機器人設備調試手冊
（初級）

本手冊旨在匯總斯卡普六軸機器人，Delta機器人以及Scara機器人的通用調試過程并標注出調試要求及注意事項。該文檔為公司內部使用文檔，非客戶文檔。

鑒于編寫者水平有限，懇請實際操作者對于文檔內部的錯誤給予諒解并提出評論，方便改進。

概述
斯卡普機器人系列產品涵蓋了常用的工業機器人類型：六軸機器人，水平多關節串聯機器人（SCARA）以及垂直多關節并聯機器人（Delta）。機器人設備的控制驅動系統由斯卡普機器人控制器與六軸伺服驅動器實現。其通訊應用高效方便的EtherCAT通訊協議。應用于windows系統的軟件BSI，GUI以及Codesys提供地方便，直觀且高效地人機交互操作模式。
機器人系列設備調試流程注重于機器人設備的點動測試，機器人各關節的參數調整與適配，機器人群組運動模式下的機器人各關節軸微調以及機器人運動的PLC控制。
第一段落將展示如何依據機器人的硬件信息改寫機器人配置文件。其中主要關注Motion文件。
第二段落記錄了機器人系統（本體＋電氣控制柜）的硬件調試流程與注意步驟。
第三段落為機器人設備的方向校正，零點重置以及手動JOG測試
第四段落為機器人單個關節的電機參數調整以及機器人群組的參數微調
第五段落為機器人設備的控制，以簡單的pick place為例。
機器人設備調試是一個比較耗時為工作，所以工作過程中進行記錄匯總和檔案文件備份是一個十分必需的步驟。在開始新的步驟之間務必備份已有數據，配置文件，參數文件，PLC工程文件等。每次更改都應另存為新的文件，而不建議覆蓋原有文件。

機器人設備調試
機器人設備配置文件
斯卡普機器人設備默認所需的配置文件需要通過GUI軟件上傳至機器人控制器中（詳細信息請參照機器人控制器手冊），用于機器人控制器對機器人本體設備進行任務調度以及路徑規劃。默認所需的配置文件為：
? Ethercat文件：用于機器人控制器與伺服驅動器的實時通訊
? Motion文件：設定機器人本體的硬件信息
? Hand文件：記錄靈巧手或智能三爪所需的配置信息
? Vision文件：定于應用于機器人視覺的相機設備相關信息
其中第一二文件為必需文件，三四文件為拓展文件。Ethercat文件的制作參照相應手冊（Ethercat文件制作手冊），在本文檔中默認為已知文件。Motion文件依據于不同的機器人設備類型會有所差異，詳細細節可參照手冊（機器人控制器用戶手冊），下表格依照六軸機器人為例講解機器人設備中的通用配置信息。


定義一個軸
Ax1 軸名稱
COE402_EL 軸類型
軸的附屬信息
6AX.TxPdo_0.SW1 該附屬信息的具體定義可以參見Ethercat配置文件文件
6AX.TxPdo_0.PAV1
6AX.TxPdo_0.VAV1
6AX.TxPdo_0.TAV1
6AX.RxPdo_0.CW1
6AX.RxPdo_0.TPOS1
6AX.RxPdo_0.VOFS1
6AX.RxPdo_0.TOFS1
<OD_Offset>#x000</OD_Offset>
對應
131072 編碼器單圈分辨率2^17
100 該軸減速比
1
360.0 該軸位置系數
1.0
1.0 速度系數
1.0 加速度系數
0 位置偏置
FALSE 方向置放
TRUE 限位開關
-170.0 最小位置
+170.0 最大位置
0.5 電機額定轉矩
180.0 計算公式為：
電機最大轉速＊360°／（減速比＊60）
100.0
900.0 最大速度的n倍
n小于等于10
900.0 最大速度的n倍
n小于等于10
4500.0 最大加速度的n倍，n小于等于10
35 回零模式
0.0 零點偏置
10.0 回零進程速度信息
5.0
10.0
30000 回零最大時間
<UseAbsValid_Sw15>1</UseAbsValid_Sw15>
對應
對應
定義群組列表
定義群組
TianTai_Test6axis 群組名稱
動力學信息
Anthrop6_Cf 群組類型
附屬軸信息
Ax1 附屬軸名稱
Ax2
Ax3
Ax4
Ax5
Ax6
對應
機器人參數
0.387
0.420
0.00
0.030
0.380
0.112
0.025
0.00
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
<f_w0_1>0.002</f_w0_1>
<f_w0_2>0.002</f_w0_2>
<f_w0_3>0.002</f_w0_3>
<f_w0_4>0.002</f_w0_4>
<f_w0_5>0.002</f_w0_5>
<f_w0_6>0.002</f_w0_6>
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0 機器人本體硬件參數
對應
對應
機器人坐標系偏置
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
對應
工具坐標系偏置
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
對應
軸耦合矩陣
1.0;0.0;0.0;0.0;0.0;0.0
0.0;1.0;0.0;0.0;0.0;0.0
0.0;0.0;1.0;0.0;0.0;0.0
0.0;0.0;0.0;1.0;0.0;0.0
0.0;0.0;0.0;0.0;1.0;0.0
0.0;0.0;0.0;0.0;0.0;1.0

