增速下滑,但2010年迅速回弹,增长速度超过30%,在2011年相对去年来说增速有所回落。
第二阶段(2012-2014)
进入12年和13年,我国GDP增长继续放缓,中国经济处于增速换挡、转型升级的关键期,并且国际市场萧条出口业务遭重创,在种种矛盾叠加之下,伺服市场持续下滑
第三阶段(2015-2016)
2015至2016年,伺服产品业绩下滑严重,特别是2015年伺服主要应用行业机床、轮胎机械、制药机械等行业遭受大幅度下滑,导致伺服业绩受创严重。





 
2、伺服2015年市场份额
 
2015年伺服市场细分-分竞争对手
目前,国外品牌占据了中国交流伺服市场近80%的市场份额,他们来自日本和欧美。其中,日系产品则以拥有约55%的市场份额而雄踞首位,其著名品牌包括松下、三菱电机、安川、三洋、富士等,其产品特点是技术和性能水准比较符合中国用户的需求,在中小型OEM市场上尤其具有垄断优势。
除日本、欧美伺服品牌外,以东元(TECO)和台达(Delta)为代表的台系伺服其技术水平和价格水平居于进口中端产品和国产品牌之间,市场占有率从几年前的微不足道提高到超10%。
3 、伺服2015年市场细分
 





2015年伺服市场细分-by行业






伺服90%产品用于OEM市场,集中度较高,其中TOP5行业就占到了整体的50%以上。
需要注意的是电子设备制造行业(包括传统电子设备、半导体、液晶、LED)及机器人行业受政策利好及市场需求量快速增加等因素影响,行业自身及对伺服需求量快速增长(20%以上),2015年行业排名在第一第二。
其中机床工具(包括雕刻机)纺织机械等传统行业受到市场经济大环境的影响,下滑严重,市场份额从原排名第一第二下降至第三第四。
大型伺服的市场主要供应商是西门子、博世力士乐。西门子在高端伺服市场具有传统优势,凭借其数控系统在机床行业的广泛应用,带动其伺服系统有较高增长率。
在中型伺服市场安川以其产品出色的性能和准确的市场定位,占有领先地位。
小型伺服主要用于中低端OEM用户,目前在市场上占有领先地位的厂商是松下、三菱和台达。
近年来,由于伺服技术的优势明显,国内不少变频器领先企业,如汇川技术、英威腾等纷纷转战伺服市场,使得本土伺服企业的竞争力大大增强。与此同时,国产伺服行业的产业链也得到进一步优化。





 
4 、伺服业务模式
伺服的分销渠道发展至今大概有15年的时间,分销模式基本度过起步阶段,目前进入成熟期,而各种问题也随着伺服市场的发展而出现。
分销商的内部竞争问题
分销商的能力跟不上伺服业务发展
目前在分销商层面渐渐出现一些公司间相互并购和整合的趋势,通过这种兼并和业务整合,分销商的发展将进入到一个崭新的阶段,即少数几个大的分销商将通过业务联合越做越大,而一些业务规模较小,资金实力较弱的分销商将逐渐退出市场。





更多内容请关注智造家www.imefuture.com
《2016年油漆行业市场发展5大特点》
《2016中国水处理行业市场研究报告》
《2016中国机床行业市场研究报告》
《2016年Q1重点领域业务行情分析》 查看全部
2016年工控伺服市场分析报告

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1、伺服市场增长及预测
第一阶段(2011年前)
从2005年以来进入高速发展时期,每年增长率超过25%。在2009年由于整体经济环境不景气增速下滑,但2010年迅速回弹,增长速度超过30%,在2011年相对去年来说增速有所回落。
第二阶段(2012-2014)
进入12年和13年,我国GDP增长继续放缓,中国经济处于增速换挡、转型升级的关键期,并且国际市场萧条出口业务遭重创,在种种矛盾叠加之下,伺服市场持续下滑
第三阶段(2015-2016)
2015至2016年,伺服产品业绩下滑严重,特别是2015年伺服主要应用行业机床、轮胎机械、制药机械等行业遭受大幅度下滑,导致伺服业绩受创严重。

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2、伺服2015年市场份额
 
2015年伺服市场细分-分竞争对手
目前,国外品牌占据了中国交流伺服市场近80%的市场份额,他们来自日本和欧美。其中,日系产品则以拥有约55%的市场份额而雄踞首位,其著名品牌包括松下、三菱电机、安川、三洋、富士等,其产品特点是技术和性能水准比较符合中国用户的需求,在中小型OEM市场上尤其具有垄断优势。
除日本、欧美伺服品牌外,以东元(TECO)和台达(Delta)为代表的台系伺服其技术水平和价格水平居于进口中端产品和国产品牌之间,市场占有率从几年前的微不足道提高到超10%。
3 、伺服2015年市场细分
 
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2015年伺服市场细分-by行业

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伺服90%产品用于OEM市场,集中度较高,其中TOP5行业就占到了整体的50%以上。
需要注意的是电子设备制造行业(包括传统电子设备、半导体、液晶、LED)及机器人行业受政策利好及市场需求量快速增加等因素影响,行业自身及对伺服需求量快速增长(20%以上),2015年行业排名在第一第二。
其中机床工具(包括雕刻机)纺织机械等传统行业受到市场经济大环境的影响,下滑严重,市场份额从原排名第一第二下降至第三第四。
大型伺服的市场主要供应商是西门子、博世力士乐。西门子在高端伺服市场具有传统优势,凭借其数控系统在机床行业的广泛应用,带动其伺服系统有较高增长率。
在中型伺服市场安川以其产品出色的性能和准确的市场定位,占有领先地位。
小型伺服主要用于中低端OEM用户,目前在市场上占有领先地位的厂商是松下、三菱和台达。
近年来,由于伺服技术的优势明显,国内不少变频器领先企业,如汇川技术、英威腾等纷纷转战伺服市场,使得本土伺服企业的竞争力大大增强。与此同时,国产伺服行业的产业链也得到进一步优化。

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4 、伺服业务模式
伺服的分销渠道发展至今大概有15年的时间,分销模式基本度过起步阶段,目前进入成熟期,而各种问题也随着伺服市场的发展而出现。
分销商的内部竞争问题
分销商的能力跟不上伺服业务发展
目前在分销商层面渐渐出现一些公司间相互并购和整合的趋势,通过这种兼并和业务整合,分销商的发展将进入到一个崭新的阶段,即少数几个大的分销商将通过业务联合越做越大,而一些业务规模较小,资金实力较弱的分销商将逐渐退出市场。

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《2016中国水处理行业市场研究报告》
《2016中国机床行业市场研究报告》
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(干货)伺服电机远程控制,问题再多也有套路!

