12月11-13日，“利元亨•2019高工機(jī)器人年會”在深圳機(jī)場凱悅酒店舉行，大會共設(shè)核心供應(yīng)鏈、新生態(tài)變革、AGV、物流應(yīng)用、產(chǎn)線應(yīng)用等8大專場，邀請500＋機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，700＋企業(yè)高層蒞臨現(xiàn)場。歡迎點擊底部閱讀原文查看直播！
前兩年，驅(qū)控一體技術(shù)因為“真?zhèn)沃q”而廣受熱議，隨著驅(qū)控一體產(chǎn)品的不斷推出，如今，驅(qū)控一體技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，甚至成為SCARA的標(biāo)配。
驅(qū)控一體基于硬件電路集成度的提高，為工控產(chǎn)品的小型化發(fā)展提供了必要的條件，以成本、安裝尺寸和系統(tǒng)性方案上的優(yōu)勢備受市場青睞。同時，功能模塊化的開發(fā)方式可以幫助用戶縮減產(chǎn)品設(shè)計時間，提高工作效率，成為企業(yè)降本增效的不二選擇。
2019年12月11日，由高工機(jī)器人舉辦的“利元亨·2019高工機(jī)器人年會”在深圳凱悅酒店隆重開幕，在華成工控冠名的核心供應(yīng)鏈專場，華成工控技術(shù)總監(jiān)石建軍發(fā)表了《模塊化、專機(jī)化的驅(qū)控一體系統(tǒng)》的主題演講，以驅(qū)控一體的技術(shù)趨勢為出發(fā)點，以華成工控在驅(qū)驅(qū)一體上的探索為基礎(chǔ)，進(jìn)一步闡釋了驅(qū)控一體技術(shù)的優(yōu)勢。
驅(qū)控一體的特點和優(yōu)勢
在客戶低成本、高性能、空間占用小、操作簡單和維護(hù)方便等需求下，小型化、模塊化、專機(jī)化的驅(qū)控一體方案成為趨勢。石建軍表示，驅(qū)控一體首先是空間占用小、成本低、維護(hù)簡單、可靠性高。
對于多軸系統(tǒng)而言，一般的驅(qū)控一體，整機(jī)配置不夠靈活，但是如果采用模塊化設(shè)計，就可以很好地解決這個問題。模塊化的驅(qū)控一體，無論CPU板、IO板、伺服板等，都可以在一定的框架下相互替換，靈活性很高。同時，多軸的驅(qū)控一體，還可以進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，較大程度的降低運行成本。
石建軍表示，對于特定的比較成熟的行業(yè)而言，其外部的設(shè)置已基本成型，不會有太大的改變，可以專門為其定制一套系統(tǒng)，允許適當(dāng)?shù)牟考谛∫?guī)格上面可以選配，以比較完備的、覆蓋行業(yè)的大部分情況、性能和靈活性得到保證的同時，成本可以大程度地降低。
驅(qū)控一體的主流設(shè)計方案
與傳統(tǒng)的運動控制不同的是，驅(qū)控一體集成了伺服驅(qū)動和運動控制，兩者之間在內(nèi)部進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信。設(shè)計之初，就拋棄了各種接口器件，而用的時候，客戶可以節(jié)省大量電纜、空間，從這一點就可以看到顯性的成本降低的可能。
而且伺服驅(qū)動與運動控制，其數(shù)據(jù)交換在內(nèi)部高速運行，數(shù)據(jù)交換方面的瓶頸得到解決，對柔性拖動示教和智能防撞而言，基礎(chǔ)已經(jīng)搭建好了，剩下就是實現(xiàn)方案的問題。
石建軍指出，驅(qū)控一體根據(jù)應(yīng)用場合及重點關(guān)注的不同，目前主流的設(shè)計方案有：單芯片方案、多芯片方案和總線式方案。其中，單芯片方案和多芯片方案是單板式、集成式的方案，總線式方案是多板式、分布式的方案。
