高效率化

盡管這方面的工作早就在進行，但是仍需要繼續加強。主要包括電機本身的高效率比如永磁材料性能的改進和更好的磁鐵安裝結構設計，也包括驅動系統的高效率化，包括逆變器驅動電路的優化，加減速運動的優化，再生制動和能量反饋以及更好的冷卻方式等。

直接驅動

直接驅動包括采用盤式電機的轉臺伺服驅動和采用直線電機的線性伺服驅動，由于消除了中間傳遞誤差，從而實現了高速化和高定位精度。直線電機容易改變形狀的特點可以使采用線性直線機構的各種裝置實現小型化和輕量化。

高速、高精、高性能化

采用更高精度的編碼器（每轉百萬脈沖級），更高采樣精度和數據位數、速度更快的DSP，無齒槽效應的高性能旋轉電機、直線電機，以及應用自適應、人工智能等各種現代控制策略，不斷將伺服系統的指標提高。

一體化和集成化

電動機、反饋、控制、驅動、通訊的縱向一體化成為當前小功率伺服系統的一個發展方向。有時我們稱這種集成了驅動和通訊的電機叫智能化電機（SmartMotor），有時我們把集成了運動控制和通訊的驅動器叫智能化伺服驅動器。電機、驅動和控制的集成使三者從設計、制造到運行、維護都更緊密地融為一體。但是這種方式面臨更大的技術挑戰（如可靠性）和工程師使用習慣的挑戰，因此很難成為主流，在整個伺服市場中是一個很小的有特色的部分。

通用化

通用型驅動器配置有大量的參數和豐富的菜單功能，便于用戶在不改變硬件配置的條件下,方便地設置成V/F控制、無速度傳感器開環矢量控制、閉環磁通矢量控制、永磁無刷交流伺服電動機控制及再生單元等五種工作方式，適用于各種場合，可以驅動不同類型的電機，比如異步電機、永磁同步電機、無刷直流電機、步進電機，也可以適應不同的傳感器類型甚至無位置傳感器。可以使用電機本身配置的反饋構成半閉環控制系統，也可以通過接口與外部的位置或速度或力矩傳感器構成高精度全閉環控制系統。

智能化6FC5203-0AB51-0AA0價格及參數

現代交流伺服驅動器都具備參數記憶、故障自診斷和分析功能，絕大多數進口驅動器都具備負載慣量測定和自動增益調整功能，有的可以自動辨識電機的參數，自動測定編碼器零位，有些則能自動進行振動抑止。將電子齒輪、電子凸輪、同步跟蹤、插補運動等控制功能和驅動結合在一起，對于伺服用戶來說，則提供了更好的體驗。

網絡化和模塊化

將現場總線和工業以太網技術、甚至無線網絡技術集成到伺服驅動器當中，已經成為歐洲和美國廠商的常用做法。現代工業局域網發展的重要方向和各種總線標準競爭的焦點就是如何適應高性能運動控制對數據傳輸實時性、可靠性、同步性的要求。隨著國內對大規模分布式控制裝置的需求上升，數控系統的開發成功，網絡化數字伺服的開發已經成為當務之急。模塊化不僅指伺服驅動模塊、電源模塊、再生制動模塊、通訊模塊之間的組合方式，而且指伺服驅動器內部軟件和硬件的模塊化和可重用。

從故障診斷到預測性維護

隨著機器安全標準的不斷發展，傳統的故障診斷和保護技術（問題發生的時候判斷原因并采取措施避免故障擴大化）已經落伍， 的產品嵌入了預測性維護技術，使得人們可以通過Internet及時了解重要技術參數的動態趨勢，并采取預防性措施。比如：關注電流的升高，負載變化時評估尖峰電流，外殼或鐵芯溫度升高時監視溫度傳感器，以及對電流波形發生的任何畸變保持警惕。

