0、前言

　　奇瑞汽車股份有限公司是中國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90萬輛、發(fā)動機65萬臺和變速箱40萬套的生產(chǎn)能力。隨著生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，對自動化生產(chǎn)線需求也越來越高，工業(yè)機器人的應(yīng)用數(shù)量也越來越多。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)機器人，目前已完成基于貝加萊工業(yè)自動化系統(tǒng)的第三代機器人的研發(fā)。

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

　　1、機械系統(tǒng)

　　1.1機械系統(tǒng)的組成

　　機器人機械系統(tǒng)主要由機械本體和外圍結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示。機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機器人機械系統(tǒng)組成

　　1.2機器人的性能參數(shù)

　　基于貝加萊系統(tǒng)的第三代機器人是奇瑞汽車股份有限公司自主研發(fā)的大負載工業(yè)機器人，型號為QB-165，最大負載165公斤，有六個自由度。該機器人也是我國自主研發(fā)的最先進的大負載工業(yè)機器人之一，各項性能參數(shù)達到國際先進水平，具體參數(shù)如表1所示。

表1機器人性能參數(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)選擇了貝加萊移動式面板作為示教器，該系統(tǒng)還包括APC820工控機、ACOPOSmulti伺服驅(qū)動器及電機，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)的機器人系統(tǒng)架構(gòu)

      2.1移動式面板

　　移動式面板是用于機器人人機交互操作，如點動機器人，示教再現(xiàn)，動態(tài)顯示和參數(shù)調(diào)試等，MobilePanel的特點在于對于現(xiàn)場使用的機器人而言，多個機器人可共享一個面板，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)，非常適合于機器人系統(tǒng)的應(yīng)用特點，并且，采用WindowsCEEmbedded操作系統(tǒng)，具有較強的實時任務(wù)處理能力。

　　2.2APC820工控機

　　2.2.1突破傳統(tǒng)設(shè)計理念

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

　　2.2.2運動控制與機器人處理

　　B&R的APC820是一個通用的PC硬件平臺，它可同時運行WindowsXP或WindowsCEEmbedded操作系統(tǒng)和AR(AutomationRuntime)實時操作系統(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來處理。

　　2.2.3高魯棒性設(shè)計

　　從硬件設(shè)計本身而言，APC820遵循嚴格工業(yè)標準而設(shè)計，無風(fēng)扇和無旋轉(zhuǎn)部件設(shè)計，并且內(nèi)部無電纜連接而全部采用接插件連接方式，這樣可以保證機器具有高魯棒性特點。

　　2.2.4緊湊型設(shè)計

　　同時，APC820是與ACOPOSmulti伺服驅(qū)動器具有相同的安裝尺寸和規(guī)格的，這使得它無需額外的安裝機架，其尺寸設(shè)計與ACOPOSmulti的46mm寬度相同，直接安裝在系統(tǒng)的最左側(cè)，與驅(qū)動系統(tǒng)融為一體，并通過高速實時以太網(wǎng)EthernetPOWERLINK來連接。

　　2.3伺服驅(qū)動器與伺服電機

　　伺服驅(qū)動器采用的是貝加萊公司最新開發(fā)的智能型ACOPOSMulti驅(qū)動器，具有尺寸緊湊，模塊化結(jié)構(gòu)，一個驅(qū)動器可以帶兩個伺服電機等特點；伺服電機選擇的是貝加萊公司設(shè)計的高精度，高動態(tài)響應(yīng)，帶有多圈絕對式編碼器的同步伺服電機。

　　2.4實時以太網(wǎng)EthernetPOWERLINK

　　機器人系統(tǒng)是一個對于網(wǎng)絡(luò)的實時性要求非常高的應(yīng)用,奇瑞機器人系統(tǒng)需要在生產(chǎn)現(xiàn)場實現(xiàn)高速、高精度的焊接加工，如果機器人的響應(yīng)速度較慢的話則無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)時間，而基于總線的控制技術(shù)則需要由總線的刷新周期來配合控制系統(tǒng)的刷新周期，EthernetPOWERLINK是該系統(tǒng)采用的總線連接，POWERLINK是一個100Mbps傳輸速率的高性能網(wǎng)絡(luò)，具有高實時性，其系統(tǒng)同步時間為0.1uS,抖動遠小于1uS，通過直接交叉通信，可以實現(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)先進性

　　由于工控機APC820提供強大的運算能力以及通過高速實時以太網(wǎng)POWERLINK（100Mbps）連接工控機與伺服驅(qū)動器，使得能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的運動控制算法對伺服電機的集中式控制，并且能夠?qū)崿F(xiàn)一臺工控機對多臺6軸機器人的控制。

　　貝加萊的軟件開發(fā)平臺AutomationStudio集成有標準的關(guān)節(jié)型機器人運動功能模塊，使得用戶開發(fā)和調(diào)試機器人軟件的時間大為縮短。系統(tǒng)具有很強的可擴展性，APC820可以通過接口卡方便地連接Ethernet、POWERLINK、ProfiBus、DeviceNet、CANOpen、Modbus等主流現(xiàn)場總線模塊。由于系統(tǒng)硬件模塊少，電氣布置簡單，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。