AB 旋轉伺服電機 1746-IV32 同步傳輸控制

AB 旋轉伺服電機 1746-IV32 同步傳輸控制

AB 旋轉伺服電機 1746-IV32 同步傳輸控制

執行層：決定工業機器人實際運動的準確度

機器人的“肌肉”——伺服系統

伺服系統是機器人的“肌肉”，是一種自動控制系統，能夠jingque地跟隨或復現某個過程。伺 服系統由驅動器、驅動電機、伺服編碼器及配套軟件組成。伺服驅動器控制伺服電機，其 作用是將控制信號轉換為電機運動的驅動信號，一般通過位置、速度和力矩三種方式對伺 服電機進行控制，實現高精度的傳動系統定位。伺服電機是控制機械元件進行運轉的發動 機，接收到伺服驅動器的驅動信號后，將電能轉化為機械能，即將電壓信號轉化為轉矩和 轉速以驅動控制對象。伺服編碼器一般安裝在伺服電機末端，用于測量轉角及轉速，是伺 服系統的信號反饋裝置，對伺服系統的精度有著關節作用。

ABB 伺服驅動器及伺服電機產品性能優越，覆蓋電壓及功率范圍較大。ABB 的伺服驅動器 能滿足大部分電壓范圍應用場合，定位精度較高。MicroFlex e190 和 MotiFlex e180 高度 集成了以太網的靈活連接和電機反饋技術，并針對要求苛刻的運動應用進行優化。ABB 伺 服電機也同樣擁有完整的產品系列，功率覆蓋范圍滿足大部分應用場合，高轉速及高轉矩 滿足能夠實現高動態響應及控制。

ABB 為其伺服產品提供了專門的選型和調試工具。Servosize 是針對 ABB 伺服產品的選型 工具，支持的產品有 MotiFlexe180、MicroFlexe190 和 E530 伺服驅動器以及 eSM、DSM 和 HDS 伺服電機。MintWorkbench、ServoComposer 和 AutomationBuilder 是針對 ABB 產品的編程和調試工具。MintWorkbench 可用于 MotiFlexe180 和 MicroFlexe190 伺服驅動 器的編程和調試，ServoComposer 可用于 E530 伺服驅動器的調試，而 AutomationBuilder 則可用于運動控制 PLC 的編程和調試。

機器人的“關節”——減速器

減速器機器人的“關節”，是連接伺服電機和執行機構的中間裝置。減速器通過齒輪嚙合將 伺服電機高轉速的動力轉化為低轉速、高轉矩的機械運動傳遞到執行機構上，起到匹配轉 速和傳遞轉矩的作用。減速器的輸出轉速、傳動精度、輸出轉矩等決定了對應運動軸的運 動速度、定位精度和承載能力。一般來說，工業機器人的每一個關節都需要搭配一個減速 器，工業機器人大多為六軸，故一般一臺工業機器人需要六個減速器。減速器可以分為諧 波減速器和 RV 減速器，諧波減速器使用簡單、精度較高，但結構剛性不及 RV 減速器，日 本哈莫納科為全球大諧波減速器生產商；RV 減速器結構剛性較好、輸出轉矩大，但其內 部結構較為復雜、制造成本高、傳動精度略低，日本納博特斯克為全球大 RV 減速器生產 商。

工業機器人企業減速器自產程度較低，大多采取外購。減速器市場集中程度較高，據哈工 大 2021 年發布的《中國機器人產業發展報告》，日本哈默納科、納博特斯克和住友占據了 85%的份額，其中納博特斯克是 RV 減速器的發明者，占據全球工業機器人減速器市場的 60%，并在以及數控機床自動換刀（ATC）裝置的 RV 減速器市場占比 80%，工業機器人 四大家族減速器自產能力較弱，均外購納博特斯克的減速器。日本哈默納科是全球早研 發生產諧波減速器的企業，減速器市場占比第二位 15%。

決策層：決定工業機器人性能的關鍵

控制器在機器人結構中承擔“小腦”的作用，是決定機器人性能的主要因素。控制器接收 傳感信息并據此生成對應的控制指令，控制機器人完成動作任務。控制器包括硬件和軟件 兩部分，硬件為控制計算機和示教器，其中示教器是進行機器人手動操縱及配置與編程的 手持裝置；軟件主要為以控制算法為核心的運用軟件和系統。控制器的工作原理是將檢測 單元的輸入信號與設定值信號進行比較，并對偏差信號進行運算，然后將運算結果輸出到 執行器，又執行器改變操縱變量再輸出到被控對象。

以 ABB 為例，OmniCore 工業機器人控制器為工業機器人提供強勁性能。其中 C 系列是 OmniCore 家族的緊湊型控制器，不僅在尺寸上大大減小，而且具備靈活的集成能力；E 系列是超緊湊控制器，旨在滿足客戶運行緊湊電子產品裝配線的需要；V 系列（特韌型）是 模塊化 OmniCore 控制器系列中的中型控制器，主要面向工業環境中的中型和大型機器人 進行優化，例如 MH/MT、弧焊。

ABB 的 IRC5 是機器人控制器技術的行業。ABB IRC5 控制器包含單柜型、雙柜型和 緊湊型，其中單柜型 IRC5 由控制器和 FlexPendant 示教器兩個硬件部分組成。使用者可以 在 FlexPendant 示教器或 FlexPendant 示教器上的 RobotStudio 上對機器人進行編程。此 外，IRC5 采取靈活的模塊化分布設計。模塊化分布設計較集中式控制器更為靈活，IRC5 由控制模塊和驅動模塊組成，可選增過程模塊，使得 IRC5 可以靈活控制一臺六軸機器人和 伺服驅動工件定位器。其中，控制模塊自帶主計算機，能夠執行控制算法，為多達 36 個伺服軸進行復合路徑計算，并可指揮四個驅動模塊。此外，IRC5 還提供靈活性、安全性、 模塊化、應用程序接口、多機器人控制和 PC 工具支持。