專用化和多樣化

雖然市場上存在通用化的伺服產品系列，但是為某種特定應用場合專門設計制造的伺服系統比比皆是。利用磁性材料不同性能、不同形狀、不同表面粘接結構（SPM）和嵌入式永磁（IPM）轉子結構的電機出現，分割式鐵芯結構工藝在日本的使用使永磁無刷伺服電機的生產實現了高效率、大批量和自動化，并引起國內廠家的研究。

小型化和大型化

無論是永磁無刷伺服電機還是步進電機都積極向更小的尺寸發展，比如20，28，35mm外徑；同時也在發展更大功率和尺寸的機種，已經看到500KW永磁伺服電機的出現。體現了向兩極化發展的傾向。

1.中達電通（臺達）六軸數控系統的主要特點：

（1）6個獨立伺服軸接口，能夠控制1～6軸聯動，能夠滿足伺服軸運動控制要求。

（2）電壓命令型 (V-Command) 伺服接口，小解析精度0.001mm，可配合光柵尺或旋轉編碼器實現閉環、半閉環控制，能夠滿足精度要求。

（3）大響應速度500KPPS編碼器反饋，能夠滿足快速定位的需求。

（4）具有教導模式，能夠記錄下當前的機械坐標點，并能根據采集的數據自動生成NC加工程序，操作者可以方便的對生成的程序進行編輯和閱讀。

（5）控制器內存有240K存儲空間，可儲存1000個NC加工程序，配合標準的CNC鍵盤可輕松對加工程序進行編輯。

（6）通過六軸數控簡易I/0控制指令和內置PLC開發，能夠靈活的通過NC程序實現輔助機能。6FC5203-0AB51-0AA0價格及參數

（7）內置可編程PLC，標準配置為24INPUT/ 16OUTPUT，大可擴展到96INPUT/64OUTPUT，完全能夠滿足電氣互鎖、行程保護、緊急停止等安全電路的設計要求。

（8）配合外配的電子手搖輪可實現“加工程序手搖輪測試”功能，防止機械撞機。

通過比較分析，中達電通六軸數控系統完全能夠滿足作為機械手臂上位控制器要求。

2.臺達交流伺服系統的主要特點：

（1）具有多種控制模式，可與上位控制器靈活配合，應用廣泛。

（2）通過伺服內置的運動控制器和外部的I/O來自由規劃的8組位置指令寄存器是實現對機械第七軸（D軸）控制的關鍵。

（3）強健式的控制模式，在負載慣量大范圍的變化時，系統仍然可以保持優異的性能。

（4）具有位置P-CURVE和速度S-CURVE平滑功能，且命令來源不論是外部模擬量輸入還是內部寄存器設定均有平滑功能。

（5）豐富的軟件功能，方便用戶用調試。

通過比較分析，臺達交流伺服系統也完全能夠滿足作為機械手臂做下位控制器要求。

通過對機械結構、負載慣量、輸出扭矩的分析計算，故選用下列伺服：ASDA 3kW*1臺、ASDA 2kW*1臺、ASDA 1kW*2臺、ASDA 200W*2臺、ASDA 100kW*1臺，共7臺伺服驅動器做下位控制器。

三、方案功能的實現

1.控制系統6AXIS＋1 AXIS的架構

圖二 64XIS+1 AXIS的控制架構

2.硬件的組成和6＋1的設計架構實現

控制系統的硬件部分主要有CNC數控系統、伺服系統和其他輔助元件三部分組成。

（1）CNC數控系統

數控系統選用中達六軸數控系統，它是機械手臂的控制中心，除具有線性插補等運動控制外，還能夠進行畫面顯示、參數設定、程序編輯、PLC邏輯控制等。

（2）伺服系統

伺服系統選用7套臺達－A系列交流伺服驅動器和電機。其中ASDA 3kW*1臺、用于獨立控制機械D軸位移工作臺，拖動機械手臂前后運動，使其能自由移動到生產線的任何地方。其伺服控制模式采用臺達交流伺服獨有的PR控制模式。

