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根據SCARA機械手結構原理特點設置與標定SCARA機械手

發布日期:2019-07-09

SCARA機械手的結構原理是什么

答:采用高彈性、高整合性的大升智能SCARA工業機器人,以及外圍自動化零件(如伺服系統、視覺系統、線性模塊等),不僅滿足單機或結合移載平臺應用。最具有口碑的SCARA機器人結合我國先進的自動化操作系統,使得我國的機器人工作站能更加的高效能工作。下面詳細的分享SCARA機器人的機械結構介紹:

1.伺服電機加諧波減速機
第一二軸結構相同,都是伺服電機加諧波減速機傳動。當于,出于成本的考慮,也有將伺服電機換成步機電機,或者將諧波減速機換成行星減速機或者RV減速機的。但目前的SCARA機器人的第一二軸還是主要以伺服電機加諧波減速機。
 
2.耦合式
SCARA機器人三四軸設計就比較豐富多樣。耦合式即軸的驅動是分離的,分花鍵軸、滾珠絲桿各一根,由兩個電機分別驅動升降與旋轉兩個自由度,SCARA機器人耦合式,即三軸與四軸的驅動的耦合的,相互影響的,由一根滾珠絲桿花鍵軸實現。單個電機無法實現單獨的旋轉或升降,必須兩個電機同時驅動才能實現。
 
3.解耦式
SCARA機器人的解耦式的結構優點是設計相對簡單,價格對比便宜,缺點是對花鍵軸與滾珠絲桿的平行度要求很高,裝配比較困難。而耦合式的結構優點是設計緊湊,重量較輕,缺點是滾珠絲桿花鍵軸價格高昂,廠家極少,基本屬于壟斷。除了解耦式與耦合式的不同以外,不同廠家的SCARA機器人對于電機的分布,減速裝置的設計有多種形式。
 

總而言之,正是因為SCARA機器人機械結構多樣化,使其具備容易快速導入產線自動化的優勢,在制造系統中呈現了更高的靈活性、敏捷度并逐步實現智能生產。從而體現專業的SCARA機器人的高效率的自動化,解放工人的雙手,加速我國自動化大國的進程。


如何設置與標定SCARA機械手

初次上機調試 SCARA機械手, 分為下面步驟:

1. 確認SCARA機械結構及臂長

2. 配置各軸UNIT

3. 確認各軸運動方向

4. 絕對式編碼器讀取與SCARA位置標定

5. 軟限位設置


方法/步驟1-確認SCARA機械結構及臂長

配置機構耦合關系

SCARA最常見的是RZ耦合。RZ耦合即確認SCARA的R軸(J4)和Z軸(J3)是否存在耦合關系。當單獨控制R軸旋轉時,SCARA的Z軸會被帶動上下移動的情況,該SCARA的R軸和Z軸即是耦合結構。具有RZ耦合結構的SCARA本體機構,需配置正確的耦合關系。如SCARA本體的機械機構中R軸和Z軸各自獨立,互不影響,則無需配置耦合關系。

     

Motion Studio中配置RZ耦合關系操作如下:

"硬件配置"—>選擇"運動"選項卡—>雙擊要配置的"控制單元"—>"Device"—>"SCARA"

用公式計算耦合關系:RZ_NUM / RZ_DENOM=L / 360

RZ_NUM : RZ耦合關系系數的分子。

RZ_DENOM : RZ耦合關系系數的分母。

L:R軸旋轉一周,Z軸的移動量(單位為毫米)。

注意:以上設置需在各軸UNIT設置正確的情況下進行。各軸UNIT的設置方法會下UNIT設置章節說明。

配置SCARA各臂長

根據實際SCARA本體機構,設置正確的各臂長度。

  

Motion Studio中配置各臂長度的操作如下:

"硬件配置"—>選擇"運動"選項卡—>雙擊要配置的"控制單元"—>"Device"—>"SCARA"

