AB 旋转伺服电机 1746-IV32 同步传输控制

AB 旋转伺服电机 1746-IV32 同步传输控制

AB 旋转伺服电机 1746-IV32 同步传输控制

执行层：决定工业机器人实际运动的准确度

机器人的“肌肉”——伺服系统

伺服系统是机器人的“肌肉”，是一种自动控制系统，能够jingque地跟随或复现某个过程。伺 服系统由驱动器、驱动电机、伺服编码器及配套软件组成。伺服驱动器控制伺服电机，其 作用是将控制信号转换为电机运动的驱动信号，一般通过位置、速度和力矩三种方式对伺 服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位。伺服电机是控制机械元件进行运转的发动 机，接收到伺服驱动器的驱动信号后，将电能转化为机械能，即将电压信号转化为转矩和 转速以驱动控制对象。伺服编码器一般安装在伺服电机末端，用于测量转角及转速，是伺 服系统的信号反馈装置，对伺服系统的精度有着关节作用。

ABB 伺服驱动器及伺服电机产品性能优越，覆盖电压及功率范围较大。ABB 的伺服驱动器 能满足大部分电压范围应用场合，定位精度较高。MicroFlex e190 和 MotiFlex e180 高度 集成了以太网的灵活连接和电机反馈技术，并针对要求苛刻的运动应用进行优化。ABB 伺 服电机也同样拥有完整的产品系列，功率覆盖范围满足大部分应用场合，高转速及高转矩 满足能够实现高动态响应及控制。

ABB 为其伺服产品提供了专门的选型和调试工具。Servosize 是针对 ABB 伺服产品的选型 工具，支持的产品有 MotiFlexe180、MicroFlexe190 和 E530 伺服驱动器以及 eSM、DSM 和 HDS 伺服电机。MintWorkbench、ServoComposer 和 AutomationBuilder 是针对 ABB 产品的编程和调试工具。MintWorkbench 可用于 MotiFlexe180 和 MicroFlexe190 伺服驱动 器的编程和调试，ServoComposer 可用于 E530 伺服驱动器的调试，而 AutomationBuilder 则可用于运动控制 PLC 的编程和调试。

机器人的“关节”——减速器

减速器机器人的“关节”，是连接伺服电机和执行机构的中间装置。减速器通过齿轮啮合将 伺服电机高转速的动力转化为低转速、高转矩的机械运动传递到执行机构上，起到匹配转 速和传递转矩的作用。减速器的输出转速、传动精度、输出转矩等决定了对应运动轴的运 动速度、定位精度和承载能力。一般来说，工业机器人的每一个关节都需要搭配一个减速 器，工业机器人大多为六轴，故一般一台工业机器人需要六个减速器。减速器可以分为谐 波减速器和 RV 减速器，谐波减速器使用简单、精度较高，但结构刚性不及 RV 减速器，日 本哈莫纳科为全球大谐波减速器生产商；RV 减速器结构刚性较好、输出转矩大，但其内 部结构较为复杂、制造成本高、传动精度略低，日本纳博特斯克为全球大 RV 减速器生产 商。

工业机器人企业减速器自产程度较低，大多采取外购。减速器市场集中程度较高，据哈工 大 2021 年发布的《中国机器人产业发展报告》，日本哈默纳科、纳博特斯克和住友占据了 85%的份额，其中纳博特斯克是 RV 减速器的发明者，占据全球工业机器人减速器市场的 60%，并在以及数控机床自动换刀（ATC）装置的 RV 减速器市场占比 80%，工业机器人 四大家族减速器自产能力较弱，均外购纳博特斯克的减速器。日本哈默纳科是全球早研 发生产谐波减速器的企业，减速器市场占比第二位 15%。

决策层：决定工业机器人性能的关键

控制器在机器人结构中承担“小脑”的作用，是决定机器人性能的主要因素。控制器接收 传感信息并据此生成对应的控制指令，控制机器人完成动作任务。控制器包括硬件和软件 两部分，硬件为控制计算机和示教器，其中示教器是进行机器人手动操纵及配置与编程的 手持装置；软件主要为以控制算法为核心的运用软件和系统。控制器的工作原理是将检测 单元的输入信号与设定值信号进行比较，并对偏差信号进行运算，然后将运算结果输出到 执行器，又执行器改变操纵变量再输出到被控对象。

以 ABB 为例，OmniCore 工业机器人控制器为工业机器人提供强劲性能。其中 C 系列是 OmniCore 家族的紧凑型控制器，不仅在尺寸上大大减小，而且具备灵活的集成能力；E 系列是超紧凑控制器，旨在满足客户运行紧凑电子产品装配线的需要；V 系列（特韧型）是 模块化 OmniCore 控制器系列中的中型控制器，主要面向工业环境中的中型和大型机器人 进行优化，例如 MH/MT、弧焊。

ABB 的 IRC5 是机器人控制器技术的行业。ABB IRC5 控制器包含单柜型、双柜型和 紧凑型，其中单柜型 IRC5 由控制器和 FlexPendant 示教器两个硬件部分组成。使用者可以 在 FlexPendant 示教器或 FlexPendant 示教器上的 RobotStudio 上对机器人进行编程。此 外，IRC5 采取灵活的模块化分布设计。模块化分布设计较集中式控制器更为灵活，IRC5 由控制模块和驱动模块组成，可选增过程模块，使得 IRC5 可以灵活控制一台六轴机器人和 伺服驱动工件定位器。其中，控制模块自带主计算机，能够执行控制算法，为多达 36 个伺服轴进行复合路径计算，并可指挥四个驱动模块。此外，IRC5 还提供灵活性、安全性、 模块化、应用程序接口、多机器人控制和 PC 工具支持。

