臺達運動控制卡與非標型SCARA工業機器人解決方案提升包裝機上下料機臺效率

  項目背景

  在智能制造潮流的發展下，工業機器人近年來快速發展，廣泛應用在各種工業場合。作為工業機器人非常重要的一個產品系列，SCARA機械手擁有良好的順從性和剛度，因此備受用戶青睞且廣泛應用在各種作業環境。此外，SCARA工業機械手可以通過編程來完成各種預期的作業任務，在構造和性能上兼有人和機器的優點，尤其體現人的靈活性和適應性，更加凸顯智能的特征，加速其應用的范圍。

  包裝是目前食品產業中應用工業機器人最為廣泛的領域。早期包裝生產線的物料搬運和上下料工作主要由人工完成，后來逐步采用常規電氣自動化設備控制。隨著SCARA工業機器人的成本逐步下降、優點漸漸顯現，再加上人工成本上升，SCARA開始在包裝生產線上取代人工進行物料的搬運和取放。

  國內某大型包裝設備生產公司的主要產品為客戶定制自動包裝機、全自動包裝碼垛生產線以及閥口包裝袋等系列產品，是國內高檔全自動包裝設備和閥口包裝袋的主要生產廠家之一。其在與客戶定制生產設備時，常常使用SCARA工業機器人完成物料的上下料搬運。近年來，該公司在進行客制化包裝設備和生產線時，常會遇到的困難如客戶工業現場需要更為多樣、復雜的設備。但這使得SCARA留有的空間變小，常規的機械手解決方案無法滿足其包裝物料的上下料搬運工作，嚴重影響包裝設備的生產效率。針對此特殊要求，臺達以進階型運動控制軸卡DMCNET及伺服驅動器ASDA-A2系列為核心，設計一套非標型5軸SCARA大功率機械手解決方案，滿足客戶包裝設備上下料的需求，并大幅拓展SCARA機械手的應用范圍。

  項目方案

  基于生產的需要，該公司的某客戶生產車間需要一套負載40～60kg的機械手在活動空間很小的范圍內，進行包裝物料的上下料搬運。起初，該公司計劃使用傳統的碼垛機器人，但這類機器人普遍體積較大，水平活動距離短，水平方向上負載/功率比小，不適合該項目現場；而如果選用常規的4軸標準SCARA機械手，負載能力也不夠，擴展性小，無法實現該項目的要求。

  針對這樣的需求，臺達提供現有各種產品（包含運動控制卡、I/O、伺服驅動器、減速機以及觸控型PC-Based 工業控制器MP1產品等），通過內建的SCARA算法，結合DMCNET總線，成功的把各個伺服和I/O有機組合起來，提供一個可復制的新方案，即非標型5軸SCARA機械手方案。

  方案中，臺達進階型DMCNET運動控制軸卡PCI-DMC-B01扮演非常重要的作用。其內建標準SCARA運動算法，可連接任意功率伺服，擺脫常規機器人的功率限制問題，是此次非標型5軸SCARA機械手解決方案的關鍵。PCI-DMC-B01 可直接應用在軸卡的硬件上，支持DMCNET? 通訊總線，最多可控制 12 站，其中包含12 個運動軸。經由DLL 動態鏈接庫，可靈活整合脈波比較功能，并且在等間距或不等間距的脈波位置對攝影機進行快門的觸發、拍照。

  臺達經典的伺服驅動器ASDA-A2系列也是實現該方案的亮點。作為高功能型伺服驅動器產品，ASDA-A2系列不僅提供精準定位及平順控制，內置的運動控制模式，還支持多種軸控操作需求，可以完全取代中型可編程控制器PLC 的運動功能，而電子凸輪功能則便利于機械手的行程規劃。

  另一個重要產品則是遠程脈沖模塊ASD-DMC-GE01PH，由于客戶所使用的SCARA機械手沒有標準的J3軸，但為了SCARA算法的完整性，故增加ASD-DMC-GE01PH作為一軸模擬J3功能。

  此外，方案中還包含臺達遠程擴展I/O模塊ASD-DMC-RM32PT、遠程主機模塊ASD-DMC-GA01以及伺服電機ECMA系列等。

  該方案為PC-Based 運動控制解決方案控制中大功率伺服系統的典型案例。相較于傳統PLC控制伺服定坐標系，定點位的運動，使用臺達運動控制卡具備變坐標系，提供非線性插補的解決方法, 並體現運動控制卡和工業計算機IPC等產品在復雜路徑演算和控制先進性。方案具體的優勢表現為： 臺達運動控制卡內建標準SCARA運動算法，解決機械手功率限制問題；支持任意額外軸數的擴展；可滿足客戶機械手夾爪水平和上下方向的定位運動；基于PC的使用軟件，可做點位示教，故障存儲，路徑規劃，模擬離線運行等優點；另外，Visual Studio的開發，方便后續遠程升級維護。

  項目總結

  這種5軸SCARA機械手方案提供更高級的運動控制整合能力，提升臺達IPC和總線型伺服驅動產品的影響力。該方案基于PC控制，方便實現機器手路徑算法，有助擴展視覺、網絡、存儲、通訊等功能，同時擴大現有SCARA的應用范圍。作為PC-Based 運動控制解決方案中優質的機器人案例，該方案也驗證臺達運動控制卡SCARA算法的穩定性和可行性，讓機械手在食品、包裝、電子行業等具有一定的借鑒意義。