工控摘要：伴隨著中國制造業的轉型升級，在制造業領域需要越來越多的成熟的產業工人，但隨之而來的是勞動力成本的增加，人員的安全保障，以及對操作工人的素質統一和質量的穩定性等一系列問題，這些都制約著企業的高速發展。而隨著智能無人化工廠的興起，工業機械人的大量應用，能夠有效的解決這一難題。各種機床制造商也紛紛轉投工業機械人這一新興產業，去研發相關的機械人設備。但是他們在市場上往往面對的是通用型的控制系統，如PLC+伺服控制系統，這些系統只能構建相對簡單的機械手控制，并不能滿足復雜和可靠的運動控制。而的機械人系統，不但價格高額，而且可開發性不足，又往往不能滿足各行各業工藝客制化的需求。
　　
　　本文介紹了臺達推出的基于高速運動總線的機械手整體解決方案能夠有效的提供解決這一問題。并已經應用在機床上下料協作領域，并配合CNC實現全自動加工的無縫連接。
　　
　　機床上下料搬運機械手的機械設計和動作要求
　　
　　這類機械手多為桁架結構，通常由2~4軸直角坐標系機械模組組成，其中X軸為水平軸，多為齒輪齒條設計負責將零件位移到不同的機床工位，而Z軸為垂直軸，多為絲桿結構或者齒輪齒條設計負責將零件提升到安全高度或者下降到機床可裝夾高度。如果再配合機械手頂部配合旋轉A軸或者B軸機構，還能夠實現零件的反轉，轉向等更多復雜的裝夾動作。而X軸zui大行程可到達20米以上，能夠滿足整條生產線多臺機床之間的零件搬運工作。
　　
　　機床上下料搬運機械手的控制要求
　　
　　獨立性：機床搬運機械手的控制系統往往為獨立的控制系統，不依靠機床的控制器進行控制，機械手的運行只需根據預設參數、CNC與機械手之間的I/O信號或者通訊總線交換數據來實現運行，而并會不影響機床運轉。
　　
　　可靠性：對于長距離搬運機械手安裝而言，當為齒輪和齒條設計時，X軸和Z軸伺服電機往往安裝在行走機構上跟隨機械手一起行走，但這樣設計因為驅動器和電機距離太遠往往會引起編碼器線信號衰減問題。而如果將驅動器也安裝到行走機構上時，控制器和驅動器之間的命令信號也同樣會面臨信號衰減、雜訊干擾的風險。所以如何穩定可靠的解決命令傳輸也是衡量控制系統可靠性的關鍵因素。
　　
　　便捷性：同時，當驅動器安裝在行走機構上后，使用者往往希望驅動器的體積更小，以減少整個機構安裝的空間。
　　
　　高響應和實時性：對于的控制系統還需要諸如，運動坐標實時反饋功能，示教功能，以及可靠度的安全防護功能等。
　　
　　臺達高速運動總線的機械手整體解決方案介紹
　　
　　1、控制架構的創新
　　
　　在傳統的運動控制架構中，運動控制往往依賴于*控制器，如PLC單元。同人的神經網絡一樣，PLC系統扮演者大腦的角色，用戶由HMI輸入數據，PLC在負責將運動命令通過脈沖方式或者總線方式下達給伺服系統同時，還要處理外部的IO邏輯命令，如急停、高速中斷響應等。控制的軸數越多，其PLC的負擔越重，處理速度越慢，而且成本也越高。
　　
　　與傳統的控制架構不同，借助于分散式的設計理念，臺達機械手解決方案的主要由HMC運動控制器和臺達M系列3合1伺服兩部分構成，其中HMC控制器相當于HMI人機單元和PLC的綜合體，負責完成運動數據的采集、存儲和排序，而M系列伺服則相當于3臺伺服驅動器和運動處理器的綜合體，負責完成運動控制的處理。串聯起他們的是臺達DMCNET高速運動總線。
　　
