Selles artiklis võrreldakse kahe tööstusliku roboti juhtimissüsteemi lahendusi, manipulaator ja mobiilrobot ning tutvustab nende omadusi.
Ülaltoodud klassifikatsioon põhineb rakenduseobjektil. Lisaks on turul üldisemad liikumiskontrollerid, st need, mis kontrollivad mittestandardseid seadmeid.
1 Kontrolleri põhjataseme lahendus 1.1 Manipulaatori tüüp Manipulaatoritüübi kontroller on varem välja töötatud ja on suhteliselt küps. Vaatame olemasolevat juhtimissüsteemi põhjalahendust. 1.2 Mobiilrobotüüp Mobiilroboti kontroller kuulub suhteliselt uude suunda. Tööstuslikud mobiilsed robotid on AGV, mehitamata insenerimasinate jms kujul. Juhtimissüsteemi alumine lahendus on järgmine:
1.3 Võrdlus
Manipulaatoril on kõrged täpsuse ja liikumisstabiilsuse nõuded, seega on arvutuskogus suur ja tsükkel lühike, mis on tavaliselt 1–2 suurusjärku suurem kui mobiilrobotite oma. Mobiilirobotitel ei ole tavaliselt sünkroonimise täpsuse jaoks kõrgeid nõudeid ja nende konfiguratsioon on suhteliselt madal.
Manipulaator töötab tavaliselt fikseeritud piirkonnas ja selle kontroller pannakse tavaliselt šassii, seega pole kaitsetase kõrge, üldiselt IP20. Mobiilsed robotid peavad olema veekindlad ja tolmukindlad, kuna nad peavad sageli liikuma, eriti välitehnika masinad, nii et nad peavad kaaluma veekindlust ja tolmukindlust. Nende kaitsetase on kõrgem, üldiselt IP67.
2 Sissejuhatus koodidesse 2.1 Koodede koostis
Leiate, et paljude robotikontrolli tarkvara rakendatakse koodite abil, mis on kood?
CodeSys on tasuline pehme PLC arendustarkvara. Lihtsamalt öeldes koosneb see kahest osast: arendussüsteem ja käitusaja süsteem. Arendussüsteem on programmeerimiseks kasutatav tarkvara liides (nagu näiteks Visual Studio, Eclipse ja muu tarkvara, mida võib nimetada ka IDE). PLC -programmide kavandamine, silumine ja koostamine toimub kõik IDE -s, mis on see osa, millega kasutajad sageli tegelevad;
Pärast PLC programmi kirjutamist tuleb see tööks riistvaraseadmesse üle kanda. Kuid genereeritud PLC -programm ei saa praegu iseenesest käivitada. See peab töötama teatud tarkvarakeskkonnas. See keskkond on käitumissüsteem, mis on kasutajatele nähtamatu.
Nende kahe paigalduskohad on tavaliselt erinevad. IDE on tavaliselt installitud arendusarvutisse ja Runtime System asub riistvaraseadmes, mis mängib juhtrolli. Need kaks on üldiselt ühendatud võrgukaablite abil ja programm laaditakse tööks võrgukaabli kaudu tööks.
CodeSys pole Hiinas tuntud, kuid sellel on Euroopas pikaajaline maine, eriti tööstusliku kontrolli valdkonnas. Paljud, mida me eespool mainisime, kasutavad oma tooteid, näiteks Keba, Beckhoff, Googol ja peaaegu kõik mobiilsete robotikontrollerite tootjad.
3S, CodeSysi kavandanud ettevõte müüb ainult tarkvara, mitte riistvara. Riistvara vooluringi peab olema kujundanud kasutaja ja 3S vastutab käitumissüsteemi teisaldamise eest kliendi riistvarale. Runtimesüsteem saab riistvaral alasti töötada, kuid see töötab tavaliselt opsüsteemis ja opsüsteemi konfigureerimine on ka kliendi töö.
Kui klient nõuab, saab Codesysi IDE kohandada nii, et see muudab kliendi logo ja välimust, mistõttu leiate, et erinevate tootjate arendusplatvormid näevad välja erinevad, kuid stiilid on suhteliselt sarnased.
