การสร้างและเรียกใช้โปรแกรมหุ่นยนต์บน Meca500 ผ่านการควบคุมด้วย PLC

แนวคิดที่แตกต่างสำหรับการควบคุมหุ่นยนต์อุตสาหกรรม

Mecademic Meca500 ยังคงท้าทายสถาปัตยกรรมหุ่นยนต์อุตสาหกรรมแบบเดิมด้วยการแยกการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ออกจากลอจิกของเครื่องจักร แทนที่จะพึ่งพาตัวควบคุมหุ่นยนต์แบบดั้งเดิมที่อัดแน่นด้วยลอจิกแลดเดอร์ การจัดการสัญญาณ และการจัดลำดับการเคลื่อนไหว Meca500 จะมอบความรับผิดชอบเหล่านั้นให้ PLC และชั้นควบคุมภายนอก

การออกแบบนี้เปลี่ยนวิธีคิดของวิศวกรเกี่ยวกับการติดตั้งหุ่นยนต์ แทนที่จะสร้างรูทีนหุ่นยนต์ขนาดใหญ่แบบรวมเป็นก้อน โปรแกรมการเคลื่อนไหวจะมีน้ำหนักเบา เป็นโมดูล และเรียกใช้จากระบบอัตโนมัติภายนอกได้ง่ายขึ้น

แพลตฟอร์ม Meca500 ขนาดกะทัดรัดมุ่งเป้าไปที่สภาพแวดล้อมระบบอัตโนมัติความแม่นยำสูง ซึ่งประสิทธิภาพด้านพื้นที่และการควบคุมที่ยืดหยุ่นมีความสำคัญ

เหตุใด Meca500 จึงทำงานแตกต่างออกไป

โดยทั่วไป หุ่นยนต์อุตสาหกรรมแบบดั้งเดิมจะจัดการการทำงาน I/O ของตนเองภายในหุ่นยนต์ หุ่นยนต์จะตรวจสอบเซนเซอร์ รอสัญญาณอินพุตจากภาคสนาม คำนวณ และควบคุมอุปกรณ์ต่อพ่วงโดยตรงจากตัวควบคุมหุ่นยนต์

Meca500 นำความรับผิดชอบส่วนใหญ่ออกจากตัวหุ่นยนต์เอง PLC จึงกลายเป็นกลไกหลักในการตัดสินใจ ขณะที่หุ่นยนต์มุ่งเน้นเกือบทั้งหมดไปที่การปฏิบัติตามคำสั่งการเคลื่อนไหว

สถาปัตยกรรมนี้มอบข้อได้เปรียบอย่างมากในระบบอัตโนมัติแบบกระจาย ผู้ผสานระบบสามารถรวมศูนย์การประสานงานของเครื่องจักรไว้ภายในแพลตฟอร์ม PLC เช่น Allen Bradley ControlLogix หรือสภาพแวดล้อมการควบคุมการเคลื่อนไหวขั้นสูงภายในระบบ Siemens SIMATIC S7

Meca500 ลดการจัดการ I/O ภายในหุ่นยนต์ให้น้อยที่สุด โดยให้ PLC เป็นผู้รับผิดชอบการตัดสินใจด้านลำดับการทำงานและการควบคุมส่วนใหญ่

กลยุทธ์การควบคุมการเคลื่อนไหวสองรูปแบบที่แตกต่างกัน

การเคลื่อนไหวแบบไดนามิกที่สร้างโดย PLC

เมื่อการใช้งานต้องปรับตำแหน่งแบบเรียลไทม์ ใช้ข้อมูลป้อนกลับจากเซนเซอร์ หรือเคลื่อนที่แบบปรับตามสถานการณ์ PLC จะคำนวณพิกัดและส่งไปยังหุ่นยนต์โดยตรงผ่านการสื่อสาร Ethernet

วิธีนี้เหมาะอย่างยิ่งกับงานหยิบจับชิ้นงานเข้าออกจากเครื่องจักร งานตรวจสอบ และการใช้งานที่นำทางด้วยวิชัน ซึ่งตำแหน่งมีการเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ นอกจากนี้ยังช่วยให้การผสานรวมกับระบบวัดภายนอกและเซนเซอร์อัจฉริยะง่ายขึ้น

โปรแกรมการเคลื่อนไหวที่จัดเก็บไว้สำหรับงานซ้ำ ๆ

สำหรับการใช้งานที่ต้องการความเสถียรและทำซ้ำได้ วิศวกรสามารถเขียนรูทีนการเคลื่อนไหวได้โดยตรงภายใน MecaPortal และบันทึกไว้ในหุ่นยนต์

แทนที่จะส่งพิกัดการเคลื่อนไหวทุกจุดแยกกัน PLC จะสั่งให้หุ่นยนต์เรียกใช้หมายเลขโปรแกรมที่กำหนดไว้ล่วงหน้า วิธีนี้ช่วยลดภาระการสื่อสารและทำให้ลำดับการผลิตแบบวนรอบง่ายขึ้น