电气控制类 嗡班匝萨埵吽 2016-10-19 09:50 发表了文章 来自相关话题

本文针对伺服电机远程控制接线复杂性、单一性、不稳定性等问题,提出采用开放式通信协议DS301、驱动子协议DSP402实现伺服电机控制的新方法。






前  言
CANopen是一种架构在控制局域网路(CAN)上的高层通讯协定,包括通讯子协定及设备子协定常在嵌入式系统中使用,也是工业控制常用到的一种现场总线。CANopen实现了OSI模型中的网络层以上(包括网络层)的协定。CANopen标准包括寻址方案、数个小的通讯子协定及由设备子协定所定义的应用层。CANopen支援网络管理、设备监控及节点间的通讯,其中包括一个简易的传输层,可处理资料的分段传送及其组合。一般而言数据链结层及物理层会用CAN来实作。除了CANopen外,也有其他的通讯协定(如EtherCAT)实作CANopen的设备子协定。

CANopen由非营利组织CiA进行标准的起草及审核工作,基本的CANopen设备及通讯子协定定义在CiA301中。针对个别设备的子协定以CiA301为基础再进行扩充。如针对I/O模组的CiA401及针对运动控制的CiA402。

针对伺服电机远程控制接线复杂、控制单一、可靠性不高等问题,提出利用CANopen通信协议、驱动子协议实现伺服电机控制的新方法。分析CANopen协议的对象字典和报文格式,详细介绍了CANopen伺服控制状态机各步骤的转换以及实现CANopen协议下PP、PV、HM3钟伺服控制模式的报文设置。利用CAN卡和伺服驱动设备以及伺服驱动设备以及PC机构建了实验平台,在上位机界面通过报文设置成功实现了基于CANopen协议的伺服电机的PP、PV、HM的三种模式的控制。实脸结果表明利用协议的报文设置控制电机简单易操作,通讯数据快速、可靠,用户通过上位机可以很好的实现对伺服电机的监控。

►系统架构搭建

整个控制系统由PC机、CANopen上位机、USBCAN适配器、伺服驱动设备构成。CANopen通讯部分由DS301协议实现,伺服控制部分由DSP402协议实现伺服驱动设备作为的从节点,具有CANopen通讯功能,负责电机的电流、转速、位置等控制对象,它通过通信接口与总线相连,将信息传送给计算机的上位机界面;上位机界面则根据从站的反馈信息通过USBCAN适配器对伺服驱动设备实现控制。如图1所示为开放式通讯协议的伺服控制系统总体架构图。





图1 开放式通讯协议伺服控制系统总体架构图

►开放式通讯协议伺服控制原理

1 、CANopen通讯设备模型

CANopen的设备模型分为以下3个部分:通信单元、对象字典、应用过程。用户可以通过该模型对功能完全不同的设备进行描述。

CANopen的核心概念是对象字典,对象字典包含描述这个设备和它的网络行为的所有参数,应用单元和通信单元都可以问这个参数列表。对象字典中的参数通过一个16位索引和位子索引进行识别和定位。

通信部分由CAN收发器、CAN控制器和CANopen协议栈组成协议栈中定义了实现通讯的通讯对象:NMT(网络管理报文)、PDO(过程数据)SDO(服务数据对象)预定义报文或者特殊能对象(含同步报文、紧急报文、时间标记对象等)通信的所有内容和功能由这些通信对象描述,所有设备之间通信也通过这些通信对象完成。其中NMT用于主站对从站进行状态管理以及从站应答自身所处的通信状态,SDO用于主站对从站的对象字典进行配置和监控。PDO用来传输高速、小型数据。而特殊功能对象则用于同步网络中的通信对象(通常为PDO)的方法。应用部分是对设备的基本功能的定义和描述,它是连接设备与主站上位机的纽带,其核心功能是通过访问设备的对象字典对设备进行参数配置、状态控制和监控,并高速传输设备的过程数据信息。

2、 伺服控制模式

CANopen驱动及运动控制设备子协议DSP402对特性的描述要求非常准确,它不仅定义了驱动器的运行模式,还定义了用于控制驱动器的状态机。驱动器状态机通过对象字典中的控制字6040来控制,并通过状态字6041来读取驱动器的状态。控制状态机如图2所示。






图2 控制状态机图

状态机可以分成以下3个部分:PowerDisabled(主电关闭)、PowerEbabled(主电打开)和Fault。所有状态在发生报警后均进入“Fault”在上电后,驱动器完成初始化,然后再进入SWUTCH_ON_DISABLED状态,在该状态,可以进行CAN通讯,可以对驱动器进行配置。此主电仍然关闭,电机没有被励磁。经过StateTransition(状态传输)2,3,4后,进入OPERATIONENABle此时,主电已开启,驱动器根据配置的工作模式控制电机。StateTransition(状态传输)9完成关闭电路主电。一旦驱动器发生报警,驱动器的状态都进入FAULT。

PP模式(简表位置模式)是典型的定位模式,可通过单步设定与连续设定两种方式控制电机运行到目标位置。PV模式(简表速度模式)是速度控制模式,HM(回零模式)提供多种达到起始位置的方法。

