亨士樂(lè)編碼器在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用

速度、功率和耐久性是工業(yè)機(jī)器人的重要特性。工業(yè)機(jī)器人通常用于汽車裝配線上，用于焊接和搬運(yùn)大型工件。盡管使用了先進(jìn)的校準(zhǔn)方法，工業(yè)機(jī)器人的位置精度在某些任務(wù)中仍然不是最優(yōu)的。這種情況現(xiàn)在已經(jīng)改變了高精度輸出編碼器-亨士樂(lè)編碼器。


旋轉(zhuǎn)編碼器的開發(fā)主要是為了滿足航空航天工業(yè)的要求，在航空航天工業(yè)中，大型工件必須進(jìn)行高精度加工。機(jī)床實(shí)現(xiàn)高精度并不困難，但靈活性不足，或者專用機(jī)床和專用車間的成本過(guò)高。然而，對(duì)于非常大的工件，比如飛機(jī)機(jī)身，機(jī)器人可以很容易地到達(dá)任何他們可以鉆孔或銑削的地方。

影響精度的因素

對(duì)于亨士樂(lè)編碼器此類應(yīng)用，必須以足夠的精度定位和對(duì)齊刀具中心點(diǎn)（即機(jī)械臂末端的刀具）。傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人在這里達(dá)到了極限。有幾個(gè)因素會(huì)導(dǎo)致失真：

·為了實(shí)現(xiàn)所需的機(jī)動(dòng)性，需要一個(gè)具有串聯(lián)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，如B。需要一個(gè)六軸鉸接機(jī)器人。

·每個(gè)軸由伺服齒輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)。誤差主要由零位誤差、齒隙和連接彈性引起。

·在加工過(guò)程中，力和動(dòng)態(tài)力會(huì)影響機(jī)器人機(jī)構(gòu)的剛度，從而影響絕對(duì)位置精度。

通過(guò)先進(jìn)的校準(zhǔn)方法，現(xiàn)在可以控制刀具中心點(diǎn)的可重復(fù)定點(diǎn)移動(dòng)，精度為百分之幾毫米。一些制造商的鉸接式機(jī)器人的重復(fù)性已達(dá)到±0.1 mm或更高的ISO9283標(biāo)準(zhǔn)。

然而，它仍然比機(jī)器人坐標(biāo)系中可實(shí)現(xiàn)的可重復(fù)絕對(duì)位置精度低10倍。根據(jù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、最大伸展距離和最大有效載荷，鉸接式機(jī)器人的絕對(duì)位置精度現(xiàn)在為±1mm。這種精度無(wú)法滿足航空航天等行業(yè)的精度要求。因此，機(jī)器人制造商不得不面對(duì)這個(gè)問(wèn)題。

步驟1：高動(dòng)態(tài)的電機(jī)控制

傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)編碼器為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軸的伺服電機(jī)提供連續(xù)反饋。由于伺服電機(jī)需要高控制動(dòng)態(tài)性，亨士樂(lè)生產(chǎn)的強(qiáng)大感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)編碼器（如ECI1100和1300系列或EQI1100和1300多圈系列）適用于此類應(yīng)用。這些編碼器具有很高的控制質(zhì)量和精度，能夠承受強(qiáng)烈的振動(dòng)。由于這些旋轉(zhuǎn)編碼器配備了純串行EnDat接口，因此即使在存在強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量或安全性也不會(huì)受到影響。

步驟2：用于高精度位置測(cè)量的輔助編碼器

通過(guò)在機(jī)器人的每個(gè)軸上添加一組高精度角度編碼器或旋轉(zhuǎn)編碼器，機(jī)器人制造商可以極大地提高機(jī)器人的絕對(duì)位置精度。附加編碼器是安裝在每個(gè)齒輪后面的輔助編碼器，用于測(cè)量機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)的實(shí)際位置。在這種設(shè)計(jì)中，這些編碼器將解決零誤差和齒隙問(wèn)題。它還可以測(cè)量加工過(guò)程中每個(gè)軸上的反作用力。所有這些因素都將刀具中心點(diǎn)的絕對(duì)位置精度提高了70%到80%。

模塊化角度亨士樂(lè)編碼器，適用于這些應(yīng)用。這些旋轉(zhuǎn)編碼器的模塊化設(shè)計(jì)，包括一個(gè)刻度鼓或卷尺以及一個(gè)單獨(dú)的掃描頭模塊，使其特別適用于具有大型空心軸和極其有限的安裝空間的應(yīng)用，例如機(jī)器人中的B。這些輔助編碼器的信號(hào)質(zhì)量明顯優(yōu)于伺服電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)編碼器，這意味著即使在高度動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的情況下，它們也能提供更高的位置反饋精度。

步驟3：移動(dòng)機(jī)器人的高精度位置測(cè)量

為了達(dá)到大型或較長(zhǎng)工件的所有加工位置，例如制造飛機(jī)機(jī)身或大型纖維復(fù)合材料工件時(shí)，機(jī)器人沿著工件長(zhǎng)度的線性軸移動(dòng)。為了確保機(jī)器人的高精度定位，HEIDENHAIN提供了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和長(zhǎng)度高達(dá)30米的封裝式線性編碼器。使用線性亨士樂(lè)編碼器的定位測(cè)量可以補(bǔ)償熱位移和其他影響進(jìn)給機(jī)構(gòu)誤差的因素。傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)編碼器無(wú)法檢測(cè)到這些影響滾珠位置的因素。

結(jié)論：高精度的位置測(cè)量提高了刀具中心點(diǎn)的位置精度

為機(jī)器人的每個(gè)軸配備額外的德國(guó)亨士樂(lè)編碼器，并使用線性編碼器測(cè)量機(jī)器人中相對(duì)于工件定位的位置值，將大大提高刀具中心點(diǎn)的位置精度，并確保正確配置的工業(yè)機(jī)器人能夠高精度定位和加工，并定位工件以執(zhí)行操作任務(wù)。角度編碼器和線性編碼器不僅滿足系統(tǒng)的高精度要求，還滿足在復(fù)雜緊湊的機(jī)器人機(jī)械中安裝編碼器所需的靈活性。這些旋轉(zhuǎn)編碼器適用于安全應(yīng)用，因此也適用于人-機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)。