Arm1:J1中軸線與J2中軸線的垂直距離,單位為mm。(SCARA機械本體圖紙中得到)

Arm2:J2中軸線與J4中軸線的垂直距離,單位為mm。(SCARA機械本體圖紙中得到)

Arm3:J4中軸線與工具末端中心線的垂直距離,單位為mm。(工具機構加工圖紙中得到)

方法/步驟2-配置各軸UNIT

  1. Motion Studio中配置UNIT的操作如下:

    "硬件配置"—>選擇"運動"選項卡—>雙擊要配置的"控制單元"—>"Device"—>"Axis"

  2. 對于旋轉運動軸J1,J2,J4,UNIT可使用下面公式

    例1:假定關節軸J1的馬達解析度為131072(17bit),減速機的減速比為80,伺服里設置的電子齒輪比為4/1。那么J1軸的UNIT為:

    UNIT=UNIT_NUM/UNIT_DENOM=131072*80/4*360=65536/9

    即:UNIT_NUM設置為65536,UNIT_DENOM設置為9。

    例2:假定關節軸J2的馬達一圈指令脈沖數為65536(上位發送65536個指令脈沖到伺服驅動器,伺服驅動器控制馬達旋轉一圈),減速機的減速比為80。那么J2軸的UNIT為:

    UNIT=UNIT_NUM/UNIT_DENOM=65536*80/360=131072/9

    即:UNIT_NUM設置為131072,UNIT_DENOM設置為9。

  3. 對于直線運動軸J3,可使用下面公式

    例:假定關節軸J3的馬達解析度為131072(17bit),減速機的減速比為2,伺服里設置的電子齒輪比為4/1,J3的絲杠螺距為16mm,那么J3軸的UNIT為:

    UNIT=UNIT_NUM/UNIT_DENOM=131072*2/4*16=4096/1

    即:UNIT_NUM設置為4096,UNIT_DENOM設置為1。

方法/步驟3-確認各軸運動方向

在Motion Studio中配置各軸的指令脈沖輸出類型。

正確的指令脈沖配置后,各關節軸控制的方向需如下圖:


方法/步驟4-絕對式編碼器讀取與SCARA位置標定

  1. 說明

    SCARA控制系統通常不會安裝限位開關來提供回原點的位置參考,一般需要控制器讀取伺服的絕對式編碼器來獲取絕對位置,用于給系統提供位置參考。Motion Studio中提供了支持RS232/422/485串口通信讀取絕對式編碼器的方式,用戶根據實際硬件配置后,即可完成絕對式編碼器讀取,然后再進行SCARA位置標定。

    注:目前支持的伺服廠牌:松下、三菱、山洋、富士、臺達、Servotronix。

  2. 絕對式編碼器讀取

    根據實際硬件,接好控制器串口到各伺服驅動器的通信線。然后使用Motion Studio,如上圖:點擊“絕對式編碼器設置”進入“絕對式編碼器設置”頁面,設置說明如下:

    1. 通信使能:使能各串口。

    2. 串口: 根據實際硬件連線, 選擇讀取各伺服軸絕對式編碼器的串口號(可通過電腦設備管理器中查看)。比較常見的情況是,SCARA的4個伺服通過1個RS485串口讀取,4個伺服通過伺服驅動器里設定的地址來彼此區分,這時候,4個伺服軸選擇的串口號是同一個。

    3. 波特率:控制器設定的波特率需與伺服驅動器里設定的絕對式編碼器讀取通信波特率一致。即該項的設定需根據伺服驅動器里設定的波特率來選擇。

    4. 通信超時:通信超時的判斷時間,單位為ms。

    5.伺服廠商:根據實際要讀取的伺服選擇廠牌,如果實際伺服沒有在可選擇的伺服廠商列表中,需與研華的技術支持聯系。

    6. 伺服軸地址:如果用一個串口總線(如RS485)去讀取4個伺服的絕對式編碼器值,那需將4個伺服驅動器里的伺服地址設定成不一樣(參考對應的伺服手冊)。該項根據實際設定的伺服地址來填寫。