►系统软硬件设计
1、系统硬件设计
本文设计采用USBCAN和伺服驱动设备和PC机来搭建硬件平台。伺服驱动控制芯片采用的是DSP的芯片。
系统硬件搭建按以下步骤进行。首先在TI的开发环境中配置好的相关参数,并建立DS301工程项目,完成CANopen协议通信程序的调试运行。项目调试成功之后下载到驱动器中,在上位机界面中设置报文,测试SDO、PDO、NMT等通讯对象。测试结果正确则系统硬件搭建完成。
2、系统软件设计

整个伺服控制的软件设计在CCS中建立,主要包括永磁同步电机的闭环控制程序和CANopen协议找的实现两大部分。如图3所示为软件设计流程图。





图3 软件设计流程图

初始化部分程序主要完成DSP系统的初始化以及CANopen通讯的初始化。

初始化主要完成的工作如下:

初始化相关变量,使能全局中断,进人伺服电机编码器霍尔传感器反馈UVW三路信号来判断电机初始电角度位置。

初始化通讯的主要完成的工作如下:
设置从站节点地址和CAN通信波特率,初始化各通对象,完成各路的预定义映射,最后进入通信处理程序。

3、伺服控制报文设置
CANopen报文结构由11位的COB-ID以及最多8字节的数据域构成。在上位机界面中通过NMT报文设置控制从站进入预作状态或者运行状态,再通过SDO报文设置伺服控制的各个参数(速度、位置等)以及状态机的各个状态可以使电机按照不同控制模式运转起来,最后通过将电机的当前参数映射到PDO中,读取PDO报文的值得到电机当前值,将其与设置值对比得到控制结果的正确性。控制报文全部由SDO实现。

以下为PP模式控制、PV模式控制和HM模式控制报文列表:

1.PP模式控制报文列表




2.PV模式控制报文列表




3.HM模式报文列表




以上三种控制模式报文操作都是首先设置伺服控制模式,然后根据当前模式依次输入相关的目标控制值(如位置、速度、回零方式等),最后按照状态机步骤使用6040h控制电机启动与停止。

►仿真实验

本系统的上位机界面由USBCAN的上位机界面及电机的监控界面两部分构成,其中USBCAN的上位机界面作为CANopen报文数据监控界面,电机的监控界面用VB2008开发。在上位机界面中通信波特率选用1Mbps伺服电机Node-ID设置为1,心跳周期为1s,TPDO发送周期为100ms,同时设置好电机电流环、位置环、速度环的参数,将设置的报文依次输入上位机界面的SDO控制,电机启动并运行到报文中的设定值,电机手动遥控器显示值与设定值一致,同时上位机界面中报文显示值也与设定值一致,成功实现了伺服控制的控制。

1、PP模式

电机监控界面中位置控制曲线如下图4所示:





图4 电机位置控制曲线

在上位机界面中设置好报文值,电机启动。电机先加速运行,达到设定的目标速度值后开始匀速运行,直至达到设定的目标位置值就不再变化。上位机过程数据与电机监控曲线变化一致。如果需要改变电机的位置值,在上位机界面中依次输人新的控制报文,电机会根据设定值正转或者反转,继续运行到新的位置。

2、PV模式

电机首先加速到设定的目标速度值,然后按照设疋值勾速运打。如果需要改变运行的速度,同样可在上位机界面中输人新的速度值,加速时的变化如上所述。减速控制时,电机减速直至速度为则停止。如图5所示为上位机数据变化与电机监控曲线变化一致速度控制曲线。





图5 电机速度控制曲线图

3、HM模式

电机先加速到设定速度,然后寻找原点位置,找到原点后,电机回零,减速直至这时分别在上位机界面以及电机的手动遥控器伺服电机中査看电机的当前位置值,都可以看到电机的当前设为说明电机回零操作完成。如图6所示为位置控制曲线图。





图6 位置控制曲线图

结  论
在实际应用应用过程中,本文所设计的系统运行可靠,数据准确易分析,机先加速运行,达到设定的目标速度值后开始匀速实时性好,协议栈程序易植入。该方法可以扩展适用于多电机控制系统,而且的CANopen通信协议栈适用于所有设备,在工程应用应用领域非常广泛。
 
 
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本文针对伺服电机远程控制接线复杂性、单一性、不稳定性等问题,提出采用开放式通信协议DS301、驱动子协议DSP402实现伺服电机控制的新方法。

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前  言
CANopen是一种架构在控制局域网路(CAN)上的高层通讯协定,包括通讯子协定及设备子协定常在嵌入式系统中使用,也是工业控制常用到的一种现场总线。CANopen实现了OSI模型中的网络层以上(包括网络层)的协定。CANopen标准包括寻址方案、数个小的通讯子协定及由设备子协定所定义的应用层。CANopen支援网络管理、设备监控及节点间的通讯,其中包括一个简易的传输层,可处理资料的分段传送及其组合。一般而言数据链结层及物理层会用CAN来实作。除了CANopen外,也有其他的通讯协定(如EtherCAT)实作CANopen的设备子协定。

CANopen由非营利组织CiA进行标准的起草及审核工作,基本的CANopen设备及通讯子协定定义在CiA301中。针对个别设备的子协定以CiA301为基础再进行扩充。如针对I/O模组的CiA401及针对运动控制的CiA402。

针对伺服电机远程控制接线复杂、控制单一、可靠性不高等问题,提出利用CANopen通信协议、驱动子协议实现伺服电机控制的新方法。分析CANopen协议的对象字典和报文格式,详细介绍了CANopen伺服控制状态机各步骤的转换以及实现CANopen协议下PP、PV、HM3钟伺服控制模式的报文设置。利用CAN卡和伺服驱动设备以及伺服驱动设备以及PC机构建了实验平台,在上位机界面通过报文设置成功实现了基于CANopen协议的伺服电机的PP、PV、HM的三种模式的控制。实脸结果表明利用协议的报文设置控制电机简单易操作,通讯数据快速、可靠,用户通过上位机可以很好的实现对伺服电机的监控。

