1  前言

bansuizhezhongguozhizaoyedezhuanxingshengji，zhizaoyelingyuduichengshudechanyegongrendexuyaoyuelaiyueda
，zheshibihuidailailaodonglichengbendezengjia，suizhierlaidehaiyourenyuandeanquanbaozhang、操cao作zuo工gong人ren的de統tong一yi管guan理li，以yi及ji產chan品pin質zhi量liang的de穩wen定ding性xing等deng一yi係xi列lie問wen題ti

，這zhe些xie都dou製zhi約yue著zhe企qi業ye的de高gao速su發fa展zhan。而er隨sui著zhe智zhi能neng無wu人ren化hua工gong廠chang的de興xing起qi
，工gong業ye機ji械xie人ren的de大da量liang應ying用yong能neng夠gou有you效xiao地di解jie決jue這zhe一yi難nan題ti。

目mu前qian，各ge種zhong機ji床chuang製zhi造zao商shang紛fen紛fen轉zhuan投tou工gong業ye機ji械xie人ren這zhe一yi新xin興xing產chan業ye
，去qu研yan發fa相xiang關guan的de機ji械xie人ren設she備bei。但dan是shi，在zai市shi場chang上shang，他ta們men麵mian對dui的de往wang往wang是shi通tong用yong型xing的de控kong製zhi係xi統tong，如ruPLC+sifukongzhixitong
，zhexiexitongzhinenggoujianxiangduijiandandejixieshoukongzhi，bingbunengmanzufuzahekekaodeyundongkongzhi。erzhuanyongdejixierenxitong

，budanjiagegao
，erqiekekaifaxingbuzu

，wangwangbunengmanzugexinggeyegongyikezhihuadexuqiu。muqian，taidazhengtijiejuefanganyijingnenggouyouxiaodijiejuezheyiwenti。

2  機械設計和動作要求

機床上下料搬運機械手多為桁架結構，通常由2~4軸直角坐標係機械模組組成

，其中X軸為水平軸，多為齒輪齒條設計，負責將零件移動到不同的機床工位
，而Z軸zhou為wei垂chui直zhi軸zhou
，多duo為wei絲si杆gan結jie構gou或huo者zhe齒chi輪lun齒chi條tiao設she計ji，負fu責ze將jiang零ling件jian提ti升sheng到dao安an全quan高gao度du或huo者zhe下xia降jiang到dao機ji床chuang可ke裝zhuang夾jia高gao度du。如ru果guo再zai配pei合he機ji械xie手shou頂ding部bu配pei合he旋xuan轉zhuanA軸或者B軸機構

，還能夠實現零件的反轉、轉向等更多複雜的裝夾動作。而X軸最大行程可到達20米以上，能夠滿足整條生產線多台機床之間的零件搬運工作。

圖1 機床上下料搬運機械手

3  機床上下料搬運機械手的控製要求

獨立性：機床搬運機械手的控製係統往往為獨立的控製係統，不依靠機床的控製器進行控製
，機械手的運行隻需根據預設參數、CNC與機械手之間的I/O信號或者通訊總線交換數據來實現運行

，不影響機床運轉。

可靠性：對於長距離搬運機械手安裝而言
，當采用齒輪和齒條設計時
，X軸和Z軸(zhou)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)往(wang)往(wang)安(an)裝(zhuang)在(zai)行(xing)走(zou)機(ji)構(gou)上(shang)，跟(gen)隨(sui)機(ji)械(xie)手(shou)一(yi)起(qi)行(xing)走(zou)
，但(dan)因(yin)為(wei)驅(qu)動(dong)器(qi)和(he)電(dian)機(ji)距(ju)離(li)太(tai)遠(yuan)
，這(zhe)樣(yang)設(she)計(ji)往(wang)往(wang)會(hui)引(yin)起(qi)編(bian)碼(ma)器(qi)線(xian)信(xin)號(hao)衰(shuai)減(jian)問(wen)題(ti)。而(er)如(ru)果(guo)將(jiang)驅(qu)動(dong)器(qi)也(ye)安(an)裝(zhuang)到(dao)行(xing)走(zou)機(ji)構(gou)上(shang)，控(kong)製(zhi)器(qi)和(he)驅(qu)動(dong)器(qi)之(zhi)間(jian)的(de)命(ming)令(ling)信(xin)號(hao)也(ye)同(tong)樣(yang)會(hui)麵(mian)臨(lin)信(xin)號(hao)衰(shuai)減(jian)、雜訊幹擾的風險。所以，如何穩定可靠地解決命令傳輸問題也是衡量控製係統可靠性的關鍵因素。

便捷性：當驅動器安裝在行走機構上後，使用者往往希望驅動器的體積更小，以減少整個機構安裝的空間。

高響應和實時性：對於高端的控製係統，還需要諸如運動坐標實時反饋功能、示教功能，以及可靠度的安全防護功能等。

4  基於台達高速運動總線的機械手整體解決方案

4.1控製架構的創新

在傳統的運動控製架構中，運動控製往往依賴於中央控製器，如PLC單元。同人的神經網絡一樣
，PLC係統扮演著大腦的角色，用戶由HMI輸入數據
，PLC在負責將運動命令通過脈衝方式或者總線方式下達給伺服係統同時
，還要處理外部的I/O邏輯命令，如急停、高速中斷響應等。控製的軸數越多， PLC的負擔越重，處理速度越慢，而且成本也越高。