การสร้างโปรแกรมการเคลื่อนไหวภายใน MecaPortal

การเขียนโปรแกรมเริ่มต้นด้วยการเชื่อมต่อหุ่นยนต์ PLC และเวิร์กสเตชันวิศวกรรมผ่านเครือข่ายอีเทอร์เน็ตร่วมกัน เมื่อเชื่อมต่อแล้ว วิศวกรจะเข้าถึงสภาพแวดล้อม MecaPortal ได้ผ่านเว็บเบราว์เซอร์มาตรฐาน

เอดิเตอร์รองรับการเขียนโปรแกรมการเคลื่อนไหวแบบมีโครงสร้างด้วยคำสั่งในรูปแบบฟังก์ชัน แนวทางนี้มีลักษณะคล้ายการเขียนสคริปต์แบบง่ายมากกว่าการเขียนโปรแกรมด้วยทีชเพนแดนต์แบบดั้งเดิม

MecaPortal มีสภาพแวดล้อมการเขียนโปรแกรมบนเบราว์เซอร์ที่ใช้งานง่ายสำหรับสร้างโปรแกรมการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ที่นำกลับมาใช้ซ้ำได้

ทำความเข้าใจพารามิเตอร์การเคลื่อนไหว

การกำหนดค่าความเร็วมีความสำคัญ

ก่อนเริ่มการเคลื่อนไหวใด ๆ หุ่นยนต์ต้องกำหนดค่าความเร็วสำหรับการเคลื่อนที่เชิงเส้น เชิงมุม และการเคลื่อนที่ของข้อต่อ พารามิเตอร์เหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อเวลารอบการทำงาน ความเสถียรของการจัดตำแหน่ง และแรงเค้นทางกล

คำสั่งอย่าง SetCartLinVel(), SetCartAngVel() และ SetJointVel() ช่วยให้วิศวกรกำหนดสภาวะการทำงานที่ปลอดภัยและทำซ้ำได้ ก่อนเรียกใช้ลำดับการเคลื่อนไหว

การตั้งค่าการเคลื่อนไหวแบบระมัดระวียังคงมีความสำคัญในระหว่างการทดสอบเบื้องต้น การเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการชนได้อย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะระหว่างการตรวจสอบพิกัดในช่วงแรก

การเลือกระหว่าง MovePose และ MoveLin

Meca500 มีคำสั่งการเคลื่อนไหวหลายรูปแบบสำหรับข้อกำหนดการทำงานที่แตกต่างกัน

MovePose ให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพและความเร็ว ตัวควบคุมจะคำนวณการเคลื่อนที่ของข้อต่อโดยอัตโนมัติจากพิกัดคาร์ทีเซียน วิธีนี้เหมาะสำหรับเส้นทางการเคลื่อนที่ระยะไกลที่รูปร่างของวิถีที่แน่นอนไม่ใช่ปัจจัยสำคัญ

MoveLin รักษาการเคลื่อนที่ของ TCP ให้เป็นเส้นตรง วิศวกรมักสงวนคำสั่งนี้ไว้สำหรับการเคลื่อนที่เข้าหาและถอยออกจากฟิกซ์เจอร์ อุปกรณ์จับยึด หรือการวางตำแหน่งที่ต้องการความแม่นยำ

ฟังก์ชันการขยับช่วยให้วิศวกรตรวจสอบทิศทางของพิกัดและหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการจัดตำแหน่งก่อนสั่งให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติ

การเขียนโปรแกรมลำดับงานหยิบและวาง

แอปพลิเคชันที่สาธิตนี้ใช้ลำดับงานหยิบและวางแบบคลาสสิกในอุตสาหกรรม คำสั่งจัดตำแหน่งอย่างรวดเร็วจะเคลื่อนหุ่นยนต์เข้าใกล้พื้นที่เป้าหมาย ขณะที่การเคลื่อนที่เชิงเส้นที่ช้าลงจะใช้สำหรับการจับยึดและปล่อยวัตถุ

การแยกการเคลื่อนย้ายอย่างรวดเร็วออกจากการเคลื่อนที่เข้าหาเป้าหมายแบบควบคุมนี้สอดคล้องกับแนวปฏิบัติมาตรฐานด้านหุ่นยนต์อุตสาหกรรม ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพรอบการทำงานและลดความเสี่ยงต่อการชนระหว่างการจัดการที่สำคัญ

จังหวะการทำงานของกริปเปอร์ก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน คำสั่งหน่วงเวลาช่วยให้หัวทำงานปิดหรือเปิดได้อย่างเต็มที่ก่อนที่หุ่นยนต์จะเปลี่ยนไปยังขั้นตอนการเคลื่อนไหวถัดไป

