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華成工控:模塊化,專機化的驅控一體系統

[ 發布日期:2019-12-20 ] 來源: 【打印此文】 【關閉窗口】

12月11-13日,“利元亨•2019高工機器人年會”在深圳機場凱悅酒店舉行,大會共設核心供應鏈、新生態變革、AGV、物流應用、產線應用等8大專場,邀請500+機器人產業鏈企業,700+企業高層蒞臨現場。歡迎點擊底部閱讀原文查看直播!

 

前兩年,驅控一體技術因為“真偽之辯”而廣受熱議,隨著驅控一體產品的不斷推出,如今,驅控一體技術已經趨于成熟,甚至成為SCARA的標配。

 

驅控一體基于硬件電路集成度的提高,為工控產品的小型化發展提供了必要的條件,以成本、安裝尺寸和系統性方案上的優勢備受市場青睞。同時,功能模塊化的開發方式可以幫助用戶縮減產品設計時間,提高工作效率,成為企業降本增效的不二選擇。

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2019年12月11日,由高工機器人舉辦的“利元亨·2019高工機器人年會”在深圳凱悅酒店隆重開幕,在華成工控冠名的核心供應鏈專場,華成工控技術總監石建軍發表了《模塊化、專機化的驅控一體系統》的主題演講,以驅控一體的技術趨勢為出發點,以華成工控在驅驅一體上的探索為基礎,進一步闡釋了驅控一體技術的優勢。

驅控一體的特點和優勢

在客戶低成本、高性能、空間占用小、操作簡單和維護方便等需求下,小型化、模塊化、專機化的驅控一體方案成為趨勢。石建軍表示,驅控一體首先是空間占用小、成本低、維護簡單、可靠性高。

 

對于多軸系統而言,一般的驅控一體,整機配置不夠靈活,但是如果采用模塊化設計,就可以很好地解決這個問題。模塊化的驅控一體,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,多軸的驅控一體,還可以進行節能設計,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而言,其外部的設置已基本成型,不會有太大的改變,可以專門為其定制一套系統,允許適當的部件,在小規格上面可以選配,以比較完備的、覆蓋行業的大部分情況、性能和靈活性得到保證的同時,成本可以大程度地降低。

驅控一體的主流設計方案

與傳統的運動控制不同的是,驅控一體集成了伺服驅動和運動控制,兩者之間在內部進行高速數據通信。設計之初,就拋棄了各種接口器件,而用的時候,客戶可以節省大量電纜、空間,從這一點就可以看到顯性的成本降低的可能。


而且伺服驅動與運動控制,其數據交換在內部高速運行,數據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,基礎已經搭建好了,剩下就是實現方案的問題。 

 

石建軍指出,驅控一體根據應用場合及重點關注的不同,目前主流的設計方案有: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械臂系統,二次元沖壓機械手系統等,因為性價比高,客戶應用得非常多;而如果針對多軸機械手,那就需要多芯片的方案。可以說,采用多芯片方案的驅控一體,性能已經很好,成本也不錯。石建軍表示。 

 

正是基于這種架構方案,華成工控設計了多軸桁架式機械手控制系統、四軸沖壓機械手控制系統、四關節機器人控制系統等幾款不同的驅控一體系統。 


但他也同時指出,無論是單芯片方案還是多芯片方案,都只適合單板式設計,而單板式設計,因為PCB板的面積及空間分布的問題,其擴展性稍有限制。所以當軸數大于4軸的時候,就需要考慮分布式多板式設計方案,高速總線式架構就是這樣一種方案。

 

據悉,高速總線式架構通過一條內部高速總線,將運動單元、伺服驅動單元,IO單元、模擬量單元等串連在一起,使數據可以在內部高速交換,達到一體化效果。

 

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,整個系統的可擴展和可配置能力,都得到了很大提升,通配性非常好。

 

基于這種方案,華成工控設計了六關節機器人控制系統、四關節機器人控制系統、八軸驅控一體控制柜等產品,整體可配置方案多,維護非常簡便,適合大多數行業領域。

 

關鍵技術突破

做驅控一體系統,不是單純的把伺服驅動和運動控制揉到一起,而是要有機地考慮兩者之間的關系。石建軍表示。

 

而基于驅控一體系統的開發實踐,華成工控已經突破一些關鍵的技術點,比如共直流母線及能效管理技術。其中,共直流母線的技術主要針對多軸非同步運動情況,其作用是降低系統的能源消耗以及運行成本。 

 

對于直流共母線設計的多軸系統來說,當一個軸處于發電狀態,一個軸處于電動狀態的時候,那它發電狀態產生的電,就可以直接通過母線,輸給電動狀態的軸使用,幾乎沒有消耗,不產生熱量。 

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石建軍表示,華成工控還會在算法上進行能效管理,主動對運動進行優化,使系統盡可能朝著這種狀態運動。這種方案,首先是可以降低耗電量;其次,產生的熱量可以減少,系統的散熱壓力可以得到很大的緩解,整個系統可以做更加小型化的設計。” 

 

正是得益于直流共母線及能效管理技術,華成工控驅控一體產品即使做得很小,散熱都比較好,溫升也能得到比較好的控制。 

 

當我們采用驅控一體設計的時候,因為數據交換的瓶頸得到解除,對于需要伺服驅動和運動控制快速協調的相關控制算法,就有了實現的可能。石建軍表示,而利用好這些融合后的技術,不僅可以設計出更多的功能點,對整個軌跡運動過程也可以優化,使機器人能夠更加平滑快速的加減速,提升機器人的整體壽命,變相降低機器人的應用成本。


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