ZYZ 歐拉角模式
5.000 機器人群組運動速度信息
50.000
500.000
1.0 機器人使能限時
對應上文
對應上文
對應上文
該表內容應依據于機器人本體的硬件信息進行填寫，完成后加載至機器人控制器。
機器人系統的硬件調試流程
機器人系統的硬件調試主要指機器人系統中，機器人本體與機器人控制柜的連線功能檢測，是確保機器人正常運行的關鍵。調試目的為，確認機器人本體與控制柜兩者連線正確，控制柜功能正常使用且該過程中機器人運動不會受到無效信號干擾而造成設備故障。
機器人線纜檢查：
機器人線纜分為動力線線纜與編碼器線纜，不同的機器人本體設備的航插接頭會有所差異，就容易造成線纜連接錯誤。在初次使用時要依據于機器人本體端航插定義圖紙來核查機器人線纜電柜端口是否匹配。若線纜定義口不匹配有可能造成無法驅動機器人甚至損壞設備。
機器人控制柜電氣接線檢查：
依據于機器人控制柜的電氣線路圖來一步步核定電路連接，確保無線路反接，短接，短路或違規（不）接地。常用的電柜接線圖如下：
? 圖一為少數電柜內部接線方法
? 圖二為正規電柜內部接線方法
? 兩者均可以正常使用，未發現會對電柜功能上造成影響

在完成電柜的初步檢查后，可以連接機器人本體與控制柜進行功能測試。先檢查急停按鈕功能，后檢查機器人各軸單獨使能與群組使能。
? 使用USB線連接電腦與伺服驅動器的USB接口
? 通電機器人控制柜，觀察有無異常情形或氣味
? 打開BSI軟件下的data欄，利用參數確認交流電壓數值
? 按下急停按鈕，確認接觸器主線路斷開，BSI電壓數值變為0且驅動器未死機，未重啟。
? 打開急停按鈕，確認接觸器主線路連通，BSI電壓數值恢復正常。驅動器未死機，未重啟。
? 多次重復上訴步驟，建議以20次快速開關無異常未標準。
? 若過程中出現驅動器重啟或死機情形，建議在交流接觸器線圈端口A1，A2處反串二極管或壓敏電阻
? 確認急停按鈕功能正常后，斷電
? 連接機器人編碼器電纜
? 打開BSI，并加載或填寫機器人設備對應參數。分別為DClink相關參數，主板信息參數，各軸電機基礎參數，各軸電機基礎增益參數。詳情請參考伺服驅動器用戶手冊，加載完成后重啟設備
? 打開Data下屬編碼器工作空間，確認各個電機軸能否讀取編碼器數值。若數值為零，請依次檢查編碼器參數設定，編碼器線纜連接，電柜端編碼器接口定義，機器人本體各電機端編碼器供電及電機實際編碼器信息來排查原因。
? 正確讀取編碼器數值后，斷電
? 連接機器人動力線電纜
? 上電并再次確認BSI初始參數是否正確，以及驅動器各軸接線是否合規。
? 多次開關急停按鈕，確認設備正常工作。
上述步驟羅列了進行機器人本體硬件與機器人控制柜初步功能檢查的流程步驟。完成了上述檢查后，可以開始使用機器人控制器進行使能，確認電柜是否正常運行。
? 連接機器人控制器并打開GUI軟件
? 加載機器人所屬的配置文件并重啟控制器
? 點擊Ethercat圖標確認通訊是否正常。通訊成功則圖標為綠色常量，通訊狀態為OP，讀值實時變動。
? 點擊第一軸，使能。確認能否正常使能（電機圖標變為綠色）且聽到電機報閘開啟。
? 觀察右側窗口能夠讀取使能后該軸當前位置信息
? 降低Jog speed后，向兩個方向點動該軸，觀察機器人是否運動。
? 連續開關使能該軸，觀察驅動器有無死機，重啟現象，建議視電機大小連續嘗試5－10次
? 一切正常后，對其余各軸依次重復該步驟
? 無異常現象后，點擊機器人群組使能按鈕，群組使能后，各個Axis同時被點亮，降低jod速度，點動后機器人開始運動
? 關閉群組使能，重復開關使能5次，觀察伺服驅動器有無重啟或死機
若使能或關閉使能任意軸時，伺服驅動器重啟或死機，則檢查電柜接線，可選擇在電柜內繼電器端子排上電機報閘一側反接二極管，亦可選擇對該軸使用單獨的繼電器。除此外亦可嘗試將給DOUT端口供電的24V電源直流負極輸出口接在設備接地銅排上，并檢查是否電柜內設備已經使用銅排進行有效接地，亦可嘗試更換24v電源為性能更好的電源。（前提為機器人本體，機器人線纜與伺服驅動器已檢驗合格）
合格的機器人硬件系統應滿足以下條件并不會造成伺服驅動器死機或重啟：
? 急停按鈕正常使用，連續20次開關
? 機器人各個軸正常使能，點動并關閉使能，連續10次開關使能
? 機器人群組正常使能，點動并關閉使能，連續10次開關使能
? 示例記錄如下，展示了一次六軸機器人調試進程記錄
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊示例＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
驅動器設置自啟動:
按DEL按鍵進入BIOS界面，更改Restore Power Off 為Power On 按鈕。

