华成工控：模块化，专机化的驱控一体系统

12月11-13日，“利元亨•2019高工机器人年会”在深圳机场凯悦酒店举行，大会共设核心供应链、新生态变革、AGV、物流应用、产线应用等8大专场，邀请500＋机器人产业链企业，700＋企业高层莅临现场。欢迎点击底部阅读原文查看直播！

前两年，驱控一体技术因为“真伪之辩”而广受热议，随着驱控一体产品的不断推出，如今，驱控一体技术已经趋于成熟，甚至成为SCARA的标配。

驱控一体基于硬件电路集成度的提高，为工控产品的小型化发展提供了必要的条件，以成本、安装尺寸和系统性方案上的优势备受市场青睐。同时，功能模块化的开发方式可以帮助用户缩减产品设计时间，提高工作效率，成为企业降本增效的不二选择。

2019年12月11日，由高工机器人举办的“利元亨·2019高工机器人年会”在深圳凯悦酒店隆重开幕，在华成工控冠名的核心供应链专场，华成工控技术总监石建军发表了《模块化、专机化的驱控一体系统》的主题演讲，以驱控一体的技术趋势为出发点，以华成工控在驱驱一体上的探索为基础，进一步阐释了驱控一体技术的优势。

驱控一体的特点和优势

在客户低成本、高性能、空间占用小、操作简单和维护方便等需求下，小型化、模块化、专机化的驱控一体方案成为趋势。石建军表示，驱控一体首先是空间占用小、成本低、维护简单、可靠性高。

对于多轴系统而言，一般的驱控一体，整机配置不够灵活，但是如果采用模块化设计，就可以很好地解决这个问题。模块化的驱控一体，无论CPU板、IO板、伺服板等，都可以在一定的框架下相互替换，灵活性很高。同时，多轴的驱控一体，还可以进行节能设计，较大程度的降低运行成本。

石建军表示，对于特定的比较成熟的行业而言，其外部的设置已基本成型，不会有太大的改变，可以专门为其定制一套系统，允许适当的部件，在小规格上面可以选配，以比较完备的、覆盖行业的大部分情况、性能和灵活性得到保证的同时，成本可以大程度地降低。

驱控一体的主流设计方案

与传统的运动控制不同的是，驱控一体集成了伺服驱动和运动控制，两者之间在内部进行高速数据通信。设计之初，就抛弃了各种接口器件，而用的时候，客户可以节省大量电缆、空间，从这一点就可以看到显性的成本降低的可能。

而且伺服驱动与运动控制，其数据交换在内部高速运行，数据交换方面的瓶颈得到解决，对柔性拖动示教和智能防撞而言，基础已经搭建好了，剩下就是实现方案的问题。 

石建军指出，驱控一体根据应用场合及重点关注的不同，目前主流的设计方案有：单芯片方案、多芯片方案和总线式方案。其中，单芯片方案和多芯片方案是单板式、集成式的方案，总线式方案是多板式、分布式的方案。 

单芯片方案主要是针对单双轴机械臂系统，二次元冲压机械手系统等，因为性价比高，客户应用得非常多；而如果针对多轴机械手，那就需要多芯片的方案。“可以说，采用多芯片方案的驱控一体，性能已经很好，成本也不错。”石建军表示。 

正是基于这种架构方案，华成工控设计了多轴桁架式机械手控制系统、四轴冲压机械手控制系统、四关节机器人控制系统等几款不同的驱控一体系统。 

但他也同时指出，无论是单芯片方案还是多芯片方案，都只适合单板式设计，而单板式设计，因为PCB板的面积及空间分布的问题，其扩展性稍有限制。所以当轴数大于4轴的时候，就需要考虑分布式多板式设计方案，高速总线式架构就是这样一种方案。

据悉，高速总线式架构通过一条内部高速总线，将运动单元、伺服驱动单元，IO单元、模拟量单元等串连在一起，使数据可以在内部高速交换，达到一体化效果。

相较于单芯片和多芯片的单板式方案，总线式的多板式方案，整个系统的可扩展和可配置能力，都得到了很大提升，通配性非常好。

基于这种方案，华成工控设计了六关节机器人控制系统、四关节机器人控制系统、八轴驱控一体控制柜等产品，整体可配置方案多，维护非常简便，适合大多数行业领域。

关键技术突破

“做驱控一体系统，不是单纯的把伺服驱动和运动控制揉到一起，而是要有机地考虑两者之间的关系。”石建军表示。

而基于驱控一体系统的开发实践，华成工控已经突破一些关键的技术点，比如共直流母线及能效管理技术。其中，共直流母线的技术主要针对多轴非同步运动情况，其作用是降低系统的能源消耗以及运行成本。 

对于直流共母线设计的多轴系统来说，当一个轴处于发电状态，一个轴处于电动状态的时候，那它发电状态产生的电，就可以直接通过母线，输给电动状态的轴使用，几乎没有消耗，不产生热量。 

石建军表示，华成工控还会在算法上进行能效管理，主动对运动进行优化，使系统尽可能朝着这种状态运动。”这种方案，首先是可以降低耗电量；其次，产生的热量可以减少，系统的散热压力可以得到很大的缓解，整个系统可以做更加小型化的设计。” 

正是得益于直流共母线及能效管理技术，华成工控驱控一体产品即使做得很小，散热都比较好，温升也能得到比较好的控制。 

“当我们采用驱控一体设计的时候，因为数据交换的瓶颈得到解除，对于需要伺服驱动和运动控制快速协调的相关控制算法，就有了实现的可能。”石建军表示，而利用好这些融合后的技术，不仅可以设计出更多的功能点，对整个轨迹运动过程也可以优化，使机器人能够更加平滑快速的加减速，提升机器人的整体寿命，变相降低机器人的应用成本。