Muidugi saavad kasutajad kasutada ka muid IDE -sid. Näiteks kasutab Beckhoff Microsofti Visual Studio, samal ajal kui kompilaatori taga olev kerneli ja funktsioonide teek kasutab endiselt CodeSys'i lahendust.
CodeSysi käitusajal on tugev kohanemisvõime ja see toetab enamikku opsüsteeme ja riistvarakiibi arhitektuure.
2.2 CodeSys Runtime'i põhimõte
CodeSysi IDE osa on tasuta ja selle kogemiseks saate selle ametlikust veebisaidilt alla laadida. Reaalne laadimine on käitumissüsteemi käitumissüsteem.
Oma kujunduse alguses jagasid CodeSys funktsioonid mitmeks komponendimooduliks, näiteks bussiprotokolli virn, visuaalne liidesed, liikumiskontroll, ohutusjuhtimine jne. Kasutajad saavad valida vajalikud moodulid, et ehitada oma süsteem nagu ehitusplokid, ja lõpuks moodustada kohandatud juhtimistarkvara platvorm.
Mõned kasutajad, kes on Soft PLC -s uued, võivad selle osa suhtes tundmatu tunda, kuid tegelikult on see kujundusmeetod väga tavaline. Näiteks töötab sel viisil MATLAB Simulinki reaalajas tööriistakast (reaalajas). Kasutajad kavandavad juhtimisprogramme, lohistades ja langedes Simulinki graafilises liideses ning laadides need siis välja reaalsele riistvarale. Selle kohta saate teada siit.
Seal on ka selline kasutusviis nagu Beckhoff. Kasutajad programmeerivad Twincat IDE -s ja laadige need seejärel alla Beckhoffi kontrollerile. Tegelikult on kontrolleris eelinstalleeritud käitusaeg. Siemens Step7 on ka IDE ja selle PLC -l on ka sobiv käitusaeg.
Kasutaja kirjutatud programm PLC on nagu meie arvutis rakendus. See töötab Runtime süsteemis ja käitusaja süsteem töötab opsüsteemis.
Runtime süsteem asub rakenduse ja opsüsteemi vahel. Nii võib seda nimetada vahevaraks. Roboti tarkvaras on ROS, Orocos (reaalajas tööriistakomplekt) jne samas asendis.
Roboti juhtimine, nagu ka CNC tööpinkide, nõuab reaalajas jõudlust, nii et meie valitud opsüsteem on eelistatavalt reaalajas opsüsteem (RTOS). Kahjuks ei ole opsüsteemid, mida me sageli kasutame, reaalajas, näiteks Windows ja Linux. Kuid õnneks on keegi neid muutnud, see tähendab reaalajas plaastreid.
Tavaliselt kasutatavate reaalajas opsüsteemide hulka kuuluvad: VXWorks, QNX, Windows RTX, Xenomai, RT Linux, Linux RTAI, Wince, μC/OS, Sylixos jne. Arvestades, et Windowsi ja Linuxi opsüsteemide kasutajad on palju kasutajaid, on kood vastavad reaalajas plaastri (RTE) käivitanud kasutajate päästmiseks.
CodeSys Runtime kohta lisateabe saamiseks lugege ametlikku dokumenti [matemaatika töötlemise viga] [1] [2] [1] [2].
2.3 koodide puudused
CodeSys toob meie kontrolleri arendusele mugavust ja säästab meile nullist alustamise vaeva. Siiski on ka palju puudusi meie enda kontrolleritoodete väljatöötamisel, mis põhinevad kommertstarkvaral, näiteks kood:
(1) aluseks olev algoritm pole avatud
Koodesidega integreeritud liikumiskontrolli komponendid ja bussiprotokolli virnad on kapseldatud. Kasutajad ei saa oma sisemistest üksikasjadest aru ega optimeerida neid vastavalt nende konkreetsetele vajadustele. Nad saavad neid ainult lihtsalt nimetada. Kasutajad saavad tugineda ainult CodeSysi platvormile ja neil on keeruline oma põhitehnoloogia moodustada.