它的命令來源為臺達交流伺服位置指令寄存器8組內部位置指令（參數P1-15~P1-30設定），伺服電機運轉的速度則由參數P1-36~P1-43設定。

通過數控系統I/O輸出OUTPUT點Y0-Y3，配合伺服CN1接口的I/O，POS0~POS2與GTRG，就可以選擇8組中的一組來當成位置指令來源。當伺服CTRG信號上升沿觸發后，伺服電機便會向給定目標運動。6FC5203-0AB51-0AA0價格及參數

其余6臺伺服分別為：ASDA 2kW*1臺，控制機械手臂X軸空間移動；ASDA 1kW*2臺，控制機械手臂Y、Z軸的空間移動；ASDA 200W*2 臺，控制機械手臂A、B軸的空間移動；ASDA 100kW*1臺，控制機械手臂C軸的空間移動。

這六臺伺服采用的是速度控制模式，數控系統的伺服軸口輸出 +/-10V的模擬量電壓來控制伺服電機旋轉，并實時通過伺服驅動器的PG分周比輸出OA/OB/OZ信號將伺服運動狀態反饋給數控系統，來實現半閉環控制的目的，來保證機械手臂的運動精度。

（3）其他輔助元件

其他輔助元件主要有：

電子脈沖發生器（MPG手搖輪），規格DC5V，在手動和教導模式下，產生脈沖信號控制伺服軸位移。

動力變壓器，規格7.5kVA三相380V/三相220V，作用是給伺服系統提供動力電源。

控制變壓器，規格500VA，AC380V/AC220V，作用是給數控和伺服系統提供控制電源。

開關電源，規格500VA，DC24V，AC220V/DC24V，作用是給控制回路提供直流控制電源。

INPUT輸入板，規格NPN型，可以連接按鈕、行程開關、繼電器觸點等傳感器信號。

OUTPUT輸出板，規格NPN型，作用是控制中間繼電器、微型電磁閥等DC24V負載。

中間繼電器，規格DC24V，增加OUTPUT輸出板的容量，線路保護。

氣動電磁閥，規格DC24V，控制機械手夾緊氣缸和生產線其他輔助動作。

按鈕、開關若干，提供各種傳感信號。

通過上述硬件配置和架構設計，中達電通六軸數控系統便能夠通過速度模擬量電壓命令和外部的I/O輸出信號來控制一個六軸的機械手臂和一個獨立的位移工作臺運動了。

3.示教功能和手搖輪測試功能的實現

圖三 示教盒
中達六軸數控系統具有“示教和手搖輪測試”功能，通過必要的PLC編輯便可以激活這兩個功能，方便編譯和效驗程序。

當配合外部I/O和電子手搖輪，激活“示教”功能后，六軸機械手臂的工作方式是按“示教學習→生成NC程序→編輯修改NC程序→機械手臂再現執行”的過程來完成的，即由人用示教盒對機械手臂工作行為示教。示教過程中，數控系統會記錄下機械手臂各運動關節終點的位置信息，并以NC代碼的形式顯示在CRT熒屏上。

當機械手臂完成一個示教流程結束后，數控系統便會以NC代碼的形式記錄下一個數據隊列。用戶可以通過數控系統的標準CNC鍵盤對當前的NC程序進行必要的編輯，如添加運動速度，數控外部I/O控制等指令，這樣數控系統便生成了機械手臂工作所需要的完整信息。

當完成編輯后，激活數控系統的“自動運行”功能，數控系統便能自動依次讀取這個數據隊列和指令信息，并傳達給下位伺服控制器和數控外部I/O控制機械手臂動作。

當我們對“示教”生成的數據信息進行編輯完成后，在執行“自動運行”功能前，可以通過激活“手搖輪測試”功能，來再次校正編輯完的程序。

當“手搖輪測試”功能被激活后，機械手臂會按照先前編輯的指令信息再現動作。伺服軸的運動速度由手搖輪的轉動速度和MPG的倍率所決定，當手搖輪停止轉動，伺服軸也會停止進給；如繼續轉動，伺服軸會繼續執行動作，從而有效防止機械撞機。

測試完成后，激活“自動運行”功能，機械手臂便會按照程序中設定的速度正常運行。