    7. 單圈解析度:伺服馬達的解析度,即伺服馬達單圈的編碼器解析度,比如是17位的編碼器,那就填131072。

    8. 一圈指令脈沖數:填寫上位發送多少個指令脈沖可以控制伺服馬達旋轉一圈。

    9. 編碼器方向:需確認指令脈沖方向與編碼器方向是一致的。如控制器發送正向1000個指令脈沖到伺服驅動器,那讀到的編碼器值應該也是正向增加1000個脈沖。否則,則需要切換方向讓指令脈沖與編碼器方向一致。

    10. 絕對位置:顯示讀上來的編碼器絕對位置。第11項的“設置”按鈕按下后,該項即會更新一次。

    11. 設置:按下“設置”按鈕后,Motion Studio會將上述1~10的配置保存設定,同時會根據設定讀取4個伺服軸的編碼器絕對值到第10項的顯示框里。

  3. ?SCARA位置標定

    對SCARA進行控制之前,必須要將各伺服馬達的絕對位置與SCARA的姿態做一個關聯標定。以便讓SCARA的控制系統有位置參考。進行SCARA的位置標定前,必須要保證上一步“絕對式編碼器讀取”是正常的。

    如下圖,進入“SCARA起始點標定”頁面。按如下操作步驟進行位置標定:

    控制J1,J2,J4,讓SCARA沿世界坐標系X+方向伸直,如上圖標識3紅框中的最左這張俯視示意圖一樣(最常見的位置標定姿態,也可以選擇其它姿態進行標定)。控制J3,根據實際情況選擇一個零位。

    進入"絕對式編碼器設置"頁面,點擊“設置”,再讀一次各軸的編碼器絕對值。再進入“SCARA起始點標定”頁面,可以看到剛才讀到的編碼器絕對值已傳入上圖標識2的紅框里。

    在上圖標識1的紅框里將J1,J2,J3,J4的值分別填入0,0,0,0(用其它姿態標定,這里填入的值要根實際一致才能正確標定)。

    點擊上圖標識4的“設置”按鈕,進行標定。Motion Studio將會保存標定信息。

方法/步驟5-軟限位設置

說明

軟限位設置是控制SCARA前非常重要的步驟,是避免因控制錯誤導致機構撞機的重要手段。機械手的動作超出軟限位,系統會發出錯誤報警,停止SCARA運行。

如下圖,以J1軸為例。常見SCARA的J1,J2軸是不能往一個方向一直轉的。通常有正負方向的機械限位。為保證SCARA本體機構不會撞到機械限位,通常會設置軟件限位,軟件限位通常會設定在機械限位靠前一些的位置(可根據實際的速度和減速度等因素留多一點空間余量)。

 

根據實際的應用需求,在Motion Studio中進行各軸的軟件限位設置。

SNEL_EN/SPEL_EN:負/正方向軟限位使能。選擇SLMT_EN進行使能。

SNEL_MODE/ SPEL_MODE:負/正方向軟限位被觸發后的反應模式。可選擇減速停止或立即停止軸運動。

SNEL/SPEL:負/正方向軟限位位置。該處的單位是脈沖,所以需轉換成脈沖值填寫。如J1軸負方向軟限位SNEL需要限制在-135度,那么SNEL=-135*UNIT=-135*,值需填寫整數,如果除不盡,可舍棄小數后面的值。

以上5步都按順序完成后,初次上機調試SCARA的工作就基本完成了。接下來就可以控制SCARA執行點位、直線、圓弧等運動了。

  

注:如何初次上機調試SCARA的介紹里主要說明了一些需注意的重要內容,并未介紹全部的細節配置,也未介紹MAS控制器與SCARA伺服驅動器間的硬件連線說明。如有不懂之處,請聯系研華技術支持。



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