(2) piiratud funktsioonid ja raske laiendada
Uued tehnoloogiad, mida esindab masina nägemine, tehisintellekt ja autonoomne sõitmine, edenevad nüüd hüppeliselt, samas kui paljud tööstusliku kontrolli tehnoloogiad on endiselt 20 aastat vanad. Võttes näitena liikuva roboti navigeerimisstseeni, peab visioonil või laseril põhinev navigeerimismeetod koguma palju andmeid ja töötlema seda, mis hõlmab palju maatriksi arvutusi.
Nüüd saab PLC teha ainult tagasiulatuvaid ühemõõtmelisi digitaalseid arvutusi, muutes keerukate algoritmide rakendamise keeruliseks. Vastupidiselt tehisintellekti kogukonna avatud lähtekoodiga stiilile on tööstusliku kontrolli kogukond üksteisele suletud. Keegi pole nõus oma funktsioonide raamatukogusid avama. Avatud lähtekoodiga funktsioonide raamatukogusid (OSCAT) on väga vähe. Isegi kõige põhilisemad filtreerimisalgoritmid ja maatriksi arvutused tuleb kirjutada nullist. Lisaks on rahvusvaheliste standarditega esitatud põhifunktsioonid liiga piiratud ja ei saa uute stsenaariumidega üldse kohaneda. Neil on kiireloomuline laienemine.
(3) Raske värskendada
Täiesti tuginemise tõttu koodidelt tuleb klientide enda tooteriistvara uuendamine kohandada ja siirdada, mille tulemuseks on suurenenud kulud.
3 avatud lähtekoodiga lahendust
Praegu on olemas mõned avatud lähtekoodiga juhtimissüsteemi lahendused, näiteks Beremiz, Orocos, OpenPLC, OpenRTM ja ORCA.
Robotikontrollerite arendamine on raske ülesanne. Tuleb täpsustada rea jõudlusnõudeid, millest esimene on reaalajas jõudlus.
Reaalajas jõudlus on üldiselt vajalik tööstusrobotite jaoks, kuid mitte tingimata teenindus- või meelelahutusrobotite jaoks. Tavalistel inimestel on lihtne eksida "reaalajas jõudlust" kui kiiret töötlemis- või reageerimiskiirust, kuid tegelikult tähendab "reaalajas jõudlus" "determinismi" ajas. Näiteks peab reaalajas opsüsteemis (RTOS) katkestuse ja protsessi lülitumise viivituse aeg olema ajavahemikus.
Operatsioonisüsteemid, mida me tavaliselt kasutame (Windows, Linux), ei ole reaalajas opsüsteemid, kuna need on mõeldud läbilaskevõime jaoks ja ei saa garanteerida, et iga sündmust töödeldakse teatud vahemikus. Näiteks on tavalise Etherneti ülekandekiirus palju kiirem kui reaalajas tööstuslik Ethernet, kuid see pole ka reaalajas, kuna see ei saa ka tagada, et andmeid edastatakse teatud aja jooksul.
Reaalajas pole keeruline mõista, kuid milliseid roboti ülesandeid peab reaalajas jooksma? Kuidas määrata programmi tööaja intervall vastavalt roboti jõudlusnõuetele (1 ms või 10ms)? Kas reaalajas sõltub riistvara või tarkvara?
Kuidas valida konkreetset riist- ja tarkvara, mis põhineb reaalajas (Arm või X {1}}, Linux RTAI või VXWORKS)? Selle aspekti kohta puudub põhjalik arutelu Internetis ja suuremad robotitootjad ei avalda oma testi ja eksperimentaalseid tulemusi. Näib, et see aspekt tugineb peamiselt kogemustele ja katsetele ja vigadele.
Siin saan pakkuda ainult mõnda näitajat. Praegu on tööstuslike robotrelvade kontrollitsükkel umbes 1 ms ja suure jõudlusega servo-draivi asukoha ahela juhtimistsükkel võib ulatuda 125 [matemaatika töötlemise viga]. PLCOPEN määratleb mõned servo- ja liikumisjuhtimise standardid, sealhulgas programmeerimiskeel, põhiliste liikumisjuhtimisfunktsioonide plokid, sisend- ja väljundliideste parameetrid jne. [Matemaatika töötlemise viga] ^{[3]}
[3] Spetsiifilised rakenduskoodi üksikasjad on esitatud erinevad tootjad.
