利用自動化創(chuàng)造一個解決方案

WaneShear科技公司創(chuàng)造了一款鋸木機，將加工坡口放置到規(guī)格材上，能生產(chǎn)出2x4英尺、2x6英尺、2x8英尺以及更大的板材。該設(shè)備是由美國加利福尼亞州的WaneShear公司制造的，對于將從原木毛料上鋸下來的粗加工板材加工成尺寸一致的產(chǎn)品來說，所在地點是一個挑戰(zhàn)，而且粗加工板材的寬度和長度在進(jìn)入切邊機之前可能有很大不同。要在價格波動反復(fù)無常的建筑行業(yè)里保持穩(wěn)定利潤率所帶來的壓力，必然要求企業(yè)不斷提高產(chǎn)量，這進(jìn)而增加了技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的切邊自動化設(shè)備使用液壓部件。液壓系統(tǒng)可以提供應(yīng)用場合所需要的強大的、高轉(zhuǎn)矩的輸出，可是經(jīng)常會發(fā)生液壓用的液體泄漏。漏出的液體會損壞板材導(dǎo)致無法銷售。液體也會與鋸末混合在一起變成粘稠的物質(zhì)，會粘到機器上很難清理掉。

用于切邊機的伺服自動化

“在狹小空間內(nèi)將機器連接起來變得非常重要，”McGehee說道。“如果我們可以在相同的物理空間上使用伺服代替齒輪箱和液壓設(shè)備，在不增加集成問題的情況下，我們就可以為我們的客戶增加產(chǎn)能。”控制系統(tǒng)的集成也同樣重要，大部分工廠為他們的生產(chǎn)設(shè)備使用以可編程邏輯控制器(PLC)為核心的控制架構(gòu)。“PLC屬于客戶的舒適區(qū)，”McGehee說道，“不管你增加什么自動化系統(tǒng)，都要與PLC集成，而且集成過程要盡量少地給鋸木廠車間的工作人員制造麻煩，否則他們不會買帳。”

當(dāng)考慮轉(zhuǎn)換到伺服控制的時候，可靠性是用戶對WaneShear提出來的主要的顧慮和要求。鋸木廠必須一天24小時，一年365天不間斷運行才能保證利潤。這種對可靠性的要求使得McGehee以及工程團(tuán)隊的其他人員需要一家能夠應(yīng)對不同挑戰(zhàn)場合且提供可靠的伺服電機和工程支持的運動控制制造商。

視覺系統(tǒng)識別目標(biāo)

集成伺服電機

在開發(fā)階段，實踐證明集成伺服電機本身是最重要的積極結(jié)果之一。伺服電機的尺寸使其可以很容易就安裝在被液壓部件占用的場地上。電機的轉(zhuǎn)矩等級可以讓其很好地適應(yīng)鋸木廠應(yīng)用中運送板材所需要的大功率和低轉(zhuǎn)速。伺服電機的轉(zhuǎn)矩密度配置文件也讓替換原有的一種機械設(shè)計中的齒輪箱成為可能，其結(jié)果是減少部件的成本。運動控制部件的精度讓WaneShear將其傳送帶的誤差從1/8英寸降低到1/250英寸，這使得鋸木公司可以在不犧牲切割精度的情況下縮短傳送皮帶的長度。

今天，伺服系統(tǒng)和CNC、PLC、變頻器等其它自動化產(chǎn)品一樣，已經(jīng)成熟應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。伺服驅(qū)動器是集強電和弱電，數(shù)字和模擬信號于一體的電能變換裝置，不可避免的存在電磁干擾問題。尤其2015年YY0505-2012標(biāo)準(zhǔn)的強制執(zhí)行，更促進(jìn)了醫(yī)療器械行業(yè)對電磁兼容問題的重視。

針對伺服系統(tǒng)的電磁兼容性問題本文以某公司設(shè)計的一款以伺服系統(tǒng)為主的醫(yī)療機器人的EMC干擾類型、風(fēng)險評估以及抵制方法等幾個方面進(jìn)行闡述。

三、醫(yī)療機器人干擾類型及風(fēng)險

1.來自空間的輻射干擾

來自空間的輻射干擾分布極為復(fù)雜，通常都是電磁感應(yīng)的形式在空間傳播的。這類干擾像空氣一樣也無處不在，如打手機時，電視機的圖像會產(chǎn)生雪花點。飛機飛行中禁止使用手機等也是基于避免輻射干擾的考慮。

那么，對于醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)YY0505里這類干擾主要是以輻射抗擾度為主，風(fēng)險在于輻射干擾存在時可能會引起PC工作的不正常，例如，PC機損壞，液晶顯示器顯示異常，機械手臂的動作不受控等。機械手臂作為醫(yī)療機器人的主要功能不能有任何異常，尤其不受控的動作是絕對不允許的。

2.來自系統(tǒng)內(nèi)部配線間的輻射干擾

這類干擾的途徑多為自控系統(tǒng)中的變頻器和伺服驅(qū)動器產(chǎn)生的噪音，經(jīng)由電源電纜、信號電纜或者錯誤的接地電纜等，輻射到系統(tǒng)中的其它電纜，從而影響到機械設(shè)備的穩(wěn)定運行。

根據(jù)框圖，我們可以分析到低壓直流配線與AC220V配線間的輻射干擾，主板接口線、絕對位置編碼器線、CAN通信線、直流電源線、電機線、編碼線等線間相互干擾等。都可能會干擾PC和機械手臂的正常工作。

3.來自系統(tǒng)外部的傳導(dǎo)干擾

● 所使用的電網(wǎng)中可能會由于主要的電力系統(tǒng)開關(guān)瞬態(tài)及雷電瞬態(tài)產(chǎn)生的浪涌干擾；浪涌的能力相對較大，極有可能把沒有防護(hù)的機器人的電源部分打壞。

● 由導(dǎo)體中的工頻電流產(chǎn)生的，或由附近的其他裝置（如變壓器的漏磁通）所產(chǎn)生的工頻磁場干擾。一般會影響機器人的傳感器采集傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，影響機器人的正常工作。

● 由電網(wǎng)（主要是短路）或負(fù)荷突然出現(xiàn)大的變化引起的。在某些情況下會出現(xiàn)兩次或多次連續(xù)的暫降或中斷，會引起機器人內(nèi)部某些電路復(fù)位不成功、數(shù)據(jù)保存出錯。由來自射頻發(fā)射機的電磁場，該電磁場可能作用于連接安裝設(shè)備的整個電纜上。通過線纜傳導(dǎo)的方式可能會影響機器人的正常工作。

● 當(dāng)人體攜帶的靜電靠近或接觸機器人時對機器人的放電，也可能會影響機器人的正常工作，元器件打壞等等。

4.系統(tǒng)向空間的發(fā)射

在機器人內(nèi)部，開關(guān)電源和伺服驅(qū)動器內(nèi)部的整流部分多采用非線性整流二極管，其產(chǎn)生的諧波電流勢必會引起網(wǎng)側(cè)電壓的畸變。其中諧波電流引起的差模電流為導(dǎo)線直接耦合的方式在電氣線路中傳輸，共模電壓則通過和寄生電容之間的容性耦合形成共模干擾回路。同時功率模開關(guān)所產(chǎn)生的高頻的電磁噪聲則通過能量輻射的形式對外線路產(chǎn)生干擾。




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