►系统架构搭建

整个控制系统由PC机、CANopen上位机、USBCAN适配器、伺服驱动设备构成。CANopen通讯部分由DS301协议实现,伺服控制部分由DSP402协议实现伺服驱动设备作为的从节点,具有CANopen通讯功能,负责电机的电流、转速、位置等控制对象,它通过通信接口与总线相连,将信息传送给计算机的上位机界面;上位机界面则根据从站的反馈信息通过USBCAN适配器对伺服驱动设备实现控制。如图1所示为开放式通讯协议的伺服控制系统总体架构图。

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图1 开放式通讯协议伺服控制系统总体架构图

►开放式通讯协议伺服控制原理

1 、CANopen通讯设备模型

CANopen的设备模型分为以下3个部分:通信单元、对象字典、应用过程。用户可以通过该模型对功能完全不同的设备进行描述。

CANopen的核心概念是对象字典,对象字典包含描述这个设备和它的网络行为的所有参数,应用单元和通信单元都可以问这个参数列表。对象字典中的参数通过一个16位索引和位子索引进行识别和定位。

通信部分由CAN收发器、CAN控制器和CANopen协议栈组成协议栈中定义了实现通讯的通讯对象:NMT(网络管理报文)、PDO(过程数据)SDO(服务数据对象)预定义报文或者特殊能对象(含同步报文、紧急报文、时间标记对象等)通信的所有内容和功能由这些通信对象描述,所有设备之间通信也通过这些通信对象完成。其中NMT用于主站对从站进行状态管理以及从站应答自身所处的通信状态,SDO用于主站对从站的对象字典进行配置和监控。PDO用来传输高速、小型数据。而特殊功能对象则用于同步网络中的通信对象(通常为PDO)的方法。应用部分是对设备的基本功能的定义和描述,它是连接设备与主站上位机的纽带,其核心功能是通过访问设备的对象字典对设备进行参数配置、状态控制和监控,并高速传输设备的过程数据信息。

2、 伺服控制模式

CANopen驱动及运动控制设备子协议DSP402对特性的描述要求非常准确,它不仅定义了驱动器的运行模式,还定义了用于控制驱动器的状态机。驱动器状态机通过对象字典中的控制字6040来控制,并通过状态字6041来读取驱动器的状态。控制状态机如图2所示。

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图2 控制状态机图

状态机可以分成以下3个部分:PowerDisabled(主电关闭)、PowerEbabled(主电打开)和Fault。所有状态在发生报警后均进入“Fault”在上电后,驱动器完成初始化,然后再进入SWUTCH_ON_DISABLED状态,在该状态,可以进行CAN通讯,可以对驱动器进行配置。此主电仍然关闭,电机没有被励磁。经过StateTransition(状态传输)2,3,4后,进入OPERATIONENABle此时,主电已开启,驱动器根据配置的工作模式控制电机。StateTransition(状态传输)9完成关闭电路主电。一旦驱动器发生报警,驱动器的状态都进入FAULT。

PP模式(简表位置模式)是典型的定位模式,可通过单步设定与连续设定两种方式控制电机运行到目标位置。PV模式(简表速度模式)是速度控制模式,HM(回零模式)提供多种达到起始位置的方法。

►系统软硬件设计
1、系统硬件设计
本文设计采用USBCAN和伺服驱动设备和PC机来搭建硬件平台。伺服驱动控制芯片采用的是DSP的芯片。
系统硬件搭建按以下步骤进行。首先在TI的开发环境中配置好的相关参数,并建立DS301工程项目,完成CANopen协议通信程序的调试运行。项目调试成功之后下载到驱动器中,在上位机界面中设置报文,测试SDO、PDO、NMT等通讯对象。测试结果正确则系统硬件搭建完成。
2、系统软件设计

整个伺服控制的软件设计在CCS中建立,主要包括永磁同步电机的闭环控制程序和CANopen协议找的实现两大部分。如图3所示为软件设计流程图。

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图3 软件设计流程图

初始化部分程序主要完成DSP系统的初始化以及CANopen通讯的初始化。

初始化主要完成的工作如下:

初始化相关变量,使能全局中断,进人伺服电机编码器霍尔传感器反馈UVW三路信号来判断电机初始电角度位置。

初始化通讯的主要完成的工作如下:
设置从站节点地址和CAN通信波特率,初始化各通对象,完成各路的预定义映射,最后进入通信处理程序。

3、伺服控制报文设置
CANopen报文结构由11位的COB-ID以及最多8字节的数据域构成。在上位机界面中通过NMT报文设置控制从站进入预作状态或者运行状态,再通过SDO报文设置伺服控制的各个参数(速度、位置等)以及状态机的各个状态可以使电机按照不同控制模式运转起来,最后通过将电机的当前参数映射到PDO中,读取PDO报文的值得到电机当前值,将其与设置值对比得到控制结果的正确性。控制报文全部由SDO实现。

以下为PP模式控制、PV模式控制和HM模式控制报文列表:

1.PP模式控制报文列表
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2.PV模式控制报文列表
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3.HM模式报文列表
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以上三种控制模式报文操作都是首先设置伺服控制模式,然后根据当前模式依次输入相关的目标控制值(如位置、速度、回零方式等),最后按照状态机步骤使用6040h控制电机启动与停止。

►仿真实验

本系统的上位机界面由USBCAN的上位机界面及电机的监控界面两部分构成,其中USBCAN的上位机界面作为CANopen报文数据监控界面,电机的监控界面用VB2008开发。在上位机界面中通信波特率选用1Mbps伺服电机Node-ID设置为1,心跳周期为1s,TPDO发送周期为100ms,同时设置好电机电流环、位置环、速度环的参数,将设置的报文依次输入上位机界面的SDO控制,电机启动并运行到报文中的设定值,电机手动遥控器显示值与设定值一致,同时上位机界面中报文显示值也与设定值一致,成功实现了伺服控制的控制。

1、PP模式

电机监控界面中位置控制曲线如下图4所示:

