基于贝加莱控制系统的工业机器人研发（一）

基于贝加莱控制系统的工业机器人研发（一）

0、前言

奇瑞汽车股份有限公司是中国最大的自主品牌汽车生产商之一。目前，奇瑞公司已具备年产整车90万辆、发动机65万台和变速箱40万套的生产能力。随着生产规模不断扩大，对自动化生产线需求也越来越高，工业机器人的应用数量也越来越多。为了降低生产成本，奇瑞汽车从2007年开始自主研发工业机器人，发那科机器人维修，目前已完成基于贝加莱工业自动化系统的第三代机器人的研发。

工业机器人主要有机械系统、控制系统、系统软件三部分组成。

1、机械系统

1.1机械系统的组成

机器人机械系统主要由机械本体和外围结构组成，如1所示。机械本体主要由底座部分、平衡缸部分、大臂、小臂部分和手腕部分组成。外围结构主要由管线包以及一些管卡组成。

1机器人机械系统组成

1.2机器人的性能参数

基于贝加莱系统的第三代机器人是奇瑞汽车股份有限公司自主研发的大负载工业机器人，型号为QB-165，最大负载165公斤，有六个自由度。该机器人也是我国自主研发的最先进的大负载工业机器人之一，各项性能参数达到国际先进水平，具体参数如表1所示。

表1机器人性能参数表

2、控制系统

整体总体架构如2所示。

控制系统选择了贝加莱移动式面板作为示教器，该系统还包括APC820工控机、ACOPOSmulti伺服驱动器及电机，其系统主要部件和性能描述如下：

2基于贝加莱系统的机器人系统架构

2.1移动式面板

移动式面板是用于机器人人机交互操作，子锐机器人维修，如点动机器人，示教再现，动态显示和参数调试等，MobilePanel的特点在于对于现场使用的机器人而言，多个机器人可共享一个面板，这样可以降低HMI的成本。

IntelPXA270处理器

256MBDRAM

128MBFlash

以太网接口

USB1.1接口

除此之外，该面板还有31个系统按钮用于操作，包括急停、操纵杆、钥匙开关，非常适合于机器人系统的应用特点，并且，采用WindowsCEEmbedded操作系统，具有较强的实时任务处理能力。

2.2APC820工控机

2.2.1突破传统设计理念

传统的机器人均采用专用的控制系统硬件设计，然而传统的硬件系统具有开发周期长、系统扩展不易，并且软件编程不方便，这与传统的PLC无法处理如此复杂的CNC和机器人齐次方程库的算法有关，并且，另一方面，基于Windows架构的PC由于不具有实时性而无法处理实时任务，然而，随着硬件技术的发展这些问题在今天已经由通用的平台即可完成。

2.2.2运动控制与机器人处理

B&R的APC820是一个通用的PC硬件平台，它可同时运行WindowsXP或WindowsCEEmbedded操作系统和AR(AutomationRuntime)实时操作系统，将复杂的形画面任务由Windows处理，而将路径规划、轴控制任务由AR来处理。

2.2.3高鲁棒性设计

从硬件设计本身而言，子锐机器人维修，APC820遵循严格工业标准而设计，无风扇和无旋转部件设计，并且内部无电缆连接而全部采用接插件连接方式，这样可以保证机器具有高鲁棒性特点。

2.2.4紧凑型设计

同时，APC820是与ACOPOSmulti伺服驱动器具有相同的安装尺寸和规格的，这使得它无需额外的安装机架，其尺寸设计与ACOPOSmulti的46mm宽度相同，直接安装在系统的最左侧，与驱动系统融为一体，并通过高速实时以太网EthernetPOWERLINK来连接。

2.3伺服驱动器与伺服电机

伺服驱动器采用的是贝加莱公司最新开发的智能型ACOPOSMulti驱动器，具有尺寸紧凑，模块化结构，一个驱动器可以带两个伺服电机等特点；伺服电机选择的是贝加莱公司设计的高精度，高动态响应，带有多圈绝对式编码器的同步伺服电机。

2.4实时以太网EthernetPOWERLINK

机器人系统是一个对于网络的实时性要求非常高的应用,奇瑞机器人系统需要在生产现场实现高速、高精度的焊接加工，如果机器人的响应速度较慢的话则无法满足快速的汽车生产需求，而为了加快生产速度和保障加工质量，必须降低控制任务的循环周期。

△S=△V*△t

△S-加工精度

△V-加工速度

△t-循环时间

若我们想提高加工速度又想提升加工精度，从控制角度分析而言，我们只有降低△t-即系统的循环时间，而基于总线的控制技术则需要由总线的刷新周期来配合控制系统的刷新周期，EthernetPOWERLINK是该系统采用的总线连接，POWERLINK是一个100Mbps传输速率的高性能网络，具有高实时性，其系统同步时间为0.1uS,抖动远小于1uS，通过直接交叉通信，可以实现轴与轴之间的直接通信，从而提高系统的响应能力。

2.5控制系统先进性

由于工控机APC820提供强大的运算能力以及通过高速实时以太网POWERLINK（100Mbps）连接工控机与伺服驱动器，使得能够实现复杂的运动控制算法对伺服电机的集中式控制，并且能够实现一台工控机对多台6轴机器人的控制。

贝加莱的软件开发平台AutomationStudio集成有标准的关节型机器人运动功能模块，使得用户开发和调试机器人软件的时间大为缩短。系统具有很强的可扩展性，APC820可以通过接口卡方便地连接Ethernet、POWERLINK、ProfiBus、DeviceNet、CANOpen、Modbus等主流现场总线模块。由于系统硬件模块少，电气布置简单，连线少，一方面减少了电控柜的体积，另一方面使得电气系统的可靠性得到了提高。