檢查設備連接狀況后，電腦連接不上BSI

• USB線纜問題
• 電腦驅動異常
  更換電腦與USB線后一切正常
  加載6軸機器人參數，對比各項參數，確認Brake對應關系 (此設備參數為CCW)，限制最大電流以防止燒毀電機
  天泰機器人規格：
  1/2軸 750W ----- 3軸400W----4/5軸100W----6軸50W （多摩川絕對值）
  CW/CCW 1/6 2/5 3/4 4/3 5/2 6/1
  IKpq 8 4.45 10.851 30 25 35
  ITiq 2.964 3.7 3．2 2.5 1.5 6
  Wkp 0.6 0.43 0.42 0.17 0.042 0.04
  Wti 14.826 20 9 4 7 4
  PosKp 45 45 70 70 55 45
  Homepos 0x00928a36 0x001aa6e3 0xffe8d9f1 0x001b1e41 0x001324c4 0x0018d0f8
  Npp 4 4 4 4 4 4
  ST 17 17 17 17 17 17
  MT 16 16 16 16 16 16
  Inom 7 7 4.8 1.1 1.1 0.6
  Iextra 9 9 9 2.0 2.0 0.9
  Textra 3 3 0 0 0 0
  R 0.433 0.433 0.967 6.767 6.767 15.267
  L 2.6 2.6 3.667 10.667 10.667 17.333
  Ki 0.5 0.5 0.4 0.32 0.32 0.31
  Ke 17.4 17.4 13.867 11.233 11.233 10.867
  Wnom 3000 3000 3000 3000 3000 3000
  Wmax 3599 3599 3599 3599 3599 3599
  Indexcal 16331 16331 16338 16388 16336 16338
  Jrot 0.8 1.08 0.3 0.03 0.1 0.02
  Jload 1.5 5 1 0.8 0.8 0.6
  Bload 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001
  Brake
  DOUT1 Brake—AX6
  DOUT2 Brake—AX5
  DOUT3 Brake—AX4
  DOUT4 Brake—AX3
  DOUT5 Brake—AX2
  DOUT6 Brake—AX1
  連接控制器，加載配置文件
  Motion文件為反序文件
  通電，開急停，使能第6軸（GUI-AX6），驅動器自重啟
  確認抱閘走線。
  P050中設定0b00000001，拆除其余軸連線，使能AX6，自重啟
  P050設定更為0b00100000，使能AX1，成功
  將設備重新更改為正順序（加載新的配置文件和參數文件），只連接第6軸，自重啟
  懷疑：濾波器干擾
  去除濾波器，使能第六軸，1s后自重啟
  更換24V3（抱閘24V供電）電源為pheonix，使能第六軸，1s后自重啟
  去掉第六軸動力線PE，使能第六軸，，有改善
  拔出動力線，使能第六軸，成功
  懷疑接地不良，設備未共地
  另接一銅排使設備共地，使能第六軸，自重啟
  更換新的濾波器，使能第六軸，自重啟
  更換新的電柜，使能第六軸，自重啟
  更換航插，使能第六軸，自重啟
  將STO，邏輯板24V，DOUT24V統一，使能第六軸，自重啟，且第一軸也自重啟
  更換邏輯板24V，DOUT24V為一個pheonix，使能第六軸，有改善
  懷疑直流電源造成干擾
  更換大電柜，同樣更換電源，使能任意軸成功，關閉使能后一定概率自重啟
  分開DOUT24V回WM，上電后驅動器死機
  懷疑：之前雙濾波器，去掉那個是好的—驗證無效
  懷疑：WM未接地—驗證無效
  去掉Brake入口即DOUT接口，使能第六軸，自重啟
  給WM24V出口反接二極管+68k電阻，使能第六軸，有改善
  給Brake入口反接二極管電阻，使能第六軸，無改善
  去掉Brake入口其他接線，只留第六軸，有效
  接回一軸接線，使能第六軸，自重啟
  第1軸加diode，使能第1軸，自重啟
  直接第1軸，使能第1軸，自重啟
  只接第六軸加二極管，使能第六軸，自重啟
  更換WM為pheonix，使能第六軸，有改善
  DOUT24V與邏輯板分別用pheonix不同24V出口（之前用同一個出口），有效
  回接第1軸，加二極管，有效
  回接所有軸，加二極管，有效
  二極管串68k電阻，穩定性加強，有效