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图4 电机位置控制曲线

在上位机界面中设置好报文值,电机启动。电机先加速运行,达到设定的目标速度值后开始匀速运行,直至达到设定的目标位置值就不再变化。上位机过程数据与电机监控曲线变化一致。如果需要改变电机的位置值,在上位机界面中依次输人新的控制报文,电机会根据设定值正转或者反转,继续运行到新的位置。

2、PV模式

电机首先加速到设定的目标速度值,然后按照设疋值勾速运打。如果需要改变运行的速度,同样可在上位机界面中输人新的速度值,加速时的变化如上所述。减速控制时,电机减速直至速度为则停止。如图5所示为上位机数据变化与电机监控曲线变化一致速度控制曲线。

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图5 电机速度控制曲线图

3、HM模式

电机先加速到设定速度,然后寻找原点位置,找到原点后,电机回零,减速直至这时分别在上位机界面以及电机的手动遥控器伺服电机中査看电机的当前位置值,都可以看到电机的当前设为说明电机回零操作完成。如图6所示为位置控制曲线图。

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图6 位置控制曲线图

结  论
在实际应用应用过程中,本文所设计的系统运行可靠,数据准确易分析,机先加速运行,达到设定的目标速度值后开始匀速实时性好,协议栈程序易植入。该方法可以扩展适用于多电机控制系统,而且的CANopen通信协议栈适用于所有设备,在工程应用应用领域非常广泛。
 
 
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干货:关于焊接机器人的应用分析及编程技巧

机械自动化类 朱迪 2016-10-14 16:04 发表了文章 来自相关话题

       自从20世纪60年代初,人类创造了第一台工业机器人以后,工业机器人就显示出它极大的生命力,在短短40多年的时间中,工业机器人技术得到了迅速的发展,工业机器人已在工业发达国家的生产中得到了广泛的应用。






       目前,工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中,焊接机器人、装配机器人、喷涂机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。以下重点介绍焊接机器人。






焊接机器人

       焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人,它主要包括机器人和焊接设备两部分。其中,机器人由机器人本体和控制柜(硬件及软件)组成;而焊接装备,以弧焊及点焊为例,则由焊接电源(包括其控制系统)、送丝机(弧焊)、焊枪(钳)等部分组成。对于智能机器人,还应配有传感系统,如激光或摄像传感器及其控制装置等。

1、点焊机器人的特点

       由于采用了一体化焊钳,焊接变压器装在焊钳后面,所以点焊机器人的变压器必须尽量小型化。对于容量较小的变压器可以用50Hz工频交流,而对于容量较大的变压器,工业上已经开始采用逆变技术把50Hz工频交流变为600~700Hz交流,使变压器的体积减少、减轻。变压后可以直接用600~700Hz交流电焊接,也可以再进行二次整流,用直流电焊接,焊接参数由定时器调节。目前,新型定时器已经微机化,因此机器人控制柜可以直接控制定时器,无需另配接口。点焊机器人的焊钳,用电伺服点焊钳,焊钳的张开和闭合由伺服电机驱动,码盘反馈,使焊钳的张开度可以根据实际需要任意选定并预置,而且电极间的压紧力也可以无级调节。

电伺服点焊钳具有如下优点:

       (1)每个焊点的焊接周期可大幅度降低,因为焊钳的张开程度是由机器人精确控制的,机器人在点与点之间的移动过程,焊钳就可以开始闭合;而焊完一点后,焊钳一边张开,机器人就可以一边位移,不必等机器人到位后,焊钳才闭合或焊钳完全张开后机器人再移动。

       (2)焊钳张开度可以根据工件的情况任意调整,只要不发生碰撞或干涉,可尽可能减少张开度,以节省焊钳开度,节省焊钳开合所占的时间。

       (3)焊钳闭合加压时,不仅压力大小可以调节,而且在闭合时两电极是轻轻闭合,可减少撞击变形和噪声。

2、弧焊机器人的特点

       弧焊机器人多采用气体保护焊方法(MAG、MIG、TIG),通常的晶闸管式、逆变式、波形控制式、脉冲或非脉冲式等的焊接电源都可以装到机器人上作电弧焊。由于机器人控制柜采用数字控制,而焊接电源多为模拟控制,所以需要在焊接电源与控制柜之间加一个接口。

       近年来,国外机器人生产厂都有自己特定的配套焊接设备,在这些焊接设备内已经插入相应的接口板,所以弧焊机器人系统中并没有附加接口箱。应该指出的是,在弧焊机器人工作周期中,电弧时间所占的比例较大,因此在选择焊接电源时,一般应按持续率100%来确定电源的容量。送丝机构可以装在机器人的上臂上,也可以放在机器人之外,前者焊枪到送丝机之间的软管较短,有利于保持送丝的稳定性,而后者软管校长,当机器人把焊枪送到某些位置,使软管处于多弯曲状态,会严重影响送丝的质量,所以送丝机的安装方式一定要考虑保证送丝稳定性的问题。

3、存在的问题和解决措施

       (1)出现焊偏问题:可能为焊接的位置不正确或焊枪寻找时出现问题。这时,要考虑TCP(焊枪中心点位置)是否准确,并加以调整。如果频繁出现这种情况就要检查一下机器人各轴的零位置,重新校零予以修正。

       (2)出现咬边问题:可能为焊接参数选择不当、焊枪角度或焊枪位置不对,可适当调整。

       (3)出现气孔问题:可能为气体保护差、工件的底漆太厚或者保护气不够干燥,进行相应的调整就可以处理。

       (4)飞溅过多问题:可能为焊接参数选择不当、气体组分原因或焊丝外伸长度太长,可适当调整机器功率的大小来改变焊接参数,调节气体配比仪来调整混合气体比例,调整焊枪与工件的相对位置。

