TNC-A6数控系统和台达伺服在机械手臂上的应用模板.docx

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TNC-A6数控系统和台达伺服在机械手臂上的应用模板
TNC-A6数控系统和台达伺服在机械手臂上的应用模板
TNC-A6数控系统和DELTA沟通伺服
在工业机械手臂上的技术应用
伺服数控产品处张广伟
跟着工业生产线自动化程度的提升,
并日益势柔性化发展。工业机械手臂被越
来越多的应用在涂漆、包装、焊接、装置
等生产环节,来取代人工达成恶劣环境下
的劳动。本案介绍了利用TNC-A6数控系
统的六轴联动和教育模式下自动生成NC
程序等系统功能,配合DELTA-ASDA系
列沟通伺服强壮控制和内置的地点指令寄
存器功能来实现对六轴机械手臂的控制系
统和自动生产线的技术改造。
技术要乞降难点剖析
客户采买该六轴机械手臂,用于变压器生产流水线的点胶、浸漆和烘干工序。原型机为日本制造,因控制系统破坏没法修复,故提出改造要求。而且需要控制系统和伺服知足以下条件:
伺服运动轴
在机械上,六轴机械手臂构造上设计为6自由度空间坐标系。此中X、A、B、C,轴采
用伺服电机驱动1:10的齿轮箱间接传动,做近似360度圆周运动。Y和Z轴采纳伺服电
机驱动螺距10mm的滚珠丝杠,再连结力臂做近似120度圆周运动。这六个伺服轴要求能
够联动。
另客户希望在原有六轴机械手臂的基础上,再增添一个伺服轴D经过丝杠用来拖动机
械手臂前后运动,使其能自由挪动到生产线的任何地方。但不要求联动控制。
要求控制系统能够控制七个轴,而且此中起码六轴联动,伺服轴运动速度可调。
别的关于伺服控制系统,由于机械手臂在机械设计上采纳6自由度空间坐标系,而差别
于一般的直角坐标机械手臂机械。因此在运动过程中,机械负载的惯量会由于机械力臂不一样
的而发生较大范围的变化,这就要求伺服系统拥有优秀稳固性,响应性和对负载变化自适应
能力。
精度要求
机械回零精度:+/-1度。
重复定位精度:+/-1度。
定位精度:2mm。
要求控制系统和伺服系统能够拥有检测反应,来保证机械运动精度。
NC加工程序办理
由于采纳6自由度空间坐标系,没法采纳手动编程和软件编程。因此需要控制系统具
有示教功能或许学习功能。能够依据收集的数据自动生成NC加工程序,并能对自动生成
NC程序进行编写和储存。
协助功能
在协助功能上,要求控制系统能够经过NC指令来控制多个气动电磁阀动作来实现机械机能,并能依据需要增添检测开关。
安全保护
在安全保护方面,除要求控制器靠谱的稳固性外,还要求控制系统拥有必需的安全保护功能。
2方案设计的可行性剖析
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经过对机械设计和控制技术要求剖析,
+7套DELTA沟通伺服做下位控制器的

