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华成工控:模块化,专机化的驱控一体系统

[ 发布日期:2019-12-20 ] 来源: 【打印此文】 【关闭窗口】

12月11-13日,“利元亨•2019高工机器人年会”在深圳机场凯悦酒店举行,大会共设核心供应链、新生态变革、AGV、物流应用、产线应用等8大专场,邀请500+机器人产业链企业,700+企业高层莅临现场。欢迎点击底部阅读原文查看直播!


前两年,驱控一体技术因为“真伪之辩”而广受热议,随着驱控一体产品的不断推出,如今,驱控一体技术已经趋于成熟,甚至成为SCARA的标配。

驱控一体基于硬件电路集成度的提高,为工控产品的小型化发展提供了必要的条件,以成本、安装尺寸和系统性方案上的优势备受市场青睐。同时,功能模块化的开发方式可以帮助用户缩减产品设计时间,提高工作效率,成为企业降本增效的不二选择。

2019年12月11日,由高工机器人举办的“利元亨·2019高工机器人年会”在深圳凯悦酒店隆重开幕,在华成工控冠名的核心供应链专场,华成工控技术总监石建军发表了《模块化、专机化的驱控一体系统》的主题演讲,以驱控一体的技术趋势为出发点,以华成工控在驱驱一体上的探索为基础,进一步阐释了驱控一体技术的优势。

驱控一体的特点和优势

在客户低成本、高性能、空间占用小、操作简单和维护方便等需求下,小型化、模块化、专机化的驱控一体方案成为趋势。石建军表示,驱控一体首先是空间占用小、成本低、维护简单、可靠性高。

对于多轴系统而言,一般的驱控一体,整机配置不够灵活,但是如果采用模块化设计,就可以很好地解决这个问题。模块化的驱控一体,无论CPU板、IO板、伺服板等,都可以在一定的框架下相互替换,灵活性很高。同时,多轴的驱控一体,还可以进行节能设计,较大程度的降低运行成本。

石建军表示,对于特定的比较成熟的行业而言,其外部的设置已基本成型,不会有太大的改变,可以专门为其定制一套系统,允许适当的部件,在小规格上面可以选配,以比较完备的、覆盖行业的大部分情况、性能和灵活性得到保证的同时,成本可以大程度地降低。

驱控一体的主流设计方案

与传统的运动控制不同的是,驱控一体集成了伺服驱动和运动控制,两者之间在内部进行高速数据通信。设计之初,就抛弃了各种接口器件,而用的时候,客户可以节省大量电缆、空间,从这一点就可以看到显性的成本降低的可能。

而且伺服驱动与运动控制,其数据交换在内部高速运行,数据交换方面的瓶颈得到解决,对柔性拖动示教和智能防撞而言,基础已经搭建好了,剩下就是实现方案的问题。 

石建军指出,驱控一体根据应用场合及重点关注的不同,目前主流的设计方案有:单芯片方案、多芯片方案和总线式方案。其中,单芯片方案和多芯片方案是单板式、集成式的方案,总线式方案是多板式、分布式的方案。 

单芯片方案主要是针对单双轴机械臂系统,二次元冲压机械手系统等,因为性价比高,客户应用得非常多;而如果针对多轴机械手,那就需要多芯片的方案。“可以说,采用多芯片方案的驱控一体,性能已经很好,成本也不错。”石建军表示。 

正是基于这种架构方案,华成工控设计了多轴桁架式机械手控制系统、四轴冲压机械手控制系统、四关节机器人控制系统等几款不同的驱控一体系统。 

但他也同时指出,无论是单芯片方案还是多芯片方案,都只适合单板式设计,而单板式设计,因为PCB板的面积及空间分布的问题,其扩展性稍有限制。所以当轴数大于4轴的时候,就需要考虑分布式多板式设计方案,高速总线式架构就是这样一种方案。

据悉,高速总线式架构通过一条内部高速总线,将运动单元、伺服驱动单元,IO单元、模拟量单元等串连在一起,使数据可以在内部高速交换,达到一体化效果。

相较于单芯片和多芯片的单板式方案,总线式的多板式方案,整个系统的可扩展和可配置能力,都得到了很大提升,通配性非常好。

基于这种方案,华成工控设计了六关节机器人控制系统、四关节机器人控制系统、八轴驱控一体控制柜等产品,整体可配置方案多,维护非常简便,适合大多数行业领域。

关键技术突破

“做驱控一体系统,不是单纯的把伺服驱动和运动控制揉到一起,而是要有机地考虑两者之间的关系。”石建军表示。

而基于驱控一体系统的开发实践,华成工控已经突破一些关键的技术点,比如共直流母线及能效管理技术。其中,共直流母线的技术主要针对多轴非同步运动情况,其作用是降低系统的能源消耗以及运行成本。 

对于直流共母线设计的多轴系统来说,当一个轴处于发电状态,一个轴处于电动状态的时候,那它发电状态产生的电,就可以直接通过母线,输给电动状态的轴使用,几乎没有消耗,不产生热量。 

石建军表示,华成工控还会在算法上进行能效管理,主动对运动进行优化,使系统尽可能朝着这种状态运动。”这种方案,首先是可以降低耗电量;其次,产生的热量可以减少,系统的散热压力可以得到很大的缓解,整个系统可以做更加小型化的设计。” 

正是得益于直流共母线及能效管理技术,华成工控驱控一体产品即使做得很小,散热都比较好,温升也能得到比较好的控制。 

“当我们采用驱控一体设计的时候,因为数据交换的瓶颈得到解除,对于需要伺服驱动和运动控制快速协调的相关控制算法,就有了实现的可能。”石建军表示,而利用好这些融合后的技术,不仅可以设计出更多的功能点,对整个轨迹运动过程也可以优化,使机器人能够更加平滑快速的加减速,提升机器人的整体寿命,变相降低机器人的应用成本。

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