       (5)焊缝结尾处冷却后形成一弧坑问题:可编程时在工作步中添加埋弧坑功能,可以将其填满。

4、机器人系统常见的故障


       (1)发生撞枪:可能是由于工件组装发生偏差或焊枪的TCP不准确,可检查装配情况或修正焊枪TCP。

       (2)出现电弧故障,不能引弧:可能是由于焊丝没有接触到工件或工艺参数太小,可手动送丝,调整焊枪与焊缝的距离,或者适当调节工艺参数。

       (3)保护气监控报警:冷却水或保护气供给存有故障,检查冷却水或保护气管路。

5、 焊接机器人的编程技巧
 
     (1)选择合理的焊接顺序,以减小焊接变形、焊枪行走路径长度来制定焊接顺序。

       (2)焊枪空间过渡要求移动轨迹较短、平滑、安全。

       (3)优化焊接参数,为了获得最佳的焊接参数,制作工作试件进行焊接试验和工艺评定。

       (4)采用合理的变位机位置、焊枪姿态、焊枪相对接头的位置。工件在变位机上固定之后,若焊缝不是理想的位置与角度,就要求编程时不断调整变位机,使得焊接的焊缝按照焊接顺序逐次达到水平位置。同时,要不断调整机器人各轴位置,合理地确定焊枪相对接头的位置、角度与焊丝伸出长度。工件的位置确定之后,焊枪相对接头的位置必须通过编程者的双眼观察,难度较大。这就要求编程者善于总结积累经验。

       (5)及时插入清枪程序,编写一定长度的焊接程序后,应及时插入清枪程序,可以防止焊接飞溅堵塞焊接喷嘴和导电嘴,保证焊枪的清洁,提高喷嘴的寿命,确保可靠引弧、减少焊接飞溅。

       (6)编制程序一般不能一步到位,要在机器人焊接过程中不断检验和修改程序,调整焊接参数及焊枪姿态等,才会形成一个好程序。

       随着先进制造技术的发展,实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已成为必然趋势。目前,采用机器人焊接已成为焊接自动化技术现代化的主要标志。焊接机器人由于具有通用性强、工作可靠的优点,受到了人们越来越多的重视。
 
 
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       自从20世纪60年代初,人类创造了第一台工业机器人以后,工业机器人就显示出它极大的生命力,在短短40多年的时间中,工业机器人技术得到了迅速的发展,工业机器人已在工业发达国家的生产中得到了广泛的应用。

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       目前,工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中,焊接机器人、装配机器人、喷涂机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。以下重点介绍焊接机器人。

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焊接机器人

       焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人,它主要包括机器人和焊接设备两部分。其中,机器人由机器人本体和控制柜(硬件及软件)组成;而焊接装备,以弧焊及点焊为例,则由焊接电源(包括其控制系统)、送丝机(弧焊)、焊枪(钳)等部分组成。对于智能机器人,还应配有传感系统,如激光或摄像传感器及其控制装置等。

1、点焊机器人的特点

       由于采用了一体化焊钳,焊接变压器装在焊钳后面,所以点焊机器人的变压器必须尽量小型化。对于容量较小的变压器可以用50Hz工频交流,而对于容量较大的变压器,工业上已经开始采用逆变技术把50Hz工频交流变为600~700Hz交流,使变压器的体积减少、减轻。变压后可以直接用600~700Hz交流电焊接,也可以再进行二次整流,用直流电焊接,焊接参数由定时器调节。目前,新型定时器已经微机化,因此机器人控制柜可以直接控制定时器,无需另配接口。点焊机器人的焊钳,用电伺服点焊钳,焊钳的张开和闭合由伺服电机驱动,码盘反馈,使焊钳的张开度可以根据实际需要任意选定并预置,而且电极间的压紧力也可以无级调节。

电伺服点焊钳具有如下优点:

       (1)每个焊点的焊接周期可大幅度降低,因为焊钳的张开程度是由机器人精确控制的,机器人在点与点之间的移动过程,焊钳就可以开始闭合;而焊完一点后,焊钳一边张开,机器人就可以一边位移,不必等机器人到位后,焊钳才闭合或焊钳完全张开后机器人再移动。

       (2)焊钳张开度可以根据工件的情况任意调整,只要不发生碰撞或干涉,可尽可能减少张开度,以节省焊钳开度,节省焊钳开合所占的时间。

       (3)焊钳闭合加压时,不仅压力大小可以调节,而且在闭合时两电极是轻轻闭合,可减少撞击变形和噪声。

2、弧焊机器人的特点

       弧焊机器人多采用气体保护焊方法(MAG、MIG、TIG),通常的晶闸管式、逆变式、波形控制式、脉冲或非脉冲式等的焊接电源都可以装到机器人上作电弧焊。由于机器人控制柜采用数字控制,而焊接电源多为模拟控制,所以需要在焊接电源与控制柜之间加一个接口。

       近年来,国外机器人生产厂都有自己特定的配套焊接设备,在这些焊接设备内已经插入相应的接口板,所以弧焊机器人系统中并没有附加接口箱。应该指出的是,在弧焊机器人工作周期中,电弧时间所占的比例较大,因此在选择焊接电源时,一般应按持续率100%来确定电源的容量。送丝机构可以装在机器人的上臂上,也可以放在机器人之外,前者焊枪到送丝机之间的软管较短,有利于保持送丝的稳定性,而后者软管校长,当机器人把焊枪送到某些位置,使软管处于多弯曲状态,会严重影响送丝的质量,所以送丝机的安装方式一定要考虑保证送丝稳定性的问题。

3、存在的问题和解决措施

       (1)出现焊偏问题:可能为焊接的位置不正确或焊枪寻找时出现问题。这时,要考虑TCP(焊枪中心点位置)是否准确,并加以调整。如果频繁出现这种情况就要检查一下机器人各轴的零位置,重新校零予以修正。

       (2)出现咬边问题:可能为焊接参数选择不当、焊枪角度或焊枪位置不对,可适当调整。

       (3)出现气孔问题:可能为气体保护差、工件的底漆太厚或者保护气不够干燥,进行相应的调整就可以处理。

       (4)飞溅过多问题:可能为焊接参数选择不当、气体组分原因或焊丝外伸长度太长,可适当调整机器功率的大小来改变焊接参数,调节气体配比仪来调整混合气体比例,调整焊枪与工件的相对位置。

