基于倫茨9400伺服機(jī)械手的控制及應(yīng)用

沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司 張威 李立秋

沈陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉麗

1 龍門式機(jī)械手的應(yīng)用與控制

1.1 機(jī)械手的應(yīng)用

本文闡述來(lái)源于實(shí)際項(xiàng)目使用，項(xiàng)目有5臺(tái)數(shù)控加工中心，配置2臺(tái)智能執(zhí)教坐標(biāo)機(jī)械手為加工中心自動(dòng)上下料，機(jī)械手控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)加工中心發(fā)出來(lái)的“上料”或者“下料”請(qǐng)求合理命令其中一臺(tái)機(jī)械手來(lái)響應(yīng)請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)高精度、高速、全程無(wú)人的上下料流程，機(jī)械手分為整體機(jī)械手結(jié)構(gòu)和配置，如圖1所示。

圖1 龍門式機(jī)械手外形結(jié)構(gòu)

1.2 機(jī)械手的控制及傳動(dòng)系統(tǒng)

本機(jī)械手控制系統(tǒng)中分為邏輯控制的PLC控制系統(tǒng)和伺服定位、速度控制的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)，機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)其間的邏輯控制是在PLC控制系統(tǒng)里面完成，機(jī)械手的運(yùn)行定位、運(yùn)行速度和運(yùn)行力矩等是在伺服驅(qū)動(dòng)器里面完成，PLC控制系統(tǒng)與伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)采用Profibus-DP的總線方式進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)高速、穩(wěn)定、可靠的總線信號(hào)傳輸。

（1）機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)

機(jī)械手控制系統(tǒng)采用德國(guó)西門子中高端可編程控制器，本控制器具有兩種通訊接口，Rj45和RS485，分別支持Ethernet和Profibus-DP通訊協(xié)議，本應(yīng)用中Rj45接口用于與上層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)交互，RS485用于與伺服驅(qū)動(dòng)器之間連接，進(jìn)行總線通信。

PLC邏輯控制程序通過(guò)西門子STEP7軟件進(jìn)行編程，同時(shí)利用軟件中功能塊編制功能，可針對(duì)倫茨9400伺服驅(qū)動(dòng)器編制特殊功能塊，在PLC程序中直接調(diào)用編制好的功能塊就可以輕松地與倫茨9400建立Profibus-DP連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的定位控制、速度控制、坐標(biāo)原點(diǎn)建立、力矩給定等控制功能。功能塊可以進(jìn)行加密處理，在不影響使用的前提下，可以有效保護(hù)技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同時(shí)可以在同樣控制架構(gòu)的系統(tǒng)中直接使用功能塊，有效降低技術(shù)門檻，縮減繁瑣的程序量，降低程序出錯(cuò)率。

自建主要功能塊如圖2～圖4所示。

圖2 控制系統(tǒng)位置設(shè)定功能塊

圖3 控制系統(tǒng)Homing點(diǎn)設(shè)定功能塊

圖4 控制系統(tǒng)實(shí)際位置標(biāo)定功能塊

（2）機(jī)械手傳動(dòng)系統(tǒng)

機(jī)械手傳動(dòng)系統(tǒng)采用德國(guó)倫茨9400系列高端伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)，本伺服控制器選配RS485控制接口，支持Profibus-dp通訊協(xié)議，作為控制網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)從站，受PLC主站統(tǒng)一控制；倫茨9400伺服控制器采用模塊化配置和控制理念，各種接口和控制功能可以選用現(xiàn)有功能模塊進(jìn)行擴(kuò)展。

9400伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)Engineer Highlevel軟件進(jìn)行配置和編程，機(jī)械手運(yùn)行的定位控制、速度控制、力矩控制、原點(diǎn)建立等運(yùn)行控制功能均通過(guò)此軟件進(jìn)行編程后下載到伺服驅(qū)動(dòng)器中，此軟件采用模塊化控制和編程思路，針對(duì)不同的項(xiàng)目應(yīng)用只需要設(shè)置不同的功能塊，最終在“FB_Edit”中編制控制程序。

模塊化控制及主要定位功能如圖5～圖8所示。

圖5 模塊化控制圖

圖6 傳動(dòng)系統(tǒng)定位功能塊

圖7 傳動(dòng)系統(tǒng)原點(diǎn)建立功能塊

圖8 傳動(dòng)系統(tǒng)手動(dòng)（示教）功能塊

1.3 控制程序塊

圖9 控制程序塊

2 結(jié)語(yǔ)

就目前機(jī)械裝配行業(yè)的迅猛發(fā)展，裝配精度要求越來(lái)越高，加之自動(dòng)化控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)的飛躍發(fā)展，高效、高精度的加工和裝配技術(shù)備受關(guān)注，數(shù)控加工目前已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)完善，可以實(shí)現(xiàn)多軸、多面一次性裝配加工完成，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工中心的自動(dòng)上下料，可以解放勞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的工作模式，大大節(jié)省勞動(dòng)力，將人從一線危險(xiǎn)的操作崗位轉(zhuǎn)移到安全的監(jiān)控中心，是工作模式的一次大調(diào)整。

針對(duì)數(shù)控加工中心開發(fā)的兩軸、三軸非標(biāo)機(jī)械手的出現(xiàn)，使得加工中心的自動(dòng)上下料得以實(shí)現(xiàn)，在保證快速搬運(yùn)，高精度裝配，智能服務(wù)的同時(shí)還可以通過(guò)機(jī)械手進(jìn)行大負(fù)載工件的搬運(yùn)，另外根據(jù)加工中心的工藝擺放情況也可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)智能機(jī)械手服務(wù)于多臺(tái)數(shù)控機(jī)床，生產(chǎn)線管理人員在監(jiān)控中心通過(guò)監(jiān)控畫面就可以直接了解加工中心和機(jī)械手的工作狀態(tài)，使得高效、智能、安全的加工理念得以完好的實(shí)現(xiàn)。