一、引言

機(jī)械手是模仿人的手部動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運和操作的自動裝置。它特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境中，以及笨重、單調(diào)、頻繁的操作中代替人作業(yè)，因此獲得日益廣泛的應(yīng)用。

工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。

二、技術(shù)要求

搬運機(jī)械手由PLC、人機(jī)界面、伺服系統(tǒng)等組成。

PLC做為核心程序的載體，負(fù)責(zé)脈沖信號的發(fā)送控制伺服及各種反饋信號的處理，控制各實行機(jī)構(gòu)的運轉(zhuǎn)與協(xié)調(diào)。

人機(jī)界面，采用觸摸屏，便于操縱人員設(shè)置參數(shù)及對整臺設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控，負(fù)責(zé)人機(jī)對話交流。

伺服系統(tǒng)，由驅(qū)動，伺服電機(jī)，碼盤反饋信號構(gòu)成，作為主要運動機(jī)構(gòu)，主要任務(wù)是完成定位精度的克制，執(zhí)行來自PLC的脈沖信號指令，同時，保障運動的穩(wěn)定性與快速響應(yīng)性，伺服的性能直接反映了搬運機(jī)械手的整機(jī)性能與品質(zhì)。

由于取工件和堆放工件都有精確的定位，所以在機(jī)械手控制中，除了要對垂直手臂進(jìn)行控制，還要涉及到對水平手臂以及機(jī)械手腰部回轉(zhuǎn)進(jìn)行伺服控制。在搬運過程中，要求伺服定位運行要平穩(wěn)滑順，伺服的運行速度將決定機(jī)械手的工作效率是否能夠滿足客戶的應(yīng)用要求，在高速定位時伺服電機(jī)不能出現(xiàn)過沖，震蕩以及整定時間過長。

三、系統(tǒng)搭建

該套系統(tǒng)用五套伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)構(gòu)成（機(jī)械手傳動系統(tǒng)采用皮帶傳送，剛性相對較�。┴�(fù)責(zé)機(jī)床的上下料，1、2、3、4軸控制x軸和y軸方向的運動，第5軸控制z軸水平托盤的運動，控制方式采用新代M2總線系統(tǒng)搭配之山iK系列驅(qū)動器，iK系列伺服驅(qū)動器默認(rèn)M2通訊方式為安川模式，現(xiàn)場圖如下圖：

上位機(jī)與伺服驅(qū)動器控制端相連，控制方式是位置模式下脈沖+方向。驅(qū)動器及相關(guān)運算基板等固定在電柜里面，伺服驅(qū)動器接收上位機(jī)的脈沖指令從而驅(qū)動電機(jī)帶動機(jī)頭完成相應(yīng)的動作。

四、之山伺服在搬運機(jī)械手上的應(yīng)用調(diào)試

1、之山iK系列伺服驅(qū)動器和電機(jī)配置

2、相關(guān)參數(shù)設(shè)置

機(jī)械手傳動系統(tǒng)采用皮帶傳動，剛性相對較軟，增益高時容易導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩。而搬運過程要求伺服平穩(wěn)快速，不能出現(xiàn)過沖和抖動。因此在調(diào)試過程中，在確保在不引起系統(tǒng)震蕩的情況下，盡量調(diào)高速度環(huán)比例增益。速度環(huán)積分增益和位置環(huán)比例增益要調(diào)小，防止橫行軸停止時產(chǎn)生過沖。

之山智控iK系列總線型伺服以其和穩(wěn)快準(zhǔn)的能力保證了搬運機(jī)械手的快速穩(wěn)定運行。

五、Mechatrolink

是一種開放式現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，最早由安川電機(jī)開發(fā)，后來由Mechatrolink協(xié)會維護(hù)。Mechatrolink可以實現(xiàn)一臺控制器同時與多種從屬設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，可靠的高速通信和數(shù)據(jù)同步動能可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，促進(jìn)先進(jìn)功能的開發(fā)與實現(xiàn)。它采用簡單的電纜連接方式簡化系統(tǒng)，并便于系統(tǒng)的擴(kuò)展。

（1）實現(xiàn)高速高精度控制

M2最多可連接30個站點，站間最小距離50cm，最長傳輸距離50m（使用中繼器可延長至100m），傳輸速率達(dá)10Mbps，最小傳輸周期為250μs；

在線狀態(tài)下可自由切換控制模式；

可實現(xiàn)軸與軸之間的同步、插補(bǔ)等功能，輕松應(yīng)對有復(fù)雜控制要求的機(jī)械運動。

（2）降低成本

通過網(wǎng)絡(luò)化，控制器與I/O設(shè)備或伺服驅(qū)動器之間只需通信電纜即可完成接線；

大幅減少配線檢查作業(yè)，減少構(gòu)建系統(tǒng)所需的工時。

（3）提高維護(hù)性

通過主站用計算機(jī)對各從站的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和管理；

在線狀態(tài)下可更換從站機(jī)器。