ABB 控制器由其優越的運動控制技術支持。QuickMove、TrueMove 和 MultiMove 是 ABB 的核心運動控制技術，它們對于機器人的精度、速度、周期時間、可編程性以及與外部設 備同步性等機器人性能指標的提升起到了重要作用。TrueMove 保證了機器人的路徑精度， 能夠確保不論速度或運行模式如何，甚至是在安全保護停止、進程停止、程序停止或斷電 后，機器人的運動路徑也會遵循編程路徑；QuickMove 則能夠在短時間內實現運動控制， 可以根據不同的工作任務自動優化軸的加速度和速度，從而實現更高效、更的運動控 制，提高機器人的生產效率和精度，循環速度比競爭對手快 25%；MultiMove 的引入進一 步鞏固了 ABB 在先進機器人系統和功能方面的地位，可以確保多達 4 臺機器人協同運 行。

貝加萊控制系統為 ABB 機器人提供強大集成架構。據公司官網，2017 年 4 月 ABB 宣布收 購貝加萊，貝加萊在工業軟件行業處于地位，是 PLC、工業 PC 機、伺服系統控制的 真正，其擁有完整的集成架構。2019 年，ABB 和貝加萊聯合開發了一種將 ABB 機 器人集成到貝加萊機器控制系統中的解決方案。該方案簡化了機器人的編程，實現工作臺 和機器人的并行工作、提高了機器人運動和傳感器的同步、實現對機器人的仿真模擬，使 開發更加便捷。

IT 架構：軟件地位有望逐步提升

以 ABB 為例，工業機器人 IT 架構是決策系統的底座。在工業機器人的決策系統中，我們 看到控制器起到了調度機器人行為、執行復雜指令的重要作用。拆解決策系統來看，底層 的基礎控制硬件和控制軟件，是工業機器人 IT 架構中的核心底座。

硬件：主控設備由 DSQC1000 主計算機等核心硬件構成。單柜型 IRC5 搭載 DSQC1000 主計算機，是整個控制器的大腦，用來接收機器人運動數據和外圍信號，并將信號發送到 各單元；軸計算機接收機器人軸串行測量板返回的位置數據，并與原來的位置數據進行比 較和運算輸出新的位置和速度控制參數；主伺服驅動器用來驅動分布在機器人 6 個軸上的 伺服電機；I/O 模塊用來連接外部信號，是用戶自定義的輸入、輸出信號板；安全面板用來 連接安全相關的信號，正常工作時 LED 燈保持點亮。

軟件：一般由操作系統和算法庫構成。操作系統主要包括 VxWor（嵌入式實時操作系統） 及使用較多的開源操作系統 Windows CE、嵌入式 Linux、嵌入式 Linux、μC/OS-Ⅱ以及 通用 ROS 平臺。其中算法庫包括底層算法庫和應用工藝算法庫，底層算法庫是直接在計算 機操作系統上開發出的算法，控制算法用來規劃機器人的運動點位，動力學算法用來識別 機身負載物的轉動慣量；應用工藝算法庫是軟件使用人員二次開發的算法。RobotWare 是 ABB 嵌入式工業機器人控制器專用軟件系列，用于控制 ABB 公司生產的各種工業機器人。 所含選購插件可為機器人用戶提供一系列豐富系統功能，如多任務并行、對機器人傳輸文 件信息、外部系統通信、先進運動任務等。

ABB 還提供各種針對不同應用場景下不同功能的軟件包。包括噴涂軟件包、上下料軟件包、 拾料軟件包、機加工軟件包、切割軟件包、碼垛軟件包、PickMaster 揀選包裝軟件包等。 為焊接、切割、拾料、碼垛等專門環節提供了定制化的軟件服務，提高特定生產環節的工 作效率。

此外，工業機器人的編程方法一般包括示教編程和虛擬仿真編程。示教編程需要由操作者 對機器人進行逐步的作業引導，通過示教器操作告知機器人需要完成的動作，示教操作完 成后即生成程序，機器人即可按照生成的程序復現全部示教動作，適用于自動生產線等重 復作業機器人。虛擬仿真編程是通過編程軟件實現編程和仿真兩個功能，不僅可以編寫程 序，還可以對機器人運動進行模擬仿真以驗證程序有效性。虛擬仿真編程需要配備機器人 廠家專門的編程軟件，例如 ABB 的 Robot Studio。 Robot Studio 是 ABB 機器人仿真和編程軟件，一方面提供可視化編程環境是機器人編程 更加靈活高效，另一方面強大的仿真功能可以幫助用戶進行機器人應用程序的開發和測試。 2023 年 1 月，ABB 通過云功能增強了其 RobotStudio 機器人編程和仿真軟件，新的 RobotStudio Cloud 使個人和團隊能夠在任何設備上遠程實時協作進行機器人單元設計。

IT 架構：軟件地位有望逐步提升。我們認為，隨著工業機器人向智能化發展，已經逐步進 入軟件定義階段，機器人不再是一個機械制造品（迭代慢/軟硬高度耦合），而逐步演化為 IT 產品（迭代快速/軟硬解耦）。不論是操作系統、算法庫、還是編程開發軟件，在機器人迭代 過程中，正扮演著越來越重要的角色，軟件算法的差異將對機器人終能夠實現的智能化 水平產生重要影響。基于此，我們看好機器人產業變革下，IT 軟件發展機遇，軟件地位有 望逐步提升。

AB 旋轉伺服電機 1746-IV32 同步傳輸控制