單芯片方案主要是針對單雙軸機(jī)械臂系統(tǒng)，二次元沖壓機(jī)械手系統(tǒng)等，因為性價比高，客戶應(yīng)用得非常多；而如果針對多軸機(jī)械手，那就需要多芯片的方案。“可以說，采用多芯片方案的驅(qū)控一體，性能已經(jīng)很好，成本也不錯。”石建軍表示。
正是基于這種架構(gòu)方案，華成工控設(shè)計了多軸桁架式機(jī)械手控制系統(tǒng)、四軸沖壓機(jī)械手控制系統(tǒng)、四關(guān)節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)等幾款不同的驅(qū)控一體系統(tǒng)。
但他也同時指出，無論是單芯片方案還是多芯片方案，都只適合單板式設(shè)計，而單板式設(shè)計，因為PCB板的面積及空間分布的問題，其擴(kuò)展性稍有限制。所以當(dāng)軸數(shù)大于4軸的時候，就需要考慮分布式多板式設(shè)計方案，高速總線式架構(gòu)就是這樣一種方案。
據(jù)悉，高速總線式架構(gòu)通過一條內(nèi)部高速總線，將運動單元、伺服驅(qū)動單元，IO單元、模擬量單元等串連在一起，使數(shù)據(jù)可以在內(nèi)部高速交換，達(dá)到一體化效果。
相較于單芯片和多芯片的單板式方案，總線式的多板式方案，整個系統(tǒng)的可擴(kuò)展和可配置能力，都得到了很大提升，通配性非常好。
基于這種方案，華成工控設(shè)計了六關(guān)節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)、四關(guān)節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)、八軸驅(qū)控一體控制柜等產(chǎn)品，整體可配置方案多，維護(hù)非常簡便，適合大多數(shù)行業(yè)領(lǐng)域。
關(guān)鍵技術(shù)突破
“做驅(qū)控一體系統(tǒng)，不是單純的把伺服驅(qū)動和運動控制揉到一起，而是要有機(jī)地考慮兩者之間的關(guān)系。”石建軍表示。
而基于驅(qū)控一體系統(tǒng)的開發(fā)實踐，華成工控已經(jīng)突破一些關(guān)鍵的技術(shù)點，比如共直流母線及能效管理技術(shù)。其中，共直流母線的技術(shù)主要針對多軸非同步運動情況，其作用是降低系統(tǒng)的能源消耗以及運行成本。
對于直流共母線設(shè)計的多軸系統(tǒng)來說，當(dāng)一個軸處于發(fā)電狀態(tài)，一個軸處于電動狀態(tài)的時候，那它發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的電，就可以直接通過母線，輸給電動狀態(tài)的軸使用，幾乎沒有消耗，不產(chǎn)生熱量。
石建軍表示，華成工控還會在算法上進(jìn)行能效管理，主動對運動進(jìn)行優(yōu)化，使系統(tǒng)盡可能朝著這種狀態(tài)運動。”這種方案，首先是可以降低耗電量；其次，產(chǎn)生的熱量可以減少，系統(tǒng)的散熱壓力可以得到很大的緩解，整個系統(tǒng)可以做更加小型化的設(shè)計。”
正是得益于直流共母線及能效管理技術(shù)，華成工控驅(qū)控一體產(chǎn)品即使做得很小，散熱都比較好，溫升也能得到比較好的控制。
“當(dāng)我們采用驅(qū)控一體設(shè)計的時候，因為數(shù)據(jù)交換的瓶頸得到解除，對于需要伺服驅(qū)動和運動控制快速協(xié)調(diào)的相關(guān)控制算法，就有了實現(xiàn)的可能。”石建軍表示，而利用好這些融合后的技術(shù)，不僅可以設(shè)計出更多的功能點，對整個軌跡運動過程也可以優(yōu)化，使機(jī)器人能夠更加平滑快速的加減速，提升機(jī)器人的整體壽命，變相降低機(jī)器人的應(yīng)用成本。