總匯：需要一個pheonix雙24V出口，一個WM10A供控制器和抱閘輸出，在DOUT與抱閘輸入端需要反接二極管串電阻給每個軸，連續開關20次
使能后仍有一定幾率重啟。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊示例＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
機器人設備的運動初始化
在確認了機器人系統硬件功能正常使用后，開始進行機器人設備的運動初始化，其主要為兩部分內容機器人各軸運動方向的設定與機器人各軸零點設定。

機器人各軸運動方向與名稱如圖所示，使能機器人各軸并點擊正向負向運動，確認運動方向是否一致。若實際運動方向與圖示方向相反則在Motion文件內對應drive列找到并修改數值為當前值的倒數。重復確認各個軸方向無誤后即可。
機器人各軸零點的確認需借助于機器人本體上的標定點或特殊的標定設備。以天泰六軸機器人第一軸為例，使能第一軸后，手動JOG該軸指本體背部的錨定點相互重合，點擊GUI上的Homing按鈕，設定當前點為機械零點。完成后，GUI窗口顯示當前位置為0。
機器人設備的參數調整
機器人設備的參數調整實際遵循伺服驅動器電機參數適配的相關步驟，不過需要借助于PLC程序運行機器人設備，然后對于各個軸的運動參數進行適配。參數調整需要使用BSI軟件。前置步驟如下
? 打開GUI軟件設定控制模式為PLC Control
? 打開BSI軟件，選定機器人軸
? 打開PLC程序并選擇single axis程序
? 在程序中設定運動軸，運動范圍以及運動速度，建議速度從0.01開始
? 激活并運行PLC程序，使該軸處于設定的低速運行狀態
? 打開BSI軟件內對應軸的工作空間，設置采樣信息并采樣觀察
? 手動調整三環參數或使用autotuning功能進行調節

