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湯小平：以創新伺服驅動技術助力（lì）國產機器人發展

2017-11-17 來源（yuán）：轉載（zǎi）作者：-

　　第七屆中國國際機器人高峰論壇工業機器（qì）人主題論壇上，清能德創作為工（gōng）業機器人核心（xīn）零部件領域的代表性企業，為觀眾呈現了國產伺服（fú）驅動如何通過產品迭代，助推國產機器人發展。清能德創電氣（qì）技術（北京）有限公司湯小平（píng）副總經理除了介紹了公司自（zì）創建以來開發的係列產品外，還分享了如何幫助客戶的（de）工業機器人實（shí）現精準、快速、安全、穩定的控製。（以下文字根據速記整理，僅（jǐn）供參考）

各（gè）位嘉（jiā）賓下（xià）午好，前麵的各（gè）位（wèi）老師講的（de）是工業機器人（rén）的創新以（yǐ）及應用，我們公司是做機器人的核心零部件的，我給大家分享的題目是“以創新伺服（fú）驅動技（jì）術助力國產機器人發（fā）展”。

　　先簡單介紹一下我們公司的概況，我（wǒ）們公司總部在北京，在上海有一家分公司，在成都和深圳各有辦事處，這是我們目前的（de）組織架構。可能大家一（yī）看到我們公司LOGO中這個紫色，會猜到我們跟清華是有些關係的，的確，我們核心團隊都是來自清華大學電機（jī）係的，有著20年（nián）的在這個行業的從（cóng）業經驗和產（chǎn）品研發經驗。我們是研發型企（qǐ）業，50%是技術人員，我們目前跟國內（nèi）的高校和科研院所，如清華（huá）大學，北航、中科（kē）院等（děng），建立一個創（chuàng）新的合作聯盟。我們目前有三大主要係列產（chǎn）品，從中間紫色的A8到左邊的（de）R係列，到稍微小一點的RC係列（liè）。我們（men）驅（qū）動器產品在國產工業機器人中獲得廣泛應用，國內目前做工業機器人的廠商，隻要他們不是（shì）自己做伺服驅動器的，多多少少都用我們（men）的驅動器。

　　伺（sì）服驅動器是機器人核心零部件中的一個。我們公司在成立的時（shí）候就定位成智能（néng）裝備（bèi）的核心零部件供（gòng）應商。根據我們（men）2016年統計的數據顯示，目前在這個行業裏整個應用超過三萬根軸。我們產品最初定位的行業除了工業機器人之外還包括機床（chuáng）、紡織機械等。

我們的產品品牌是CoolDrive。這是我們（men）的第一（yī）款產品，A8係列（liè）。當時我們產品一出來的（de）時候，國內（nèi）很多伺服行業的同仁（rén）都覺得眼前一亮，以前看到伺服都是跟（gēn）鬆下安川差不多的，突然出（chū）來一個完全不一樣的，有點像歐係品牌的伺服。其（qí）實我們不光形似，神也（yě）似，我（wǒ）們在A8裏（lǐ）麵最早（zǎo）應用EtherCAT總線技術，然後還集成了同步伺服驅動技術。A8的產品功率是從2.5千瓦到20千瓦左右，對應機器人從50公斤到210公斤。這是A8大概（gài）的（de）係統架構圖（tú），這是一個共直流母線的（de）架構，有兩條母線，上麵（miàn）一條（tiáo）是控製母線，下麵是動力母線，理論上它可以無限製拓展下去。最左邊是電源（yuán）模塊，上麵是通過EtherCAT總線把各個模塊連（lián）在一起的。我們在工業（yè）機器人領（lǐng）域推出A8之後，我們的用戶非常喜歡，我們緊跟著在（zài）2015年左右推出（chū）了這個R係列（liè）產品。R係列裏（lǐ）麵也是繼承了A8係列（liè）的特點，為（wéi）什麽叫R係列，專門（mén）針對機器（qì）人設計的，我們在一個產品（pǐn）中（zhōng）集成了六（liù）軸或（huò）者四軸機器人（rén）專用伺服驅動器。

R係列（liè）產品，作為機器人（rén）伺服（fú）來說對A8係列的（de）補充，A8是針對50公斤以上的，R係列是針對20公斤以下的。我們這裏有六軸，四軸，三軸的R係列（liè）驅動器。這是我們的R6，做了一個透明化後的效果，內部也是模塊結構（gòu）。早期我們的客（kè）戶是用普通的脈衝型伺服，這個伺服的體積比較大，線比較多，換成我們的R伺服以後體積減少了，整個係統的（de）可靠性也得到很大的提高。

　緊跟著在2016年的時候，我們根據市場的需求，推出（chū）了一個RC係列，這個伺服是針對6公斤、3公斤（jīn）桌麵型的機器（qì）人（rén）。這種（zhǒng）機器人尺寸非常小，整個六軸（zhóu）加在一起它的尺寸隻有一（yī）張A4紙那麽大。RC係列的電流比較小一點，我們設計的時（shí）候是5A，現在可以（yǐ）擴（kuò）到8A。還有一點（diǎn）不一樣的是RC係列用到了（le）高速DI/DO，如果用戶需要的話不需要外擴我們可以直接做了。

