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0、前言

　　奇瑞汽車股份有限公司是中國(guó)最大的自主品牌汽車生產(chǎn)商之一。目前，奇瑞公司已具備年產(chǎn)整車90萬(wàn)輛、發(fā)動(dòng)機(jī)65萬(wàn)臺(tái)和變速箱40萬(wàn)套的生產(chǎn)能力。隨著生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線需求也越來(lái)越高，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用數(shù)量也越來(lái)越多。為了降低生產(chǎn)成本，奇瑞汽車從2007年開始自主研發(fā)工業(yè)機(jī)器人，目前已完成基于貝加萊工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的第三代機(jī)器人的研發(fā)。

　　工業(yè)機(jī)器人主要有機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件三部分組成。

　　1、機(jī)械系統(tǒng)

　　1.1機(jī)械系統(tǒng)的組成

　　機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)主要由機(jī)械本體和外圍結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示。機(jī)械本體主要由底座部分、平衡缸部分、大臂、小臂部分和手腕部分組成。外圍結(jié)構(gòu)主要由管線包以及一些管卡組成。

　圖1機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)組成

　　1.2機(jī)器人的性能參數(shù)

　　基于貝加萊系統(tǒng)的第三代機(jī)器人是奇瑞汽車股份有限公司自主研發(fā)的大負(fù)載工業(yè)機(jī)器人，型號(hào)為QB-165，最大負(fù)載165公斤，有六個(gè)自由度。該機(jī)器人也是我國(guó)自主研發(fā)的最先進(jìn)的大負(fù)載工業(yè)機(jī)器人之一，各項(xiàng)性能參數(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，具體參數(shù)如表1所示。

表1機(jī)器人性能參數(shù)表

　　2、控制系統(tǒng)

　　整體總體架構(gòu)如圖2所示。

　　控制系統(tǒng)選擇了貝加萊移動(dòng)式面板作為示教器，該系統(tǒng)還包括APC820工控機(jī)、ACOPOSmulti伺服驅(qū)動(dòng)器及電機(jī)，其系統(tǒng)主要部件和性能描述如下：

圖2基于貝加萊系統(tǒng)的機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu)

      2.1移動(dòng)式面板

　　移動(dòng)式面板是用于機(jī)器人人機(jī)交互操作，如點(diǎn)動(dòng)機(jī)器人，示教再現(xiàn)，動(dòng)態(tài)顯示和參數(shù)調(diào)試等，MobilePanel的特點(diǎn)在于對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)使用的機(jī)器人而言，多個(gè)機(jī)器人可共享一個(gè)面板，這樣可以降低HMI的成本。

　　IntelPXA270處理器

　　256MBDRAM

　　128MBFlash

　　以太網(wǎng)接口

　　USB1.1接口

　　除此之外，該面板還有31個(gè)系統(tǒng)按鈕用于操作，包括急停、操縱桿、鑰匙開關(guān)，非常適合于機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)，并且，采用WindowsCEEmbedded操作系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)任務(wù)處理能力。

　　2.2APC820工控機(jī)

　　2.2.1突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念

　　傳統(tǒng)的機(jī)器人均采用專用的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，然而傳統(tǒng)的硬件系統(tǒng)具有開發(fā)周期長(zhǎng)、系統(tǒng)擴(kuò)展不易，并且軟件編程不方便，這與傳統(tǒng)的PLC無(wú)法處理如此復(fù)雜的CNC和機(jī)器人齊次方程庫(kù)的算法有關(guān)，并且，另一方面，基于Windows架構(gòu)的PC由于不具有實(shí)時(shí)性而無(wú)法處理實(shí)時(shí)任務(wù)，然而，隨著硬件技術(shù)的發(fā)展這些問題在今天已經(jīng)由通用的平臺(tái)即可完成。

　　2.2.2運(yùn)動(dòng)控制與機(jī)器人處理

　　B&R的APC820是一個(gè)通用的PC硬件平臺(tái)，它可同時(shí)運(yùn)行WindowsXP或WindowsCEEmbedded操作系統(tǒng)和AR(AutomationRuntime)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，將復(fù)雜的圖形畫面任務(wù)由Windows處理，而將路徑規(guī)劃、軸控制任務(wù)由AR來(lái)處理。

