華成工控：模塊化，專機化的驅控一體系統(tǒng)

12月11-13日，“利元亨•2019高工機器人年會”在深圳機場凱悅酒店舉行，大會共設核心供應鏈、新生態(tài)變革、AGV、物流應用、產(chǎn)線應用等8大專場，邀請500＋機器人產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，700＋企業(yè)高層蒞臨現(xiàn)場。歡迎點擊底部閱讀原文查看直播！

前兩年，驅控一體技術因為“真?zhèn)沃q”而廣受熱議，隨著驅控一體產(chǎn)品的不斷推出，如今，驅控一體技術已經(jīng)趨于成熟，甚至成為SCARA的標配。

驅控一體基于硬件電路集成度的提高，為工控產(chǎn)品的小型化發(fā)展提供了必要的條件，以成本、安裝尺寸和系統(tǒng)性方案上的優(yōu)勢備受市場青睞。同時，功能模塊化的開發(fā)方式可以幫助用戶縮減產(chǎn)品設計時間，提高工作效率，成為企業(yè)降本增效的不二選擇。

2019年12月11日，由高工機器人舉辦的“利元亨·2019高工機器人年會”在深圳凱悅酒店隆重開幕，在華成工控冠名的核心供應鏈專場，華成工控技術總監(jiān)石建軍發(fā)表了《模塊化、專機化的驅控一體系統(tǒng)》的主題演講，以驅控一體的技術趨勢為出發(fā)點，以華成工控在驅驅一體上的探索為基礎，進一步闡釋了驅控一體技術的優(yōu)勢。

驅控一體的特點和優(yōu)勢

在客戶低成本、高性能、空間占用小、操作簡單和維護方便等需求下，小型化、模塊化、專機化的驅控一體方案成為趨勢。石建軍表示，驅控一體首先是空間占用小、成本低、維護簡單、可靠性高。

對于多軸系統(tǒng)而言，一般的驅控一體，整機配置不夠靈活，但是如果采用模塊化設計，就可以很好地解決這個問題。模塊化的驅控一體，無論CPU板、IO板、伺服板等，都可以在一定的框架下相互替換，靈活性很高。同時，多軸的驅控一體，還可以進行節(jié)能設計，較大程度的降低運行成本。

石建軍表示，對于特定的比較成熟的行業(yè)而言，其外部的設置已基本成型，不會有太大的改變，可以專門為其定制一套系統(tǒng)，允許適當?shù)牟考?，在小?guī)格上面可以選配，以比較完備的、覆蓋行業(yè)的大部分情況、性能和靈活性得到保證的同時，成本可以大程度地降低。

驅控一體的主流設計方案

與傳統(tǒng)的運動控制不同的是，驅控一體集成了伺服驅動和運動控制，兩者之間在內部進行高速數(shù)據(jù)通信。設計之初，就拋棄了各種接口器件，而用的時候，客戶可以節(jié)省大量電纜、空間，從這一點就可以看到顯性的成本降低的可能。

而且伺服驅動與運動控制，其數(shù)據(jù)交換在內部高速運行，數(shù)據(jù)交換方面的瓶頸得到解決，對柔性拖動示教和智能防撞而言，基礎已經(jīng)搭建好了，剩下就是實現(xiàn)方案的問題。 

石建軍指出，驅控一體根據(jù)應用場合及重點關注的不同，目前主流的設計方案有：單芯片方案、多芯片方案和總線式方案。其中，單芯片方案和多芯片方案是單板式、集成式的方案，總線式方案是多板式、分布式的方案。 

單芯片方案主要是針對單雙軸機械臂系統(tǒng)，二次元沖壓機械手系統(tǒng)等，因為性價比高，客戶應用得非常多；而如果針對多軸機械手，那就需要多芯片的方案?！翱梢哉f，采用多芯片方案的驅控一體，性能已經(jīng)很好，成本也不錯。”石建軍表示。 

正是基于這種架構方案，華成工控設計了多軸桁架式機械手控制系統(tǒng)、四軸沖壓機械手控制系統(tǒng)、四關節(jié)機器人控制系統(tǒng)等幾款不同的驅控一體系統(tǒng)。 

但他也同時指出，無論是單芯片方案還是多芯片方案，都只適合單板式設計，而單板式設計，因為PCB板的面積及空間分布的問題，其擴展性稍有限制。所以當軸數(shù)大于4軸的時候，就需要考慮分布式多板式設計方案，高速總線式架構就是這樣一種方案。

據(jù)悉，高速總線式架構通過一條內部高速總線，將運動單元、伺服驅動單元，IO單元、模擬量單元等串連在一起，使數(shù)據(jù)可以在內部高速交換，達到一體化效果。

相較于單芯片和多芯片的單板式方案，總線式的多板式方案，整個系統(tǒng)的可擴展和可配置能力，都得到了很大提升，通配性非常好。

基于這種方案，華成工控設計了六關節(jié)機器人控制系統(tǒng)、四關節(jié)機器人控制系統(tǒng)、八軸驅控一體控制柜等產(chǎn)品，整體可配置方案多，維護非常簡便，適合大多數(shù)行業(yè)領域。

關鍵技術突破

“做驅控一體系統(tǒng)，不是單純的把伺服驅動和運動控制揉到一起，而是要有機地考慮兩者之間的關系?！笔ㄜ姳硎?。

而基于驅控一體系統(tǒng)的開發(fā)實踐，華成工控已經(jīng)突破一些關鍵的技術點，比如共直流母線及能效管理技術。其中，共直流母線的技術主要針對多軸非同步運動情況，其作用是降低系統(tǒng)的能源消耗以及運行成本。 

對于直流共母線設計的多軸系統(tǒng)來說，當一個軸處于發(fā)電狀態(tài)，一個軸處于電動狀態(tài)的時候，那它發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的電，就可以直接通過母線，輸給電動狀態(tài)的軸使用，幾乎沒有消耗，不產(chǎn)生熱量。 

石建軍表示，華成工控還會在算法上進行能效管理，主動對運動進行優(yōu)化，使系統(tǒng)盡可能朝著這種狀態(tài)運動?！边@種方案，首先是可以降低耗電量；其次，產(chǎn)生的熱量可以減少，系統(tǒng)的散熱壓力可以得到很大的緩解，整個系統(tǒng)可以做更加小型化的設計?！?nbsp;

正是得益于直流共母線及能效管理技術，華成工控驅控一體產(chǎn)品即使做得很小，散熱都比較好，溫升也能得到比較好的控制。 

“當我們采用驅控一體設計的時候，因為數(shù)據(jù)交換的瓶頸得到解除，對于需要伺服驅動和運動控制快速協(xié)調的相關控制算法，就有了實現(xiàn)的可能。”石建軍表示，而利用好這些融合后的技術，不僅可以設計出更多的功能點，對整個軌跡運動過程也可以優(yōu)化，使機器人能夠更加平滑快速的加減速，提升機器人的整體壽命，變相降低機器人的應用成本。