CoolDriveA8伺服驱动器在工业机器人上的应用

1、CoolDrive A8伺服驱动器在工业机器人上 的应用 摘要：本文旨在介绍 CoolDrive A8伺服驱动器在6轴关节型工业机器人上的应用，同时为 客户提供一套完整的机器人电控系统解决方案。 1、概述 近年来，中国的工业机器人新装量和保有量都呈现快速的增长，目前总体保有量已经 接近10万台，而且据调研机构预计，未来中国工业机器人市场每年还将以20%的增速增长。 虽然机器人应用已经在国内得到快速的发展，但是我国机器人市场仍然以国外企业为主，本 土企业的市场占有率仅占 4%。这其中一个很主要的原因就是机器人核心零部件的国产化进 程较慢，国内机器人整机厂商只能进口国外产品，导致整机成本较高，在同

2、国外厂商的竞争 中处于劣势。 CoolDrive A8伺服驱动器是清能德创电气技术（北京）有限公司最新推出的国内首款 网络化模块化伺服驱动产品，融合了共直流母线、能效管理、功能安全，多轴同步等多项创 新技术，为客户提供更节能，更灵活，更安全的伺服系统。CoolDrive A8从产品形态、功 能上来说非常适合用于工业机器人行业，完全可以替代国外同类产品，为客户提供更具性价 比的方案。 2、国产50kG六关节工业机器人 本次项目所使用的 50kG六关节工业机器人是国产最新型号，具有结构紧凑，关节速 度较高，动态响应快，精度高，过载能力强等特点。电控系统采用总线结构， 扩展应用方便。 适用于搬运，激

3、光切割，打磨抛光等场合。其产品性能如下表所示： 表1机器人性能参数表？ 決圳稻蜚人白动4 七壤划If汕 叽COI /戻节型 控制轴 $轴 議置方式 |地装 最大訪作速度 丁 t轴 13。 /sec 兀轴 130 /sec H轴 130 Q /sec J4tt 250* /sec 250s /sec 社 355 /sec 最犬动作范国 Jitt 180 J2tt +8 Q轴 +225& /-80 360 J5 120 jatt 丈斗5(r 最大蓉动半径 2工斗6mm m 手腕部最大负载 最大50kg 重复走位辖度 XO.lSmm 布悻車軍 550kg 3、系统设计 3.1客户需求 客户这台6关节

4、工业机器人要求实现较高的关节速度和重复定位精度，同时要求在带 载运行时保持机器人的稳定性。此外，客户要求可通过控制器对伺服驱动器的内部功能参数 进行人工在线设定，以便实现精确控制。 图1机器人机械系统组成图 3.2设计难点 工业机器人是非常典型的多轴控制系统，为使机器人能达到较高的重复定位精度，除 了要求控制器有很强的路径规划算法及插补功能以外，伺服驱动器也必须保证在执行控制器 位置指令时，保持所有关节严格同步。而为了提高机器人的运行速度，就需要伺服系统具有 很强的瞬时过载能力和极高的动态响应特性。 如何减少机器人在运行过程中发生的振动，一直是机器人用伺服系统的一个难题，这 也是很多国内伺服产

5、品无法应用到工业机器人上的一个原因。 振动主要出现在两种工况，一是机器人在启动和停止时，机器人本体和末端会发生振 动；一是机器人在高速运行，并移动范围较大时，本体会出现振动和运行轨迹偏差较大的现 象。引起振动的主要原因就是机器人各个关节的惯量发生了较大变化，要消除振动必须在伺 服驱动器中加入各种前馈补偿控制功能。 3.2系统方案设计 通过对客户需求的深入分析，我们为客户设计了“ KEBA控制器+CoolDrive A8 伺服驱 动器的电控系统解决方案。 倏如站*人自动铠培沸 这套系统的优势在于: 1.机器人专用控制系统 本次项目选择的是 KEBA专为机器人行业开发的 控制系统，包括控制器、视教

6、盒以 及控制软件。其控制器和视教盒都支持 EtherCAT高速工业以太网通讯，具有很高的计算性 能和通讯速度。 还提供了强大的机器人控制软件，其中内置了多种类型的机器人路径规划模型，能 够快速完成机器人的开发；同时软件还提供了丰富的补偿算法和插补功能， 保证了机器人的 控制精度。 2. CoolDrive A8 高性能伺服驱动器 CoolDrive A8是国内首家通过ETG 致性测试的产品，因此能够很好同 KEBA控制 器进行配合；同时，CoolDrive A8内置的电流环、速度环以及位置环的循环时间分别达到 了 62.5us、125us和250us,频率响应更是高达 3KHz，充分满足工业机

7、器人对动态响应 和同步性的要求。 针对机器人的振动问题， CoolDrive A8加入了速度、加速度前馈补偿，力矩补偿等 补偿算法，并开发了定位抖动消除、 惯量前馈等功能， 较好的解决了机器人本体在高速运行、 快速定位时产生的振动。除此之外， CoolDrive A8 还增加了电机弱磁控制技术以实现机器 人的轻载高速运行，增加编码器信号修正技术以提高机器人的稳定性和降低运行中的噪音 等。 CoolDrive A8还在国内伺服厂商中创新性的采用模块化设计。整个系统由整流模块 和电机驱动模块构成，通过直流母线连接。这样的结构便于用户进行系统扩展，而且连线非 常简单，直流母线还能提高系统的能源效率，

8、使设备更加节能。CoolDrive A8还内置了 STO、 SS1、SS2等安全功能，在紧急情况下能够按照事先预定的规则进行安全停车，保护设备及 人员的安全。 4、机器人实际性能测试 在实际测试过程中，在没有加入速度、加速度前馈补偿，力矩补偿等补偿算法的情况 下，机器人在满载运行时，会发生明显振动。在机器人启动的瞬间，如果没有提前给定力矩 补偿，机器人本体由于重力的作用会发生下沉的动作，也就是俗称的点头”而在机器人由 高速运行状态快速停止时，如果没有定位抖动消除”功能，机器人本体会由于惯性的突然变 化而发生抖动。 下图是没有开启补偿及振动抑制功能时，机器人的位置误差，可以看到明显的振动现 象。

9、 de rout a. cm 下图是开启补偿及振动抑制功能后， 机器人本体的位置误差情况，能够非常明显的看 出，机器人本体的振动得到了有效抑制。 1 1 1 富沖粧甲人较选比雷 dkr仏 cafe j L J - * r r“L _： 5、结束语 清能德创致力于为国内机器人整机厂商提供国产高端伺服系统，在性能和功能上能够 满足机器人对伺服系统的要求， 同时也没有国外产品高昂的价格， 从而实现机器人关键零部 件的国产化，降低国内机器人整机厂商的总体成本，提高国产机器人的竞争力。 出师表 两汉：诸葛亮 先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣 不懈于内，忠志之士

10、忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光 先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。 宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其 刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。 侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚 以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。 将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰能”，是以众议举宠为督： 愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。 亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也； 亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。 先帝在时, 每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、 灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣， 愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也 n.-R 臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉 屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于 败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。 先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之 明；故五月渡泸，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，