单电缆机器人伺服系统方案

为了顺应工业市场发展的潮流，作为行业领导者的德国 SICK 传感器公司，在 2011 年推出了全数字的伺服反馈通讯协议——HIPERFACE DSL® 协议。这使得伺服反馈的通讯电缆减少到两芯，从伺服驱动器到伺服电机之间的连接只需一条电缆。 HIPERFACE DSL®接口，完全实现了数字化，可以帮助彻底改善伺服驱动系统的性能，提供全新的功能。HIPERFACE DSL® 数字化伺服反馈接口已经为电气驱动技术领域带来了技术性革命。电气制造商、电机制造商、机械制造商和最终用户都在推动单电缆技术的发展，因为该技术为所有相关方都提供了决定性优势。

在2015年7月的CIROS中国国际机器人展上，知名的机器人制造商上海新时达展出了全新的单电缆机器人系统解决方案。该方案为国内首创，国际领先的单电缆机器人伺服系统方案。它率先将 HIPERFACEDSL&#174; 单电缆数字伺服反馈技术应用于六轴的关节机器人上。机器人本体采用了上海新时达 SR 系列通用机器人。 SR20 结构轻巧，有效负载为 20Kg，最大工作半径为 1588mm。它的外形结构紧凑，各关节均安装了高精度减速机，高速的关节速度能在狭小的工作空间内进行灵活的作业，可以进行搬运、码垛、装配等作业。作为机器人动力的来源，上海新时达公司采用了自主研发的eMobotic 系列高性能网络型伺服驱动器。该驱动器支持HIPERFACE DSL&#174; 伺服反馈接口，简化了电机与驱动器的连接，可降低系统成本和空间布线复杂度。两轴同步精度 <0.1us 电流环周期 50us，速度环和位置环周期 100us 。并支持多种总线接口（ POWERLINK、 EtherCAT、CANOpen、 PROFINET 等）。

上海新时达运控事业部全新推出的 eMobotic 高性能网络型伺服驱动器，完美实现了 HIPERFACE DSL 接口的最大收益。

当然，精湛的伺服驱动系统也离不开高品质的伺服电机作为支撑。由于配备了六台上海翡叶动力出品的 5FS 系列高功效和高动态性能伺服电机，该单电缆机器人的动力系统尤为强劲。该系列电机具有良好的转子构造，使惯量最小化，转矩脉动低，高负载能力。由于电机的设计符合 HIPERFACE DSL&#174; 伺服反馈协议的规范。电机的动力传输与编码器反馈合二为一，立即节省了编码器插座与编码器插头的成本。特别是保留下来的电缆连接与普通伺服电机的动力电缆结构非常近似，电机侧仅需保留一套普通的电源动力连接器。由于节省了一套编码器信号连接器的安装空间，伺服电机的尺寸变得更加紧凑，重量也变得更加轻巧。

为了保证了优异的动态特性，作为运动控制的核心，该系列伺服电机的反馈系统采用了来自德国 SICK 的 EKM36 伺服反馈编码器。作为支持 HIPERFACE DSL&#174; 技术的首款伺服反馈编码器，它的分辨率高达 20 位，并且多圈记录方式采用了德国传统的机械齿轮式结构，永久免维护且无需更换电池。由于采用半径仅为 2mm冲击较强的使用环境。并具借助编码器内置的诊断功能，温度、速度和电流、电压等信息都会被记录在伺服编码器中，伺服驱动器可以通过伺服反馈通信协议从伺服编码器中获取相应的信息。这些诊断信息使得设备的维护更加高效，从而帮助提高设备的可用性和降低设备的故障率。如果将伺服驱动器接入因特网，上述这些诊断信息还可以由维护工程师通过远程操作的方式进行监控。通过驱动器实现的诊断和预防性维护，将为实现工业 4.0 的发展打下了坚实的基础。

由于伺服驱动系统采用了数字化的信号传输和HIPERFACE DSL&#174;特有的抗干扰技术，不仅从伺服驱动器到伺服电机的传输仅需一根电缆，并且，从机器人本体到电气柜的传输也仅需一根电缆。作为众多优秀的电缆供应商之一，来自意大利的 TK 集团公司为新时达机器人提供了全套的高品质的机器人用复合电缆解决方案，包括伺服驱动电缆与机器人本体电缆。该系列电缆符合 HIPERFACE DSL&#174; 技术规范，并完美适用于机器人应用的抗扭转特性要求：扭转角度达 +/-180° /1m，弯曲半径为 7.5倍电缆直径。采用 PUR 护套，屏蔽覆盖率高达 85%，耐油，阻燃，并通过 UL/CAS & DESINA 认证。

由于电缆设计制造符合HIPERFACE DSL&#174; 技术规范的要求，可保证长达 100 米信号传输距离。由于整体机器人的布局减少了将近一半的电缆数量，使得整个机器人的布线更加简洁紧凑，并且重量也更轻盈，机械运动的惯量也达到更小，最终达到更少的能耗。更低的成本，更少的空间需求，更高的性能以及更高的安全性和可靠性，HIPERFACE DSL&#174; 数字伺服反馈技术引领了机器人发展的方向，为单电缆机器人的发展打下了坚实的基础，并且，机器人的

最终使用者将从中获得最大的收益。

单电缆机器人系统解决方案

采用 HiperfaceDSL&#174; 数字伺服反馈技术，编码器电缆与电机动力电缆合二为一，节省布线空间，简化系统设计，降低总线成本，采用纯数字信号传输，增强抗干扰能力，提高系统的可靠性。