圖展示了電機控制方式的概要。黃色區塊是標準調節器（P或PI調節器），淡藍色區塊則是其他可調參數影響的區塊。在位置調節器（Position regulator）中，用戶可以通過改變P670-PosKp參數來調節P的比例增益。在速度調節器中（Speed regulator），用戶可以通過改變P630-SpeedKp和P640-SpeedTi 參數來調節PI比例增益和積分增益。在Iq電流調節器（Iq current regulator）中，用戶可以通過改變P600-CurrentKpQ 和P610-CurrentTiQ 參數來調節PI比例增益和積分增益。
前饋作用可以通過調整P700-PosKFF和P690-SpeedKFF 參數來分別改變位電流以及速度前饋，在速度過濾器中，可以通過改變P680-SpeedFiltBW 調節過濾帶寬。P810-Kcross參數用于設置Iq和Id在Id中的電流環中的交叉補償。建議值為100%。
在機器人應用中,由于工作環境與工作要求的不同,機器人各個軸的電機參數不盡相同。高負載的參數不一定很好的適合低負載的電機。所以為每個電機確定最優的參數是一項必要的工作。一般而言，每次調整一個電機的參數，依次進行，待全部完成后，再根據需要對整個機器人的運動進行參數調節。在此過程中，BSI的示波窗口能給你巨大的幫助。
電流環是參數調節過程中最關鍵的一環。我們建議客戶直接使用自動調增益的供能來確認參數值，除非您已經很熟悉整個調參環節。在初次參數調整中，我們建議先從速度環開始，因為速度環參數設置不當是大多數情形下機器異常震動的主因。最常用的方法也是同時加大速度環Kp和Ti參數，但在操作之前，請先確認每個軸的運動狀態。當速度環調整結束之后，發現速度參考值出現波動，則應調節前饋速度。如果波動劇烈，則適當減小PosFF參數，以后減小PosKp參數來減弱位置環的比例增益。
基于方便用戶的考慮，我們提供一個表格。該表格給出了常見電機類型的增益參數范圍，可用于增益調試過程中的基礎參考值。請注意，該參數適用于安裝在機器人上的電機且無額外負載的情況。
電機(W) 電流環 速度環 位置環 速度濾波帶寬 Jrot Jload Bload
KpQ TiQ Kp Ti Kp
50 33~40 1.5
~2 0.015~0.025 7~15 50
~70 2500~3000 0.05 0.1 0
100 25~30 1
~2 0.04
~0.1 7~12 70
~100 2500~3000 0.05 0.1 0.001
400 4~
11 1.1~3.2 0.14~0.420 8~12 70
~110 2500~3000 0.3 0.6~1 0.001~0.002
750 4.5~11 2.5
~3.5 0.4
~0.6 9~15 50
~70 2500~3000 0.8
~1.1 1.5~2 0.001~0.002
在完成了機器人各個關節單軸運動調節以后，可以開始進行機器人群組運動的參數微調，此時只需要將PLC程序更換為機器人的運動程序即可，例如后續章節的Pick Place運動。然后重新開始抓取設備運行波形并微調參數
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊示例＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊

＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊示例＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
?
機器人設備的控制示例－PickandPlace運動
在完成了機器人硬件功能檢查以及各個關節的參數適配之后，可以開始正式使用機器人完成預定任務。以天泰六軸機器人做簡單的Pick andPlace運動為例，講解如何控制機器人運動。
一個簡單直線型完整的抓放運動由如圖所示六個步驟構成。機器人從起點處抓取物體后經過兩個中繼點后到達落地，然后重復之前的路徑回到起點，此為一個完整的循環。整個完整循環中需要4個固定點，及4個點的世界坐標。

因此需要先確認機器人末端在四個點的世界坐標值，寫入PLC程序即可。
? 打開GUI程序，點擊virtual按鈕虛擬使能機器人群組，并打開右上角的3D虛擬視窗
? 手動JOG6各軸的位置為（0，0，0，0，－90，0），以避開奇異點。
? 手動JOG機器人末端依次到四個固定點并讀取GUI中顯示的當前坐標，記錄下該坐標。

? 打開Pick andPlace程序，依照記錄寫入四個點坐標。
? 編譯更改后的程序，激活并運行。
? 更改ovl，acc和jerk來調整機器人運行速度。觀察機器人虛擬運動。
? 停止運動后，取消虛擬化，使能機器人并低速運行
除了使用PLC程序控制機器人外，還可以直接使用CNC程序來編寫程序，快速且簡單，步驟如下
? 打開GUI程序，真實使能機器人群組。
? 手動JOG6各軸的位置為（0，0，0，0，－90，0），以避開奇異點。
? 打開操作欄下方的CNC面板，新建工程文件

? 手動JOG機器人末端到起點位置，點擊teach按鈕，該點會記錄在右側視窗中，選擇addpos，在程序中就會自動增加一個點位

? 然后，繼續點動機器人末端到剩余點位，示較生成額外三個點位
? 點擊proram，開始編寫CNC程序如下圖所示并存儲
? 關閉機器人群組使能，再虛擬化使能機器人群組，打開該工程文件
? 點擊set按鈕，然后點擊start，3D虛擬圖像開始運行
? 可以在程序開頭增加DynOvr（10）來設定機器人速度為10%最大速度
? 點擊set和start開始運動機器人設備
? 如果機器人報錯，則檢查指令是否有誤

注意：在機器人老化運行時發現，在連續運行和很久之后，有些時候機器人會突然停止運動，打開GUI群組出現報錯，但是BSI卻沒任何報警記錄，暫時原因未知。但是若機器人會在某個固定位置重復報錯，則需調用BSI檢查是否設備在此位置出現過流或者軌跡超出限位。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的机器人设备调试手册的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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