一、引言

机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业，因此获得日益广泛的应用。

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。

二、技术要求

搬运机械手由PLC、人机界面、伺服系统等组成。

PLC做为核心程序的载体，负责脉冲信号的发送控制伺服及各种反馈信号的处理，控制各实行机构的运转与协调。

人机界面，采用触摸屏，便于操纵人员设置参数及对整台设备运行状态的监控，负责人机对话交流。

伺服系统，由驱动，伺服电机，码盘反馈信号构成，作为主要运动机构，主要任务是完成定位精度的克制，执行来自PLC的脉冲信号指令，同时，保障运动的稳定性与快速响应性，伺服的性能直接反映了搬运机械手的整机性能与品质。

由于取工件和堆放工件都有精确的定位，所以在机械手控制中，除了要对垂直手臂进行控制，还要涉及到对水平手臂以及机械手腰部回转进行伺服控制。在搬运过程中，要求伺服定位运行要平稳滑顺，伺服的运行速度将决定机械手的工作效率是否能够满足客户的应用要求，在高速定位时伺服电机不能出现过冲，震荡以及整定时间过长。

三、系统搭建

该套系统用五套伺服驱动器和伺服电机构成（机械手传动系统采用皮带传送，刚性相对较小）负责机床的上下料，1、2、3、4轴控制x轴和y轴方向的运动，第5轴控制z轴水平托盘的运动，控制方式采用新代M2总线系统搭配之山iK系列驱动器，iK系列伺服驱动器默认M2通讯方式为安川模式，现场图如下图：

上位机与伺服驱动器控制端相连，控制方式是位置模式下脉冲+方向。驱动器及相关运算基板等固定在电柜里面，伺服驱动器接收上位机的脉冲指令从而驱动电机带动机头完成相应的动作。

四、之山伺服在搬运机械手上的应用调试

1、之山iK系列伺服驱动器和电机配置

2、相关参数设置

机械手传动系统采用皮带传动，刚性相对较软，增益高时容易导致系统产生震荡。而搬运过程要求伺服平稳快速，不能出现过冲和抖动。因此在调试过程中，在确保在不引起系统震荡的情况下，尽量调高速度环比例增益。速度环积分增益和位置环比例增益要调小，防止横行轴停止时产生过冲。

之山智控iK系列总线型伺服以其和稳快准的能力保证了搬运机械手的快速稳定运行。

五、Mechatrolink

是一种开放式现场网络，最早由安川电机开发，后来由Mechatrolink协会维护。Mechatrolink可以实现一台控制器同时与多种从属设备进行数据交互，可靠的高速通信和数据同步动能可以提高系统的响应速度，促进先进功能的开发与实现。它采用简单的电缆连接方式简化系统，并便于系统的扩展。

（1）实现高速高精度控制

M2最多可连接30个站点，站间最小距离50cm，最长传输距离50m（使用中继器可延长至100m），传输速率达10Mbps，最小传输周期为250μs；

在线状态下可自由切换控制模式；

可实现轴与轴之间的同步、插补等功能，轻松应对有复杂控制要求的机械运动。

（2）降低成本

通过网络化，控制器与I/O设备或伺服驱动器之间只需通信电缆即可完成接线；

大幅减少配线检查作业，减少构建系统所需的工时。

（3）提高维护性

通过主站用计算机对各从站的参数进行设定和管理；

在线状态下可更换从站机器。