今年我（wǒ）們在（zài）工博會上會展（zhǎn）出（chū）我們（men）最新的產品，叫做CoolDriveMini係列。下麵是帶殼的，上麵是不帶殼的，我們有（yǒu）兩種安（ān）裝方式，一種是（shì）提供整機，還有一種是單個（gè）模塊使用。電流設計（jì）是30A以下，跟所有的產品一樣標配了（le）EtherCAT，支持多種編碼器。Mini係列伺服是用在（zài）協作機（jī）器人，以及（jí）AGV小車（chē）上麵。

　　這是CoolDriveMini的大概尺寸，我們跟iphoness進行了對比，高度方向大（dà）概跟蘋果（guǒ）8puls差不多高，低壓模塊尺寸比它更小，這個大家可（kě）以看到。右邊是它的（de）主要參數，目前是從5A到30A的功率範圍，小功率的（de）是三（sān）倍（bèi）以上的過載，大功（gōng）率的是（shì）兩倍的過載，持續過載時間是三秒（miǎo）鍾。底下是CDEM係列產品，嵌入式模塊，可以有一個母板，把嵌入式模（mó）塊（kuài）裝到母板裏可以形（xíng）成多軸的係列。

　　我們作為（wéi）一個核心零部件，怎麽（me）幫助我們的客戶實現工業（yè）機器人的精準、快速、安全、穩定的控製呢，我可以從下麵幾點分享一下。

首先是（shì）精準，關（guān）於精準，可能有很多指標或者（zhě）很（hěn）多技術實（shí）現（xiàn）機器人運行的精準控製，我（wǒ）這裏選（xuǎn）取了其（qí）中一個。機器人是多軸（zhóu）係統，我們要進行多軸協調控製，怎麽做呢，我們當（dāng）時采（cǎi）用了EtherCAT的高速工業以太網，EtherCAT技術有一個很好的特點，傳輸速度快，雙向一百兆的傳輸速率（lǜ），它的典型控製周期（qī）可以（yǐ）做到一個毫秒，我們最快做到250微秒。第三點，同步誤差可以做到小於1微秒。而且EtherCAT內部有一個同步時鍾，多軸同（tóng）步控製（zhì）的很好，所以在一開始的時候把EtherCAT作為我們產品的標準（zhǔn），EtherCAT成了我們（men）產品的基因。

　　關於快速控製（zhì）的問題，這是我們產品典型的指標，三（sān）環控製周（zhōu）期，這（zhè）個（gè）在國內來說是做的（de）比較好（hǎo）的。我們的電流（liú）環響應頻率是3K赫茲，最大過載倍數都是三倍過載，我們（men）的（de）通訊周期可以做到250個（gè）微秒，所以我們在適應多種控製器遊刃有餘，不管控製器是一毫秒或者五百微秒控製周期，我們驅動器都可以匹配上的。

　　另外（wài）一個（gè）是好馬配好鞍，我們這個驅動器（qì）雖然有這麽快速（sù）的響應性能，還需要電機把（bǎ）它的性能發揮出來。我們現在配套的電機是歐洲設計在中國生產的（de），是全自動化生產（chǎn）線。這個電（diàn）機有很快的響應速度，同時它的轉速可以（yǐ）做的很高，最高六千的轉速，過載三倍以上。

　　再講（jiǎng）一點關於編碼器，我們所有的驅動器標（biāo）配（pèi）的是（shì）絕對值的編（biān）碼器。增量式（shì）編碼器（qì）記錄（lù）的是相對（duì）位置，在（zài）受到幹擾時容易丟脈衝，影響編碼器的精度，並且造成累積誤差。絕對值編碼器有一個（gè）絕對的原點，所有的值都是相對原點的（de），所以他（tā）沒有累（lèi）積誤差。另外，絕對（duì）值編碼器傳輸速度（dù）可以到4兆和2兆，可以實現遠距離傳輸。這是（shì）我們驅動器可以適配的編碼器，包括多摩川，Hiperface，尼康等（děng）等（děng）。

　　再講講安（ān）全，剛才講到我們公司最早把安全功能引入到驅（qū）動器裏（lǐ）麵，從我的角度來理解，你要實（shí）現一個功能的時（shí）候，一定要考慮（lǜ）係（xì）統的不可（kě）靠（kào）性，有可能你發出一條指令，由於硬件和軟件失效等原因未達成。實現安（ān）全功能，說白了要冗餘，軟件冗餘和硬件（jiàn）冗餘，比如（rú）安全轉矩關斷是（shì）硬（yìng）件冗（rǒng）餘，就是STO功能。我們目前實現的安全功能，還有安全停止一，安全停止（zhǐ）二，安全抱閘控製等等……

　　最後（hòu）講講穩定性的問題。我們針對工業機器人行業應（yīng）用，在（zài）伺服裏做了一些軟件上的處理，首先有（yǒu）一個靜態平衡力（lì）矩補償，機器人（rén）在抱閘打開的瞬間由於（yú）重力作用，會下落一點（diǎn），俗稱“點頭”，這個時候伺服係統要非常快的把（bǎ）機器人抱（bào）住，這就是靜態平衡力矩（jǔ）補償。另外就是機器人的慣量辨（biàn）識，還有抖動消（xiāo）除功能。我們希望機器人運行的又快又穩，這就要求不能有任何（hé）抖動（dòng），在這裏麵一個是快速定位（wèi）的時候進行抖動（dòng）消除，另外一個是大角度移位的時候不能發生抖動。這是（shì）我們客戶現場的視頻，機器人快速運動過程（chéng）中突然（rán）停下來可以做到紋絲不動。

　　我（wǒ）的（de）分享（xiǎng）就這些，謝謝大家。

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