确立采纳一台TNC-A6数控系统做上位控制器
6AXIS+1AXIS的控制架构,详细剖析以下:
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TNC-A6数控系统的主要特色:
(1)6个独立伺服轴接口,能够控制1~6轴联动,能够知足伺服轴运动控制要求。
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2)电压命令型(V-Command)伺服接口,最小分析精度,可配合光栅尺或旋转编码器实现闭环、半闭环控制,能够知足精度要求。
3)最大响应速度500KPPS编码器反应,能够知足迅速定位的需求。
4)拥有教育模式,能够记录下目前的机械坐标点,并能依据收集的数据自动生成
NC加工程序,操作者能够方便的对生成的程序进行编写和阅读。
(5)控制器内存有240K储存空间,可储藏1000个NC加工程序。配合标准的CNC
键盘可轻松对加工程序进行编写。
(6)经过TNC简略I/0控制指令和内置PLC开发,能够灵巧的经过NC程序实现协助机能。
7)内置可编程PLC,标准配置为24INPUT/16OUTPUT,最大可扩展到
96INPUT/64OUTPUT,完好能够知足电气互锁、行程保护、紧迫停止等安全电路的设计要求。
8)配合外配的电子手摇轮可实现“加工程序手摇轮测试”功能,防备机械撞机。经过比较剖析,TNC-A6数控系统完好能够知足作为机械手臂上位控制器要求。
DELTA沟通伺服系统的主要特色:
(1)
拥有多种控制模式,可与上位控制器灵巧配合,应用宽泛
(2)
经过伺服内置的运动控制器和外面的
I/O来自由规划的
8组地点指令存放器是
实现对机械第七轴(D轴)控制的重点。
3)强壮式的控制模式,在负载惯量大范围的变化时,系统仍旧能够保持优秀的性能。
4)拥有地点P-CURVE和速度S-CURVE光滑功能,且命令根源无论是外面模拟量输入仍是内部存放器设定均有光滑功能。
5)丰富的软件功能,方便用户用调试。
经过比较剖析,DELTA沟通伺服系统也完好能够知足作为机械手臂做下位控制器要求。
经过对机械构造、负载惯量、输出扭矩的剖析计算,应采纳以下伺服ASDA3KW*1颗、
ASDA2KW*1颗、ASDA1KW*2颗、ASDA200W*2颗、ASDA100KW*1颗,共7颗伺服
驱动器做下位控制器。
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C
N
C

方案功能的实现
控制系统6AXIS+1AXIS的架构如图:
9寸CRT显示
标准CNCKEY
1~6轴SERVO
Z
DRIVER
S
I
V-command
Y
X
A
_
6
X
T
Y0~Y3
D轴SERVO
U
P
T
U
D
O
T
地点开关信号
位移工作台
U
P
取
点
N
I
料
胶
G
MPG电子手轮
工
工
序
序
P
M
P1
P2
6AXIS+1AXIS的控制架构
硬件的构成和6+1的设计架构实现

