伺服驱动器在并联机器人上的应用

并联机器人是一类全新的机器人，它具有刚度大、承载能力强、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点，在人力成本日益增加的时代，这项技术广泛应用于包装行业的各个领域，例如食品饮料，药品，物流等多个行业，用于实现快速抓取，提高工作效率。随着先进制造技术的发展，并联机器人将有非常好的发展前景。

近几年国内各机器人制造商及设备制造企业纷纷开始研发Delta并联机器人。但是由于我国Delta并联机器人的发展时间较短，国内Delta并联机器人负载能力及运动速度等性能指标要逊色于国外Delta并联机器人，为了提高负载能力及运动速度，国内厂家往往采购国外高端伺服系统，但是却提高了生产成本，失去竞争优势。

2、国产高速并联机器人

本文项目中的用户是国内一家专业生产高速并联机器人的厂商，特别是其创新开发的高速Delta机器人，采用独特的双动平台结构，可实现三维空间内高精度拾放作业，具有速度快，精度高，可靠性好，易用性强的特点，可用于装配、搬运、分拣、拾料和装箱等作业领域。但是该款机器人在选择伺服系统时却着实费了一番周折。

一开始该公司选用的是全套国外高端伺服系统，配合其独特的机械结构，实现非常高的拾取速度。但是国外产品价格高昂，进行系统评测时还能承受，一旦进入批量生产环节，如此高的成本对国内还在发展阶段的机器人厂商来说确实无法承受。于是该公司联系了多家国内伺服厂商进行产品测试，希望能找到一款满足其性能要求的高性价比产品。最终，经过严苛的性能测试，清能德创推出的高性能多轴伺服驱动器CoolDrive A8得到了客户的认可，被选为该款高速Delta机器人的伺服系统。

该机器人规格参数见表1。

表1 机器人性能参数表

图1并联机器人机械系统组成图

3、系统设计

4轴高速并联机器人由Beckhoff工控机作为上位控制器，CoolDrive A8伺服驱动器驱动伺服电机组成机器人的控制系统，系统组成见图2。[page]

图2并联机器人控制系统组成图

该系统配置的优势在于：

1.、开放的上位控制系统。

Beckhoff工控机基于 PC 的控制技术将 PLC、运动控制、测量技术和机器人技术集成在同一个控制平台上。无需配备单独的 CPU 和网关，可以实现通用的工程环境，优化 PLC 和运动控制之间的同步，从而提高精度和速度。Beckhoff工控机内嵌的TwinCAT可利用现代处理器的多核技术，使得应用于机器人应用或测量分析的复杂数学算法可以在单独的内核上执行，不会影响 PLC 性能。

2、高性能的伺服驱动器。

CoolDrive A8伺服驱动器是清能德创电气技术（北京）有限公司最新推出的国内首款网络化模块化伺服驱动产品，融合了共直流母线、能效管理、功能安全，多轴同步等多项创新技术，为客户提供更节能，更灵活，更安全的伺服系统。CoolDrive A8从产品形态、功能上来说非常适合用于工业机器人行业，完全可以替代国外同类产品，为客户提供更具性价比的方案。

CoolDrive A8是国内首家通过ETG一致性测试的产品，可以实现与 Beckhoff上位的EtherCAT总线完美兼容，能够发挥EtherCAT任务的最佳性能。由于CoolDrive A8伺服驱动器的电流环、速度环和位置环的控制周期分别可达到62.5us、125us和250us，频率响应更是高达3KHz，可充分满足高速并联机器人高速响应、高同步性的性能要求。

CoolDrive A8的各种前馈补偿功能、控制参数在线调整功能和定位振动抑制功能，进一步提高了本系统的响应性能、控制精度和系统稳定性。 国内创新性的模块化结构和共直流母线设计简化了系统接线，使系统扩展更加灵活，并提高了能源使用效率。CoolDrive A8集成的STO、SS1、SS2等安全功能，在紧急情况下可触发预先设置好的安全动作，保障设备和人身安全。

4、机器人实际性能评价

客户对这款高速Delta机器人的性能评价指标，主要是指机器人在抓取标准工件时，机器人本体运行稳定，定位误差<0.1mm时的最大作业频率。在实际系统调试过程中，CoolDrive A8精调控制参数前，机器人的作业频率即可达到90次/分钟，超过之前客户测试的其他国内伺服系统的性能指标。而在通过对伺服系统各项控制参数进行精确设定后，这台高速DELTA机器人的拾取速率达到了120次/分钟，与客户之前采用的国外高端伺服系统的性能指标完全相同，这样的结果完全超出了客户的预期，也验证了CoolDrive A8完全有能力替代国外高端伺服系统。

5、结束语

清能德创成立于2012年，是一家国内领先的高新技术企业。清，即是清华的清，清能德创主创人员均来自清华大学电机系，拥有丰富的行业经验和产品独立开发能力。自创立伊始，清能德创就专注于中高端伺服市场，致力于为工业机器人等高端装备制造厂商提供国产高端伺服系统，不仅在性能和功能上充分满足机器人对伺服系统的要求，同时没有国外同类产品高昂的价格，真正为客户提供更具性价比的产品与专业及时的技术服务。