ABB 控制器由其优越的运动控制技术支持。QuickMove、TrueMove 和 MultiMove 是 ABB 的核心运动控制技术，它们对于机器人的精度、速度、周期时间、可编程性以及与外部设 备同步性等机器人性能指标的提升起到了重要作用。TrueMove 保证了机器人的路径精度， 能够确保不论速度或运行模式如何，甚至是在安全保护停止、进程停止、程序停止或断电 后，机器人的运动路径也会遵循编程路径；QuickMove 则能够在短时间内实现运动控制， 可以根据不同的工作任务自动优化轴的加速度和速度，从而实现更高效、更的运动控 制，提高机器人的生产效率和精度，循环速度比竞争对手快 25%；MultiMove 的引入进一 步巩固了 ABB 在先进机器人系统和功能方面的地位，可以确保多达 4 台机器人协同运 行。

贝加莱控制系统为 ABB 机器人提供强大集成架构。据公司官网，2017 年 4 月 ABB 宣布收 购贝加莱，贝加莱在工业软件行业处于地位，是 PLC、工业 PC 机、伺服系统控制的 真正，其拥有完整的集成架构。2019 年，ABB 和贝加莱联合开发了一种将 ABB 机 器人集成到贝加莱机器控制系统中的解决方案。该方案简化了机器人的编程，实现工作台 和机器人的并行工作、提高了机器人运动和传感器的同步、实现对机器人的仿真模拟，使 开发更加便捷。

IT 架构：软件地位有望逐步提升

以 ABB 为例，工业机器人 IT 架构是决策系统的底座。在工业机器人的决策系统中，我们 看到控制器起到了调度机器人行为、执行复杂指令的重要作用。拆解决策系统来看，底层 的基础控制硬件和控制软件，是工业机器人 IT 架构中的核心底座。

硬件：主控设备由 DSQC1000 主计算机等核心硬件构成。单柜型 IRC5 搭载 DSQC1000 主计算机，是整个控制器的大脑，用来接收机器人运动数据和外围信号，并将信号发送到 各单元；轴计算机接收机器人轴串行测量板返回的位置数据，并与原来的位置数据进行比 较和运算输出新的位置和速度控制参数；主伺服驱动器用来驱动分布在机器人 6 个轴上的 伺服电机；I/O 模块用来连接外部信号，是用户自定义的输入、输出信号板；安全面板用来 连接安全相关的信号，正常工作时 LED 灯保持点亮。

软件：一般由操作系统和算法库构成。操作系统主要包括 VxWor（嵌入式实时操作系统） 及使用较多的开源操作系统 Windows CE、嵌入式 Linux、嵌入式 Linux、μC/OS-Ⅱ以及 通用 ROS 平台。其中算法库包括底层算法库和应用工艺算法库，底层算法库是直接在计算 机操作系统上开发出的算法，控制算法用来规划机器人的运动点位，动力学算法用来识别 机身负载物的转动惯量；应用工艺算法库是软件使用人员二次开发的算法。RobotWare 是 ABB 嵌入式工业机器人控制器专用软件系列，用于控制 ABB 公司生产的各种工业机器人。 所含选购插件可为机器人用户提供一系列丰富系统功能，如多任务并行、对机器人传输文 件信息、外部系统通信、先进运动任务等。

ABB 还提供各种针对不同应用场景下不同功能的软件包。包括喷涂软件包、上下料软件包、 拾料软件包、机加工软件包、切割软件包、码垛软件包、PickMaster 拣选包装软件包等。 为焊接、切割、拾料、码垛等专门环节提供了定制化的软件服务，提高特定生产环节的工 作效率。

此外，工业机器人的编程方法一般包括示教编程和虚拟仿真编程。示教编程需要由操作者 对机器人进行逐步的作业引导，通过示教器操作告知机器人需要完成的动作，示教操作完 成后即生成程序，机器人即可按照生成的程序复现全部示教动作，适用于自动生产线等重 复作业机器人。虚拟仿真编程是通过编程软件实现编程和仿真两个功能，不仅可以编写程 序，还可以对机器人运动进行模拟仿真以验证程序有效性。虚拟仿真编程需要配备机器人 厂家专门的编程软件，例如 ABB 的 Robot Studio。 Robot Studio 是 ABB 机器人仿真和编程软件，一方面提供可视化编程环境是机器人编程 更加灵活高效，另一方面强大的仿真功能可以帮助用户进行机器人应用程序的开发和测试。 2023 年 1 月，ABB 通过云功能增强了其 RobotStudio 机器人编程和仿真软件，新的 RobotStudio Cloud 使个人和团队能够在任何设备上远程实时协作进行机器人单元设计。

IT 架构：软件地位有望逐步提升。我们认为，随着工业机器人向智能化发展，已经逐步进 入软件定义阶段，机器人不再是一个机械制造品（迭代慢/软硬高度耦合），而逐步演化为 IT 产品（迭代快速/软硬解耦）。不论是操作系统、算法库、还是编程开发软件，在机器人迭代 过程中，正扮演着越来越重要的角色，软件算法的差异将对机器人终能够实现的智能化 水平产生重要影响。基于此，我们看好机器人产业变革下，IT 软件发展机遇，软件地位有 望逐步提升。

AB 旋转伺服电机 1746-IV32 同步传输控制