       (5)焊缝结尾处冷却后形成一弧坑问题:可编程时在工作步中添加埋弧坑功能,可以将其填满。

4、机器人系统常见的故障


       (1)发生撞枪:可能是由于工件组装发生偏差或焊枪的TCP不准确,可检查装配情况或修正焊枪TCP。

       (2)出现电弧故障,不能引弧:可能是由于焊丝没有接触到工件或工艺参数太小,可手动送丝,调整焊枪与焊缝的距离,或者适当调节工艺参数。

       (3)保护气监控报警:冷却水或保护气供给存有故障,检查冷却水或保护气管路。

5、 焊接机器人的编程技巧
 
     (1)选择合理的焊接顺序,以减小焊接变形、焊枪行走路径长度来制定焊接顺序。

       (2)焊枪空间过渡要求移动轨迹较短、平滑、安全。

       (3)优化焊接参数,为了获得最佳的焊接参数,制作工作试件进行焊接试验和工艺评定。

       (4)采用合理的变位机位置、焊枪姿态、焊枪相对接头的位置。工件在变位机上固定之后,若焊缝不是理想的位置与角度,就要求编程时不断调整变位机,使得焊接的焊缝按照焊接顺序逐次达到水平位置。同时,要不断调整机器人各轴位置,合理地确定焊枪相对接头的位置、角度与焊丝伸出长度。工件的位置确定之后,焊枪相对接头的位置必须通过编程者的双眼观察,难度较大。这就要求编程者善于总结积累经验。

       (5)及时插入清枪程序,编写一定长度的焊接程序后,应及时插入清枪程序,可以防止焊接飞溅堵塞焊接喷嘴和导电嘴,保证焊枪的清洁,提高喷嘴的寿命,确保可靠引弧、减少焊接飞溅。

       (6)编制程序一般不能一步到位,要在机器人焊接过程中不断检验和修改程序,调整焊接参数及焊枪姿态等,才会形成一个好程序。

       随着先进制造技术的发展,实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已成为必然趋势。目前,采用机器人焊接已成为焊接自动化技术现代化的主要标志。焊接机器人由于具有通用性强、工作可靠的优点,受到了人们越来越多的重视。
 
 
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手把手实现伺服控制

电气控制类 妙莲华 2016-09-27 13:22 发表了文章 来自相关话题

手把手实现伺服控制
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伺服控制中的一些问题

电气控制类 妙莲华 2016-09-27 13:22 发表了文章 来自相关话题

伺服控制中的一些问题
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如何理解惯量比的问题

电气控制类 妙莲华 2016-09-27 13:22 发表了文章 来自相关话题

经常玩运控的朋友一定都听到过“惯量比”这个词儿,“老法师”们通常对惯量匹配都有着各自独到的见解,比如在某些运控应用中惯量比要小于某个数值,10、5、3或者更小,也有的说要控制精度高,就得降低惯量比......等等。





不仅如此,在某些厂家的产品手册中,对其电机产品的选型还有关于惯量比的“推荐值”。比如下面摘录的某电机的选型样本,注意红色方框部分。












那么,为什么会有惯量比的问题?它对与运控系统会带来什么样的影响呢?这就要从前文书提到的关于“传动刚性”的问题谈起。




前文书说了,当运控传动链刚性不佳时,在驱动侧(也就是电机侧)与被驱动侧(负载侧)之间会产生“间隙”或/和“弹性”效应,电机输出的驱动力传输到负载有迟滞,并且在两侧之间会有相对位移。




在系统进行动态调整的过程中,电机需要输出扭矩驱动负载的加减速运动,但由于电机侧与负载侧所受到的作用力的不同步,造成相互之间有速度差,同时由于双方之间有相对位移空间,于是驱动侧与被驱动侧会产生“弹性碰撞”。




而受到这样的“弹性碰撞”的影响,驱动与负载两侧会受到大小相同而方向相反的“碰撞力”的影响并改变运动速度,同时改变双方相对运动的方向,然后在间隙空间的另一侧再次“碰撞”。周而复始,电机侧与负载侧在动态加减速运行时,不断进行着“弹性碰撞”。




这些“碰撞”会给电机的运行速度和位置带来“偏差扰动”,同时这些偏差会通过电机编码器实时反馈给运控系统,系统会“本能”地对这些由于碰撞产生的“偏差扰动”进行实时调整。之所以说时“扰动”,是因为这些偏差本身并不是真实的负载位置和速度误差,而是由于上述频繁的“碰撞”改变了电机的运行状态而产生的“额外”的误差。




说到这,貌似和本文题目“惯量比”还没啥关系嘛!甭着急,接下来就要放大招了。




我是“大招”分割线...




前面说的“弹性碰撞”这个词,是不是好熟悉的样子?对哦,在中学物理有教过弹性碰撞的几个定律的,什么动量守恒定律、能量守恒定律啥的......




不过呢,那些定量的运算和分析,咱在这就不用费那个劲烧脑了,直接说最关键的定性结论吧。在弹性碰撞过程中,如果物体质量(惯性)越大,其碰撞后的运动状态改变越小,反之质量越小,碰撞带来的运动状态改变越大。换言之,物体质量(惯性)越大,在碰撞中更容易保持接近原有运行状态。




对于运控应用而言,如果系统惯量比大,就意味着电机惯量较小,那么在非刚性的弹性传动系统的动态加减速运动过程中,由于间隙和弹性效应产生的电机侧与负载侧的“弹性碰撞”,会对惯量较小的电机的运行状态产生较大的“扰动”,这就直接增加了系统控制调整的难度,轻则影响控制精度,严重的可能造成电机的抖动甚至系统的振动和崩溃。在这种情况下,我们通常的做法,就是降低运控系统的频率响应值(增益),而此时的系统动态响应性能自然也就随之下降了。




反过来,较小的惯量比,意味着相对较高的电机惯量,在上述的“碰撞”过程中,其运动状态受到的“扰动”也就相应的小了,这样运控系统控制调整的难度就降低了,更容易让电机和系统达到比较稳定的运行状态,自然也就能够较好的确保其控制精度。




所以,惯量比的问题本质上是由于动力源与负载之间的非刚性传动连接而带来的,它其实是关于在运动过程中“以谁为主”的问题。




如果选择使用较大的惯量比,那么意味着电机驱动力将更多的作用在自身的运动上,而受到相对较小的负载扰动,而系统运动状态更多的以电机为主。从对系统把控力度方面看,这当然是我们更希望的。




这就好像在一辆大巴上,某一个乘客在车上的来回跑动,对于车辆的运行几乎不会产生什么影响,但如果是整车的乘客按照同样的步调来回移动,那么情况就完全不同了。








那么是不是说,在刚性传动系统中,就没有惯量比的问题了呢?