與傳統的控製架構不同
，借助於分散式的設計理念，台達機械手解決方案主要由HMC運動控製器和台達M係列三合一伺服兩部分構成，其中HMC運動控製器相當於HMI人機單元和PLC的綜合體，負責完成運動數據的采集
、存儲和排序，而M係列伺服則相當於3台伺服驅動器和運動處理器的綜合體，負責完成運動控製的處理。串聯起它們的是台達DMCNET高速運動總線。

圖2 傳統方案與台達方案的控製結構對比

  這樣設計的好處是每個部件都具有獨立思考的能力
，大大減輕了運動控製器的負擔
，同時借助於M係列內建了PR內(nei)部(bu)位(wei)置(zhi)模(mo)式(shi)和(he)內(nei)部(bu)插(cha)補(bu)功(gong)能(neng)可(ke)以(yi)獨(du)立(li)完(wan)成(cheng)複(fu)雜(za)的(de)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)

，包(bao)含(han)機(ji)械(xie)手(shou)單(dan)軸(zhou)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)或(huo)者(zhe)多(duo)軸(zhou)插(cha)補(bu)運(yun)動(dong)，而(er)不(bu)需(xu)要(yao)上(shang)位(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)參(can)與(yu)和(he)協(xie)調(tiao)，這(zhe)樣(yang)各(ge)個(ge)部(bu)件(jian)間(jian)的(de)數(shu)據(ju)交(jiao)換(huan)量(liang)減(jian)少(shao)，大(da)大(da)減(jian)少(shao)了(le)多(duo)軸(zhou)控(kong)製(zhi)的(de)掃(sao)描(miao)時(shi)間(jian)和(he)提(ti)高(gao)了(le)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)響(xiang)應(ying)性(xing)。

4.2台達高速運動總線DMCnet

DMCnet是台達自主研發的高速運動總線協議

，已經在台達CNC、HMC運動控製器

、運動軸卡
、AH500plc運動模塊等產品上有廣泛的應用。其通訊速率可以達到單向10M，有效通訊距離可以達到30mi，dandanjiezhuyuyigenwangxianjiunengwanchengpeixian
，xiangdangyuyundongshujudegaosugonglu。xiangduiyuchuantongdeyundongkongzhifangshieryan，dadajianhualepeixianfangshi，zheyangzaijixieshoukongzhiqianzhuangshijiukeyiyouxiaobimianlexinhaoshuaijianhezaxunganraodefengxian
，tigaolekongzhixitongdeshishixinghekekaoxing。

其中HMC控製器借助於DMCnet網絡，控製12軸伺服並且完成12軸的資料更新僅需1ms。使用者可以方便在HMC界麵上讀取各個運動軸的實時坐標，並借助於控製器自身的安全中斷和便利指令來實現機械手各種示教功能、安全機能
、微調修正功能。

5   台達HMC產品和M係列伺服產品介紹

5.1 台達HMC產品

圖3 台達HMC產品

台達HMC主要包括HMC08-N500S52 8寸麵板安裝型和HMC07-N500H52 7寸手持單元兩種規格。HMC控製器集成了PLC處理器和HMI單元，使機械手控製器體積減小
，節約了PLC的安裝空間。借助於DMCnet運動總線接口連接M係列伺服實現運動數據的交換，利用RS422接口可以連接HMC專用I/O模組來實現邏輯控製。同時借助於以太網接口連接PC可以實現遠端ERP數據管理、遠程故障診斷等功能。

其中HMC07係列還可以通過外置的專用電纜、limit開關和E-STOP按鈕

，做到最遠10m的便利手持操作和可靠的中斷防護
，而HMC08係列可以外置MPG電子手輪
，能夠滿足機械手手輪示教功能。

借助於台達DOPSoft 軟件為開發平台，開發者可以使用台達HMI的編輯方式來設計友好、直觀的操作界麵

，使用兼容於台達PLC的編程指令來規劃邏輯控製和運動指令
，而無需去掌握高級的開發語言。同時利用HMC特定規劃的運動寄存器，可以將複雜的運動控製指令“化繁為簡”，成為明晰的邏輯控製
，並且可以同時運行4個主程序
，實現多軸間的分工協作。

5.2 M係列伺服

M係列伺服是台達A2係列伺服之後最新推出的內置Motion的伺服
，它除了兼容A2係列伺服的全部功能外，還具有三軸運動控製功能，其中，DSP設計使其能夠在不依賴上位機參與協調的情況下獨立的來完成3軸螺旋插補
、直線插補、兩軸圓弧插補等複雜的運動控製。未來
，台達在M係列還將規劃內置PLC功能和G代碼功能使其能夠滿足更靈活的運動控製方式。

同時
，采用共直流電源設計
，隻需一組電源接入

、一顆驅動器就能夠同時拖動3顆不同或者相同功率的伺服電機，減少了機械手驅動器的安裝空間和配線。

6  結束語

“顯控一體，簡捷高效”是台達HMC運動控製器獨特之處，除了機器手控製領域，在其他產業機器領域HMC同樣也可以發揮功能強大

，開發便捷的優勢。

從遠古“木牛流馬”kaishi，renleijiuyizhizhuisuizhejiqiqudairenleihechaoyuerenleidemengxiang，suizhejiqirenjishudefeisufazhan
，xiangxinzaiweilai
，taidahuiyougengduogenghaodekongzhijiejuefanganyingyunersheng。

作者簡介：

張廣偉
，1976年出生，畢業於洛陽拖拉機學院數控技術專業
，現任台達集團--中達電通股份有限公司高級應用工程師，從事伺服數控產品的應用支持和產品營銷工作，十多年電氣相關職業經驗。