贝加莱ACOPOSmulti在奇瑞6关节机器人系统中的应用

贝加莱 ACOPOSmulti 在奇瑞 6 关节机器人系统中的应用
邓后刚
前言
奇瑞汽车股份有限公司是中国最大的自主品牌汽车生产商之一。 目前， 奇瑞公司已具备 年产整车 90 万辆、发动机 65 万台和变速箱 40 万套的生产能力。随着生产规模不断扩大， 对自动化生产线需求也越来越高，工业机器人的应用数量也越来越多。为了降低生产成本， 奇瑞汽车从 2007 年开始自主研发工业机器人，目前已完成基于贝加莱工业自动化系统的第 三代机器人的研发。 本文介绍奇瑞汽车基于 B&R ACPOSmulti 伺服驱动系统和 B&R 机器人软件库系统完成 的具有革新性的机器人系统设计， 代表着国内机器人技术的领先水平， 并且它是由奇瑞汽车 和贝加莱（中国）的工程师共同研发的具有自主知识产权的机器人技术。
1. 机械系统
工业机器人主要有机械系统、控制系统、系统软件三部分组成，其中机械部分由奇瑞汽 车自己设计并制造，而控制系统采用了贝加莱的 ACOPOSmulti 和 APC 产品构成，软件则 由双方的研发团队共同完成。 1.1 机械系统组成 机器人机械系统主要由机械本体和外围结构件组成，如图 1 所示。机械本体主要由底 座部分、平衡缸部分、大臂、小臂部分和手腕部分组成。外围结构主要由管线包以及一些管 卡组成。
图 1：机器人机械系统组成 1.2 机器人性能参数 基于贝加莱系统的第三代机器人是奇瑞汽车股份有限公司自主研发的大负载工业机器 人，型号为 QB-165，最大负载 165 公斤，有六个自由度。该机器人也是我国自主研发的最 先进的大负载工业机器人之一，各项性能参数达到国际先进水平，具体参数如表 1 所示。 项目 性能

CHERY QB-165 动作类型 控制轴 放置方式 J1 轴 最大 动作 速度 J2 轴 J3 轴 J4 轴 J5 轴 J6 轴 J1 轴 最大 动作 范围 J2 轴 J3 轴 J4 轴 J5 轴 J6 轴 最大活动半径 手部最大负载 重复精度 噪音 多关节型 6轴 地装 100°/sec 90°/sec 95°/sec 130°/sec 130°/sec 180°/sec ±180° +80°/-60° +80°/-210° ±360° ±120° ±360° 2.6m 165kg ±0.3mm 80dB 表1：机器人性能参数表
2. 控制系统
机器人系统由于长期运行于生产过程中，因此对于控制系统的可靠性和稳定性要求较 高，因此，选择了来自贝加莱的 ACOPOSmulti 驱动系统和 APC 系统。 该机器人系统的控制系统硬件构成如下 示 教 器： 采用贝加莱 Mobile Panel 面板作为示教器， 安装 Windows CE Embedded 系统； 主控制器：贝加莱 APC820 紧凑型工控机，其与 ACOPOSmulti 驱动器同安装尺寸； 驱动系统：贝加莱智能型伺服驱动器 ACOPOSmulti； 通信系统：Ethernet POWERLINK 实时工业以太网。
Automation Studio Mobile Panel
Ethernet TCP/IP
APC820
ACOPOSmulti
Expansion

图 2：基于贝加莱系统的机器人系统架构 2.1 移动式面板 移动式面板是用于机器人人机交互操作，如点动机器人，示教再现，动态显示和参数调 试等，Mobile Panel 的特点在于对于现场使用的机器人而言，多个机器人可共享一个面板， 这样可以降低 HMI 的成本。 Intel PXA 270 处理器 256 MB DRAM 128 MB Flash 以太网接口 USB 1.1 接口 除此之外，该面板还有 31 个系统按钮用于操作，包括急停、操纵杆、钥匙开关，非常 适合于机器人系统的应用特点，并且，采用 Windows CE Embedded 操作系统，具有较强 的实时任务处理能力。 2.2APC820 工控机 2.2.1 突破传统的系统硬件设计 传统的机器人均采用专用的控制系统硬件设计，一方面，这与传统的 PLC 无法处理如 此复杂的 CNC 和机器人齐次方程库的算法有关，另一方面，基于 Windows 架构的 PC 由 于不具有实时性而无法处理实时任务， 这使得必须开发专用控制系统来应对复杂算法设计和 图形处理的需求。这也带来了传统专用系统具有开发周期长、系统不易于扩展，并且软件编 程不灵活的弊端。然而，对于 B&R 系统而言，其通用的 APC 平台可以兼顾机器人系统的 实时任务处理与 Windows 图形处理，因此，使得在通用平台上实现专用系统的能力，不仅 开发方便，而且硬件兼容性、可靠性均得以保障。 2.2.2 运动控制与机器人处理 贝加莱的 APC820 是一个通用的 PC 硬件平台， 它可同时运行 Windows XP 或 Windows CE Embedded 操作系统和 AR(Automation Runtime)实时操作系统，将复杂的图形画面任 务由 Windows 处理，而将路径规划、轴控制任务由 RTOS-Automation Runtime 来处理 2.2.3 高鲁棒性设计 从硬件设计本身而言，APC820 遵循严格工业标准而设计，无风扇和无旋转部件设计， 并且内部无电缆连接而全部采用接插件连接方式，这样可以保证机器具有高鲁棒性。 2.2.4 紧凑型设计 同时，APC820 是与 ACOPOSmulti 伺服驱动系统具有相同的安装尺寸和规格的，这使 得它无需额外的安装机架，其尺寸设计与 ACOPOSmulti 的 46mm 宽度相同，直接安装在 系统的最左侧，与驱动系统融为一体，并通过高速实时以太网 Ethernet POWERLINK 来连 接。 APC820 工控机的处理器采用 Intel Core 1.66GHz 处理器， 具有非常强的处理能力， 可 以胜任机器人系统路径规划、图形显示等复杂任务，并且其可运行 Automation Runtime 操 作系统和机器人专用软件库，支持多个通道的机器人系统运行。 其标准配置如下： 2USB 接口用于数据与程序的更新 RS232/485 接口用于程序的下载与上传； 2 个 CF 卡插槽可用于程序存储和扩展数据存储，支持高达 8GB 通用 CF 卡； 支持 SDL 智能数据连接或 DVI 显示接口；