6AXIS机械手臂
A
BC
烘
干
工
序
P4
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控制系统的硬件部分主要有CNC数控系统、伺服系统和其余协助元件三部分构成。
(1)CNC数控系统
数控系统采纳中达TNC-A6-6数控系统,它是机械手臂的控制中心,除拥有线性插
补等运动控制外,还可以够进行画面显示、参数设定、程序编写、PLC逻辑控制等。
(2)伺服系统
伺服系统采纳7套DELTA-A系列沟通伺服驱动器和电机。
此中ASDA3KW*1颗、用于独立控制机械D轴位移工作台,拖动机械手臂前后运动,
使其能自由挪动到生产线的任何地方。其伺服控制模式采纳DELTA沟通伺服特有的PR控
制模式。
它的命令根源为DELTA沟通伺服地点指令存放器8组内部地点指令(参数P1-15~P1
-30设定)。伺服电机运行的速度则由参数P1-36~P1-43设定。
经过数控系统I/O输出OUTPUT点Y0-Y3,配合伺服CN1接口的I/O,POS0~POS2
与GTRG,就能够选择8组中的一组来当作地点指令根源。当伺服CTRG信号上涨沿触发
后,伺服电机便会向给定目标运动。
其余6颗伺服分别为:ASDA2KW*1颗,控制机械手臂X轴空间挪动;ASDA1KW*2
颗,控制机械手臂Y、Z轴的空间挪动;ASDA200W*2颗,控制机械手臂A、B轴的空间
挪动;ASDA100KW*1颗,控制机械手臂C轴的空间挪动。
这六颗伺服采纳的是速度控制模式,数控系统的伺服轴口输出+/-10V的模拟量电压来
控制伺服电机旋转,并及时经过伺服驱动器的PG分周比输出OA/OB/OZ信号将伺服运动状态反应给数控系统,来实现半闭环控制的目的,来保证机械手臂的运动精度。
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(3)其余协助元件
其余协助元件主要有:
电子脉冲发生器(MPG手摇轮),规格DC5V,在手动和教育模式下,产生脉冲信号控制伺服轴位移。
动力变压器,,作用是给伺服系统供给动力电源。控制变压器,规格500VAAC380V/AC220V,作用是给数控和伺服系统供给控制电源。开关电源,规格500VADC24VAC220V/DC24V,作用是给控制回路供给直流控制
电源。
INPUT输入板,规格NPN型,能够连结按钮、行程开关、继电器触点等传感器信号。
OUTPUT输出板,规格NPN型,作用是控制中间继电器、微型电磁阀等DC24V负载。
中间继电器,规格DC24V,增添OUTPUT输出板的容量,线路保护。
气动电磁阀,规格DC24V,控制机械手夹紧气缸和生产线其余协助动作。
按钮、开关若干,供给各样传感信号。
经过上述硬件配置和架构设计,TNC-A6-6数控系统便能够经过速度模拟量电压命令和外面的I/O输出信号来控制一个6轴的机械手臂和一个独立的位移工作台运动了。
示教功能和手摇轮测试功能的实现(此处插入示教盒图片)
中达TNC-A6-6数控系统拥有“示教和手摇轮测试”功能,经过必需的PLC编写便
能够激活这两个功能。方便的编译和效验程序
当配合外面I/O和电子手摇轮,激活“示教”功能后,6轴机械手臂的工作方式是按“示
教课习→生成NC程序→编写改正NC程序→机械手臂再现履行”的过程来达成的,即由
人用示教盒对机械手臂工作行为示教。示教过程中,数控系统会记录下机械手臂各运动关节
终点的地点信息,并以NC代码的形式显示在CRT荧屏上。
当机械手臂达成一个示教流程结束后,数控系统便会以NC代码的形式记录下一个数据
行列。用户能够经过数控系统的标准CNC键盘对目前的NC程序进行必需的编写,如增添
运动速度,数控外面I/O控制等指令,这样数控系统便生成了机械手臂工作所需要的完好信息。
当达成编写后,激活数控系统的“自动运行”功能,数控系统便能自动挨次读取这个数
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据行列和指令信息,并传达给下位伺服控制器和数控外面I/O控制机械手臂动作。
当我们对“示教”生成的数据信息进行编写达成后,在履行“自动运行”功能前,能够
经过激活“手摇轮测试”功能,来再次效正编写完的程序。
当“手摇轮测试”功能被激活后,机械手臂会依据先前编写的指令信息再现动作。
轴的运动速度由手摇轮的转动速度和MPG的倍率所决定,当手摇轮停止转动,伺服轴也会
停止进给;如持续转动,伺服轴会持续履行动作,进而有效防备机械撞机。
测试达成后,激活“自动运行”功能,机械手臂便会依据程序中设定的速度正常运行。

伺服
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灵巧的外面I/O控制和协助机能的实现
机械手臂的尾端履行机构是由电磁阀控制气体驱动气动缸达成机械手指的夹紧和放松
动作。
关于TNC-A6-6数控系统的灵巧外面I/O控制,不只能够经过对数控系统内部的
程序编写来达成,还可以够经过在NC程序中直接插入适合的简略I/0控制指令来实现。
如G11P1***指定OUTPUT***ON,下“RESET”指令无效。G12P***

PLC
等候
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INPUT**

*

ON,程序才履行下一节指令,

等等。经过这些指令用户能够灵巧的实现

外面

I/O
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控制。
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机械手臂工作流程和NC编程如图:
工作流程
X0RUN
P1取料工序
X1YES
1.
机械手取想到位
2.
气缸夹紧Y4ON
点胶工序
判断X6
X5YES
NO
YES
2.
机械手到安全地点
P2点胶工序
X2YES
1.
机械手到点胶地点
2.
点胶电磁阀动作Y5
3.
机械手到安全地点
P3浸漆工序
X3YES
1.
机械手到浸漆地点