　　2.2.3高魯棒性設(shè)計(jì)

　　從硬件設(shè)計(jì)本身而言，APC820遵循嚴(yán)格工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)，無(wú)風(fēng)扇和無(wú)旋轉(zhuǎn)部件設(shè)計(jì)，并且內(nèi)部無(wú)電纜連接而全部采用接插件連接方式，這樣可以保證機(jī)器具有高魯棒性特點(diǎn)。

　　2.2.4緊湊型設(shè)計(jì)

　　同時(shí)，APC820是與ACOPOSmulti伺服驅(qū)動(dòng)器具有相同的安裝尺寸和規(guī)格的，這使得它無(wú)需額外的安裝機(jī)架，其尺寸設(shè)計(jì)與ACOPOSmulti的46mm寬度相同，直接安裝在系統(tǒng)的最左側(cè)，與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)融為一體，并通過高速實(shí)時(shí)以太網(wǎng)EthernetPOWERLINK來(lái)連接。

　　2.3伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)

　　伺服驅(qū)動(dòng)器采用的是貝加萊公司最新開發(fā)的智能型ACOPOSMulti驅(qū)動(dòng)器，具有尺寸緊湊，模塊化結(jié)構(gòu)，一個(gè)驅(qū)動(dòng)器可以帶兩個(gè)伺服電機(jī)等特點(diǎn)；伺服電機(jī)選擇的是貝加萊公司設(shè)計(jì)的高精度，高動(dòng)態(tài)響應(yīng)，帶有多圈絕對(duì)式編碼器的同步伺服電機(jī)。

　　2.4實(shí)時(shí)以太網(wǎng)EthernetPOWERLINK

　　機(jī)器人系統(tǒng)是一個(gè)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要求非常高的應(yīng)用,奇瑞機(jī)器人系統(tǒng)需要在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)高速、高精度的焊接加工，如果機(jī)器人的響應(yīng)速度較慢的話則無(wú)法滿足快速的汽車生產(chǎn)需求，而為了加快生產(chǎn)速度和保障加工質(zhì)量，必須降低控制任務(wù)的循環(huán)周期。

　　△S=△V*△t

　　△S-加工精度

　　△V-加工速度

　　△t-循環(huán)時(shí)間

　　若我們想提高加工速度又想提升加工精度，從控制角度分析而言，我們只有降低△t-即系統(tǒng)的循環(huán)時(shí)間，而基于總線的控制技術(shù)則需要由總線的刷新周期來(lái)配合控制系統(tǒng)的刷新周期，EthernetPOWERLINK是該系統(tǒng)采用的總線連接，POWERLINK是一個(gè)100Mbps傳輸速率的高性能網(wǎng)絡(luò)，具有高實(shí)時(shí)性，其系統(tǒng)同步時(shí)間為0.1uS,抖動(dòng)遠(yuǎn)小于1uS，通過直接交叉通信，可以實(shí)現(xiàn)軸與軸之間的直接通信，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)能力。

       2.5控制系統(tǒng)先進(jìn)性

　　由于工控機(jī)APC820提供強(qiáng)大的運(yùn)算能力以及通過高速實(shí)時(shí)以太網(wǎng)POWERLINK（100Mbps）連接工控機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器，使得能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制算法對(duì)伺服電機(jī)的集中式控制，并且能夠?qū)崿F(xiàn)一臺(tái)工控機(jī)對(duì)多臺(tái)6軸機(jī)器人的控制。

　　貝加萊的軟件開發(fā)平臺(tái)AutomationStudio集成有標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)節(jié)型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)功能模塊，使得用戶開發(fā)和調(diào)試機(jī)器人軟件的時(shí)間大為縮短。系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，APC820可以通過接口卡方便地連接Ethernet、POWERLINK、ProfiBus、DeviceNet、CANOpen、Modbus等主流現(xiàn)場(chǎng)總線模塊。由于系統(tǒng)硬件模塊少，電氣布置簡(jiǎn)單，連線少，一方面減少了電控柜的體積，另一方面使得電氣系統(tǒng)的可靠性得到了提高。