这个问题比较复杂,因为事实上并不存在绝对的刚性传动,只要驱动力和加速度足够大,任何传动连接都是“软”的。







不过,有一点是肯定的,如果系统传动刚性越大,就能够使用更大的惯量比匹配。比如我们后面会谈到“直接驱动电机”。
 
 
 
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经常玩运控的朋友一定都听到过“惯量比”这个词儿,“老法师”们通常对惯量匹配都有着各自独到的见解,比如在某些运控应用中惯量比要小于某个数值,10、5、3或者更小,也有的说要控制精度高,就得降低惯量比......等等。





不仅如此,在某些厂家的产品手册中,对其电机产品的选型还有关于惯量比的“推荐值”。比如下面摘录的某电机的选型样本,注意红色方框部分。

QQ截图20160927103734.png








那么,为什么会有惯量比的问题?它对与运控系统会带来什么样的影响呢?这就要从前文书提到的关于“传动刚性”的问题谈起。




前文书说了,当运控传动链刚性不佳时,在驱动侧(也就是电机侧)与被驱动侧(负载侧)之间会产生“间隙”或/和“弹性”效应,电机输出的驱动力传输到负载有迟滞,并且在两侧之间会有相对位移。




在系统进行动态调整的过程中,电机需要输出扭矩驱动负载的加减速运动,但由于电机侧与负载侧所受到的作用力的不同步,造成相互之间有速度差,同时由于双方之间有相对位移空间,于是驱动侧与被驱动侧会产生“弹性碰撞”。




而受到这样的“弹性碰撞”的影响,驱动与负载两侧会受到大小相同而方向相反的“碰撞力”的影响并改变运动速度,同时改变双方相对运动的方向,然后在间隙空间的另一侧再次“碰撞”。周而复始,电机侧与负载侧在动态加减速运行时,不断进行着“弹性碰撞”。




这些“碰撞”会给电机的运行速度和位置带来“偏差扰动”,同时这些偏差会通过电机编码器实时反馈给运控系统,系统会“本能”地对这些由于碰撞产生的“偏差扰动”进行实时调整。之所以说时“扰动”,是因为这些偏差本身并不是真实的负载位置和速度误差,而是由于上述频繁的“碰撞”改变了电机的运行状态而产生的“额外”的误差。




说到这,貌似和本文题目“惯量比”还没啥关系嘛!甭着急,接下来就要放大招了。




我是“大招”分割线...




前面说的“弹性碰撞”这个词,是不是好熟悉的样子?对哦,在中学物理有教过弹性碰撞的几个定律的,什么动量守恒定律、能量守恒定律啥的......




不过呢,那些定量的运算和分析,咱在这就不用费那个劲烧脑了,直接说最关键的定性结论吧。在弹性碰撞过程中,如果物体质量(惯性)越大,其碰撞后的运动状态改变越小,反之质量越小,碰撞带来的运动状态改变越大。换言之,物体质量(惯性)越大,在碰撞中更容易保持接近原有运行状态。




对于运控应用而言,如果系统惯量比大,就意味着电机惯量较小,那么在非刚性的弹性传动系统的动态加减速运动过程中,由于间隙和弹性效应产生的电机侧与负载侧的“弹性碰撞”,会对惯量较小的电机的运行状态产生较大的“扰动”,这就直接增加了系统控制调整的难度,轻则影响控制精度,严重的可能造成电机的抖动甚至系统的振动和崩溃。在这种情况下,我们通常的做法,就是降低运控系统的频率响应值(增益),而此时的系统动态响应性能自然也就随之下降了。




反过来,较小的惯量比,意味着相对较高的电机惯量,在上述的“碰撞”过程中,其运动状态受到的“扰动”也就相应的小了,这样运控系统控制调整的难度就降低了,更容易让电机和系统达到比较稳定的运行状态,自然也就能够较好的确保其控制精度。




所以,惯量比的问题本质上是由于动力源与负载之间的非刚性传动连接而带来的,它其实是关于在运动过程中“以谁为主”的问题。




如果选择使用较大的惯量比,那么意味着电机驱动力将更多的作用在自身的运动上,而受到相对较小的负载扰动,而系统运动状态更多的以电机为主。从对系统把控力度方面看,这当然是我们更希望的。




这就好像在一辆大巴上,某一个乘客在车上的来回跑动,对于车辆的运行几乎不会产生什么影响,但如果是整车的乘客按照同样的步调来回移动,那么情况就完全不同了。








那么是不是说,在刚性传动系统中,就没有惯量比的问题了呢?




这个问题比较复杂,因为事实上并不存在绝对的刚性传动,只要驱动力和加速度足够大,任何传动连接都是“软”的。


QQ截图20160927103747.png


不过,有一点是肯定的,如果系统传动刚性越大,就能够使用更大的惯量比匹配。比如我们后面会谈到“直接驱动电机”。
 
 
 
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台达最新的伺服系统A3画册!

电气控制类 不见不散 2016-09-23 13:25 发表了文章 来自相关话题

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电气控制类 不见不散 2016-08-13 14:54 发表了文章 来自相关话题

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飞思卡尔电机控制专刊-电机控制和电机驱动方案

电气控制类 不见不散 2016-08-07 11:03 发表了文章 来自相关话题

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