P4烘干工序
X4YES
1.
机械手到烘干地点
2.
气缸放松Y4OFF
X5NO
D轴返回取料工序
1.
机械手到安全地点
部分INPUT
规划
X1
P1地点到位
X4
P4地点到位
X2
P2地点到位
X5
夹紧开关
X3
P3地点到位
X6
跳段选择
部分OUTPUT
规划
D轴的地点
P1地点
P2地点
P3地点
P4地点
自定义M代码
M100
M200
M300
M400
Y0
POS0
1
0
1
0
Y1
POS1
0
1
1
0
Y2
POS2
0
0
0
1
Y3
CTRG
Y4
夹紧电磁阀
ON夹紧,OFF放松
Y5
点胶电磁阀

NC程序举例
O0000(主程序)
M100
自定义M代码
G12P00
检测X1
M98P0001
调子程序1
G65L50
撤消预抓
G65L80P5/1跳段和跳转
M200自定义M代码
G12P02
检测X2
M98P0002
调子程序2
N05M300
自定义M代码
G12P03
检测X3
M98P0003
调子程序3
M400
自定义M代码
G12P03
检测X4
M98P0004
调子程序4
M99
O0001(取料子程序1)
G01X~Y~Z~A~B~C~
示教程序
G11P1004Y4ON
G12P05检测X5
G01X~Y~Z~A~B~C~
M99
O0002(点胶子程序2)
G01X~Y~Z~A~B~C~
示教程序
G11P05
Y5ON
延时2S
G11P-05
Y5ON
G01X~Y~Z~A~B~C~
示教程序M99
O0003(浸漆子程序3)
G01X~Y~Z~A~B~C~
示教程序
M99
O0004(烘干子程序4)
G01X~Y~Z~A~B~C~
示教程序
G11P-1004Y4OFF
G12P-05检测X5
G01X~Y~Z~A~B~C~
示教程序
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M99
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伺服系统的调理和指令光滑办理
关于伺服控制系统,由于在机械设计上,机械手臂在机械设计上采纳6自由度空间坐标
系,因此在六轴同时运动过程中,机械负载的惯量会由于机械力臂不一样的而会发生较大范围
的变化,这就要求伺服系统拥有优秀稳固性,响应性和对负载变化自适应能力。
经过DELTA-A系列伺服内置的“自动增益调理功能(PDFF强壮式控制模式,参数2
32)”就能达到理想的调试成效,在此调理模式下,当负载的惯量在必定范围内随意变化时,伺服在1HZ的开回路增益能够保持稳固,频宽会跟着负载惯量变化而做相应的调整,仍能够保持优秀的相位界限,使得伺服的稳态追随偏差不会跟着负载惯量而有变化。
同时,关于机械手臂在运行机遇械构造产生的冲击,
(特别是D轴,由于采纳的内部指
令根源),经过激活DELTA-A系列伺服内置的
CURVE光滑功能(参数1-34~1-36)来
获得很好的解决。地点
P-CURVE和速度S-CURVE光滑功能,能够对运动命令进行光滑
办理,使得电机所产生的速度和加快度是连续的。
能够很好的改良电机加减速的特征,
在机
械构造的运行上也更为平顺。
直线形加减速
S曲线形加减速
速度-F
速度-F
时间-T时间-T
速度加快常数速度减速常数速度加快常数速度减速常数
结束语
鉴于以上架构的机械手控制方案拥有,控制精度高,系统稳固性高,用户操作灵巧的优
点。这也仅是中达数控系统和DELTA伺服的一个典型应用。
利用中达TNC数控系统自有的一些丰富功能,配合DELTA伺服系统优秀性能,能够
被宽泛应用于各样工业自动化领域,完好能够为客户供给更有价值,“量身定做”的整合方
案。
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