台达运动控制卡与非标型SCARA工业机器人解决方案提升包装机上下料机台效率

  项目背景

  在智能制造潮流的发展下，工业机器人近年来快速发展，广泛应用在各种工业场合。作为工业机器人非常重要的一个产品系列，SCARA机械手拥有良好的顺从性和刚度，因此备受用户青睐且广泛应用在各种作业环境。此外，SCARA工业机械手可以通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器的优点，尤其体现人的灵活性和适应性，更加凸显智能的特征，加速其应用的范围。

  包装是目前食品产业中应用工业机器人最为广泛的领域。早期包装生产线的物料搬运和上下料工作主要由人工完成，后来逐步采用常规电气自动化设备控制。随着SCARA工业机器人的成本逐步下降、优点渐渐显现，再加上人工成本上升，SCARA开始在包装生产线上取代人工进行物料的搬运和取放。

  国内某大型包装设备生产公司的主要产品为客户定制自动包装机、全自动包装码垛生产线以及阀口包装袋等系列产品，是国内高档全自动包装设备和阀口包装袋的主要生产厂家之一。其在与客户定制生产设备时，常常使用SCARA工业机器人完成物料的上下料搬运。近年来，该公司在进行客制化包装设备和生产线时，常会遇到的困难如客户工业现场需要更为多样、复杂的设备。但这使得SCARA留有的空间变小，常规的机械手解决方案无法满足其包装物料的上下料搬运工作，严重影响包装设备的生产效率。针对此特殊要求，台达以进阶型运动控制轴卡DMCNET及伺服驱动器ASDA-A2系列为核心，设计一套非标型5轴SCARA大功率机械手解决方案，满足客户包装设备上下料的需求，并大幅拓展SCARA机械手的应用范围。

  项目方案

  基于生产的需要，该公司的某客户生产车间需要一套负载40～60kg的机械手在活动空间很小的范围内，进行包装物料的上下料搬运。起初，该公司计划使用传统的码垛机器人，但这类机器人普遍体积较大，水平活动距离短，水平方向上负载/功率比小，不适合该项目现场；而如果选用常规的4轴标准SCARA机械手，负载能力也不够，扩展性小，无法实现该项目的要求。

  针对这样的需求，台达提供现有各种产品（包含运动控制卡、I/O、伺服驱动器、减速机以及触控型PC-Based 工业控制器MP1产品等），通过內建的SCARA算法，结合DMCNET总线，成功的把各个伺服和I/O有机组合起来，提供一个可复制的新方案，即非标型5轴SCARA机械手方案。

  方案中，台达进阶型DMCNET运动控制轴卡PCI-DMC-B01扮演非常重要的作用。其內建标准SCARA运动算法，可连接任意功率伺服，摆脱常规机器人的功率限制问题，是此次非标型5轴SCARA机械手解决方案的关键。PCI-DMC-B01 可直接应用在轴卡的硬件上，支持DMCNET™ 通讯总线，最多可控制 12 站，其中包含12 个运动轴。经由DLL 动态链接库，可灵活整合脉波比较功能，并且在等间距或不等间距的脉波位置对摄影机进行快门的触发、拍照。

  台达经典的伺服驱动器ASDA-A2系列也是实现该方案的亮点。作为高功能型伺服驱动器产品，ASDA-A2系列不仅提供精准定位及平顺控制，内置的运动控制模式，还支持多种轴控操作需求，可以完全取代中型可编程控制器PLC 的运动功能，而电子凸轮功能则便利于机械手的行程规划。

  另一个重要产品则是远程脉冲模块ASD-DMC-GE01PH，由于客户所使用的SCARA机械手没有标准的J3轴，但为了SCARA算法的完整性，故增加ASD-DMC-GE01PH作为一轴模拟J3功能。

  此外，方案中还包含台达远程扩展I/O模块ASD-DMC-RM32PT、远程主机模块ASD-DMC-GA01以及伺服电机ECMA系列等。

  该方案为PC-Based 运动控制解决方案控制中大功率伺服系统的典型案例。相较于传统PLC控制伺服定坐标系，定点位的运动，使用台达运动控制卡具备变坐标系，提供非线性插补的解决方法, 並体现运动控制卡和工业计算机IPC等产品在复杂路径演算和控制先进性。方案具体的优势表现为： 台达运动控制卡內建标准SCARA运动算法，解决机械手功率限制问题；支持任意额外轴数的扩展；可满足客户机械手夹爪水平和上下方向的定位运动；基于PC的使用软件，可做点位示教，故障存储，路径规划，模拟离线运行等优点；另外，Visual Studio的开发，方便后续远程升级维护。

  项目总结

  这种5轴SCARA机械手方案提供更高级的运动控制整合能力，提升台达IPC和总线型伺服驱动产品的影响力。该方案基于PC控制，方便实现机器手路径算法，有助扩展视觉、网络、存储、通讯等功能，同时扩大现有SCARA的应用范围。作为PC-Based 运动控制解决方案中优质的机器人案例，该方案也验证台达运动控制卡SCARA算法的稳定性和可行性，让机械手在食品、包装、电子行业等具有一定的借鉴意义。