三、方案功能的實現
1.控制系統6AXIS＋1 AXIS的架構如下圖：
圖二 64XIS+1 AXIS的控制架構
2.硬件的組成和6＋1的設計架構實現
控制系統的硬件部分主要有CNC數控系統、伺服系統和其他輔助元件三部分組成。
?。?）CNC數控系統
數控系統選用中達六軸數控系統，它是機械手臂的控制中心，除具有線性插補等運動控制外，還能夠進行畫面顯示、參數設定、程序編輯、PLC邏輯控制等。
?。?）伺服系統
伺服系統選用7套臺達－A系列交流伺服驅動器和電機。其中ASDA 3kW＊1臺、用于獨立控制機械D軸位移工作臺，拖動機械手臂前后運動，使其能自由移動到生產線的任何地方。其伺服控制模式采用臺達交流伺服獨有的PR控制模式。
它的命令來源為臺達交流伺服位置指令寄存器8組內部位置指令（參數P1-15～P1-30設定），伺服電機運轉的速度則由參數P1-36～P1-43設定。
通過數控系統I/O輸出OUTPUT點Y0-Y3，配合伺服CN1接口的I/O，POS0～POS2與GTRG，就可以選擇8組中的一組來當成位置指令來源。當伺服CTRG信號上升沿觸發后，伺服電機便會向給定目標運動。
其余6臺伺服分別為：ASDA 2kW＊1臺，控制機械手臂X軸空間移動；ASDA 1kW＊2臺，控制機械手臂Y、Z軸的空間移動；ASDA 200W＊2 臺，控制機械手臂A、B軸的空間移動；ASDA 100kW＊1臺，控制機械手臂C軸的空間移動。
這六臺伺服采用的是速度控制模式，數控系統的伺服軸口輸出 +/-10V的模擬量電壓來控制伺服電機旋轉，并實時通過伺服驅動器的PG分周比輸出OA/OB/OZ信號將伺服運動狀態反饋給數控系統，來實現半閉環控制的目的，來保證機械手臂的運動精度。
（3）其他輔助元件
其他輔助元件主要有：
電子脈沖發生器（MPG手搖輪），規格DC5V，在手動和教導模式下，產生脈沖信號控制伺服軸位移。
動力變壓器，規格7.5kVA三相380V/三相220V，作用是給伺服系統提供動力電源。
控制變壓器，規格500VA，AC380V/AC220V，作用是給數控和伺服系統提供控制電源。
開關電源，規格500VA，DC24V，AC220V/DC24V，作用是給控制回路提供直流控制電源。
INPUT輸入板，規格NPN型，可以連接按鈕、行程開關、繼電器觸點等傳感器信號。
OUTPUT輸出板，規格NPN型，作用是控制中間繼電器、微型電磁閥等DC24V負載。
中間繼電器，規格DC24V，增加OUTPUT輸出板的容量，線路保護。
氣動電磁閥，規格DC24V，控制機械手夾緊氣缸和生產線其他輔助動作。
按鈕、開關若干，提供各種傳感信號。
通過上述硬件配置和架構設計，中達電通六軸數控系統便能夠通過速度模擬量電壓命令和外部的I/O輸出信號來控制一個六軸的機械手臂和一個獨立的位移工作臺運動了。
3.示教功能和手搖輪測試功能的實現
圖三 示教盒
中達六軸數控系統具有“示教和手搖輪測試”功能，通過必要的PLC編輯便可以激活這兩個功能，方便編譯和效驗程序。
當配合外部I/O和電子手搖輪，激活“示教”功能后，六軸機械手臂的工作方式是按“示教學習→生成NC程序→編輯修改NC程序→機械手臂再現執行”的過程來完成的，即由人用示教盒對機械手臂工作行為示教。示教過程中，數控系統會記錄下機械手臂各運動關節終點的位置信息，并以NC代碼的形式顯示在CRT 熒屏上。
當機械手臂完成一個示教流程結束后，數控系統便會以NC代碼的形式記錄下一個數據隊列。用戶可以通過數控系統的標準CNC鍵盤對當前的NC程序進行必要的編輯，如添加運動速度，數控外部I/O控制等指令，這樣數控系統便生成了機械手臂工作所需要的完整信息。
當完成編輯后，激活數控系統的“自動運行”功能，數控系統便能自動依次讀取這個數據隊列和指令信息，并傳達給下位伺服控制器和數控外部I/O控制機械手臂動作。
當我們對“示教”生成的數據信息進行編輯完成后，在執行“自動運行”功能前，可以通過激活“手搖輪測試”功能，來再次校正編輯完的程序。
當“手搖輪測試”功能被激活后，機械手臂會按照先前編輯的指令信息再現動作。伺服軸的運動速度由手搖輪的轉動速度和MPG的倍率所決定，當手搖輪停止轉動，伺服軸也會停止進給；如繼續轉動，伺服軸會繼續執行動作，從而有效防止機械撞機。
測試完成后，激活“自動運行”功能，機械手臂便會按照程序中設定的速度正常運行。
4.靈活的外部I/O控制和輔助機能的實現
機械手臂的末端執行機構是由電磁閥控制氣體驅動氣動缸完成機械手指的夾緊和放松動作。
對于中達電通六軸數控系統的靈活外部I/O控制，不但可以通過對數控系統內部的PLC程序編輯來完成，還能夠通過在NC程序中直接插入適當的簡易I/0控制指令來實現。
如G11 P1＊＊＊指定OUTPUT＊＊＊ON，下“RESET”指令無效。G12 P＊＊＊等待INPUT＊＊＊ON，程序才執行下一節指令，等等，通過這些指令用戶可以靈活的實現外部I/O控制。
機械手臂工作流程和NC編程如圖四：
圖五 伺服系統的調節和指令平滑處理
5.伺服系統的調節和指令平滑處理
對于伺服控制系統，因為在機械設計上，機械手臂在機械設計上采用6自由度空間坐標系，因而在六軸同時運動過程中，機械負載的慣量會因為機械力臂不同的而會發生較大范圍的變化，這就要求伺服系統具有優異穩定性，響應性和對負載變化自適應能力。
通過臺達-A系列伺服內置的“自動增益調節功能（PDFF強健式控制模式，參數2－32）”就能達到理想的調試效果，在此調節模式下，當負載的慣量在一定范圍內任意變化時，伺服在1HZ的開回路增益能夠保持穩定，頻寬會隨著負載慣量變化而做相應的調整，仍可以保持良好的相位邊界，使得伺服的穩態追隨誤差不會隨著負載慣量而有變化。
同時，對于機械手臂在運轉時機械結構產生的沖擊，（特別是D軸，因為采用內部指令來源），通過激活臺達-A系列伺服內置的CURVE平滑功能（參數 1－34～1－36）來得到很好的解決。位置P-CURVE和速度S－CURVE平滑功能，可以對運動命令進行平滑處理，使得電機所產生的速度和加速度是連續的。可以很好的改善電機加減速的特性，在機械結構的運轉上也更加平順。
四、結束語
基于以上架構的機械手控制方案具有控制精度高、系統穩定性高、用戶操作靈活的優點，這也是中達數控系統和臺達伺服獨有的一個典型應用。#p#分頁標題#e#
利用中達六軸數控系統自有的一些豐富功能，配合臺達伺服系統優異性能，可以被廣泛應用于各種工業自動化領域，完全能夠為客戶提供更有價值、“量身定做”的整合方案。
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