รูทีนหุ่นยนต์ที่เสร็จสมบูรณ์ผสานการเคลื่อนที่เชิงเส้น คำสั่งกำหนดตำแหน่ง และการควบคุมกริปเปอร์เข้าไว้ในลำดับการทำงานอัตโนมัติที่นำกลับมาใช้ซ้ำได้

การบันทึกและเรียกใช้โปรแกรมจาก PLC

เมื่อผ่านการตรวจสอบแล้ว สามารถบันทึกโปรแกรมลงในหุ่นยนต์โดยตรงโดยใช้ตัวระบุที่เป็นตัวเลข การตั้งชื่อด้วยตัวเลขเท่านั้นช่วยให้เลือกโปรแกรมจากฟังก์ชันบล็อกของ PLC ได้ง่ายขึ้น

ในส่วนของ PLC การเรียกใช้ต้องใช้คำสั่งเพียงไม่กี่คำสั่ง ขั้นแรก PLC จะสร้างสิทธิ์ควบคุมผ่านฟังก์ชันบล็อก Connect จากนั้นคำสั่ง StartOfflineProgram จะเปิดใช้รูทีนที่เลือก

การจัดเก็บโปรแกรมด้วยหมายเลขช่วยให้การเลือกและจัดการการเรียกใช้โปรแกรมผ่าน PLC ง่ายขึ้น

ฟังก์ชันบล็อกของ PLC ช่วยให้ระบบอัตโนมัติภายนอกเรียกใช้รูทีนหุ่นยนต์ที่จัดเก็บไว้ผ่าน Ethernet ได้

สิ่งนี้หมายความอย่างไรต่อระบบอัตโนมัติในอนาคต

Meca500 สะท้อนการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ที่กำลังเกิดขึ้นในระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม แพลตฟอร์มหุ่นยนต์สมัยใหม่พึ่งพาการสื่อสารผ่าน Ethernet ลอจิกแบบกระจายศูนย์ และการควบคุมการเคลื่อนที่ที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์มากขึ้น แทนที่จะใช้คอนโทรลเลอร์หุ่นยนต์แบบแยกส่วน

ขณะที่ผู้ผลิตมุ่งสู่ระบบการผลิตแบบโมดูลาร์ สถาปัตยกรรมหุ่นยนต์แบบกระจายศูนย์ก็ยิ่งน่าสนใจมากขึ้น PLC ทำหน้าที่ประสานงานสายพานลำเลียง ไดรฟ์ ระบบวิชัน และอุปกรณ์ความปลอดภัยอยู่แล้ว การขยายการประสานงานดังกล่าวไปสู่การจัดลำดับการทำงานของหุ่นยนต์จะสร้างสภาพแวดล้อมระบบอัตโนมัติที่เป็นหนึ่งเดียวมากขึ้น

ผู้รวมระบบที่ทำงานกับ I/O แบบกระจายศูนย์และเครือข่ายการเคลื่อนที่บน Ethernet อาจได้รับประโยชน์จากการสำรวจโซลูชันการสื่อสารและเครือข่ายอุตสาหกรรมที่ครอบคลุมยิ่งขึ้นสำหรับสถาปัตยกรรมเครื่องจักรที่ปรับขยายได้

ความคิดเห็นของผู้เขียน

Meca500 ไม่ใช่เพียงหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่มีขนาดเล็กลงเท่านั้น สถาปัตยกรรมของหุ่นยนต์นี้สะท้อนการเปลี่ยนแปลงอย่างตั้งใจไปสู่การออกแบบระบบอัตโนมัติที่ขับเคลื่อนด้วยซอฟต์แวร์

จากมุมมองทางวิศวกรรม การแยกการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ออกจากลอจิกของเครื่องจักรมีเหตุผลอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานสมัยใหม่หลายรูปแบบ ช่วยลดความซับซ้อนของคอนโทรลเลอร์ เพิ่มความยืดหยุ่น และทำให้ PLC ยังคงเป็นชั้นประสานงานหลักของเครื่องจักรอย่างแท้จริง

สำหรับวิศวกรระบบอัตโนมัติที่มีประสบการณ์ แนวทางนี้ให้ความรู้สึกใกล้เคียงกับอนาคตของหุ่นยนต์มากกว่ารูปแบบเดิมที่พึ่งพาคอนโทรลเลอร์เป็นหลัก ซึ่งครองโรงงานต่าง ๆ มานานหลายทศวรรษ

Daniel Mercer | ผู้รายงานข่าวด้านระบบหุ่นยนต์

Daniel Mercer มีประสบการณ์ 14 ปีด้านหุ่นยนต์อุตสาหกรรม การผสานรวม PLC และระบบการเคลื่อนที่แบบกระจายศูนย์ ภูมิหลังของเขาครอบคลุมโครงการระบบอัตโนมัติที่ใช้แพลตฟอร์มของ Siemens, Beckhoff Automation, FANUC, Rockwell Automation และ Emerson ในอุตสาหกรรมยานยนต์และการประกอบชิ้นส่วนความแม่นยำสูง