　　這樣設計的好處是每個部件都具有獨立思考的能力，大大減輕了運動控制器的負擔，同時借助于M系列內置了PR內部位置模式和內部插補功能可以獨立完成復雜的運動控制，包含機械手單軸運動控制，或者多軸插補運動，而不需要上位控制器的參與和協調，這樣各個部件間的數據交換量減少，大大減少了多軸控制的掃描時間和提高了整個系統的響應性。
　　
　　2、臺達高速運動總線DMCNET
　　
　　DMCNET是臺達自主的高速運動總線協議，已經被應用在如臺達CNC產品、HMC控制器、運動軸卡，AH500PLC運動模塊等產品。其通訊速率可以達到單向10M,有效通訊距離可以達到30米，僅單單借助于一根網線就能完成配線，相當于運動數據的高速公路。相對于傳統的運動控制方式大大簡化了配線方式，這樣在機械手控制器安裝時就可以有效避免了信號衰減和雜訊干擾的風險，提高了控制系統的實時性和可靠性。
　　
　　其中HMC控制器借助于DMCNET網絡zui大可以控制12軸伺服，并且完成12軸的資料更新僅需1ms。使用者可以方便在HMC界面上讀取各個運動軸的實時坐標，并借助于控制器自身的安全中斷和便利指令來實現機械手各種示教功能，安全功能，微調修正等功能。
　　
　　臺達HMC產品和M系列伺服產品介紹
　　
　　1、臺達HMC產品
　　
　　臺達HMC控制器主要由HMC08-N500S528寸面板安裝型和HMC07-N500H527寸手持單元兩種規格構成。
　　
　　HMC控制器集成了PLC處理器和HMI單元，使機械手控制器體積減小，節約了PLC的安裝空間。借助于DMCNET運動總線接口連接M系列伺服實現運動數據的交換，利用RS422接口可以連接HMCI/O模塊來實現邏輯控制。同時借助于以太網接口連接PC可以實現遠端ERP數據管理，遠程故障診斷等功能。
　　
　　其中HMC07系列還可以通過外置的電纜、limit開關和E-STOP按鈕，做到zui大10m的便利手持操作和可靠的中斷防護，而HMC08系列可以外置MPG電子手輪，能夠滿足機械手手輪示教功能。對于而言，借助于臺達DOPSoft軟件為開發平臺，可以使用臺達HMI的編輯方式來設計友好、直觀的操作界面，使用兼容于臺達PLC的編程指令來規劃邏輯控制和運動指令，從而無需去掌握的開發語言。同時利用HMC特定規劃的運動寄存器，可以將復雜的運動控制指令“化繁為簡”，為明晰的邏輯控制，并且可以同時運行4個主程序，實現多軸間的分工協作。
　　
　　2、M系列伺服
　　
　　M系列伺服是臺達A2系列伺服之后推出的內置Motion的伺服，它除了兼容A2系列伺服的全部功能外，還具有三軸運動控制功能，其共DSP設計使其能夠在不依賴上位機參與協調的情況下獨立的來完成3軸螺旋插補。直線插補、兩軸圓弧插補等復雜的運動控制。遠期，臺達在M系列還將規劃內置PLC功能和G代碼功能使其能夠滿足更靈活的運動控制方式。
　　
　　同時因為采用共直流電源設計，只需一組電源接入，一臺驅動器就能夠同時拖動3顆不同或者相同功率的伺服電機，減少了機械手驅動器的安裝空間和配線。
　　
　　結束語
　　
　　“顯控一體，簡捷”是臺達HMC控制器特色，除了機器手控制領域，在其他產業機器領域HMC同樣也可以發揮功能強大，開發便捷的優勢。從遠古“木牛流馬”開始，人類就一直追隨著機器取代人類和超越人類的夢想，隨著機器人技術的飛速發展，相信在未來我們也會有更多更好的控制解決方案應運而生