Một triết lý khác về điều khiển robot công nghiệp

Mecademic Meca500 tiếp tục thách thức kiến trúc robot công nghiệp truyền thống bằng cách tách chuyển động của robot khỏi logic máy. Thay vì dựa vào một bộ điều khiển robot truyền thống tích hợp sẵn logic bậc thang, xử lý tín hiệu và điều phối chuyển động, Meca500 giao các trách nhiệm đó cho PLC và lớp điều khiển bên ngoài.

Thiết kế này thay đổi cách kỹ sư nhìn nhận việc triển khai robot. Thay vì xây dựng các quy trình robot nguyên khối lớn, các chương trình chuyển động trở nên gọn nhẹ, mô-đun và dễ kích hoạt hơn từ các hệ thống tự động hóa bên ngoài.

Nền tảng Meca500 nhỏ gọn hướng đến các môi trường tự động hóa có độ chính xác cao, nơi hiệu quả sử dụng không gian và khả năng điều khiển linh hoạt rất quan trọng.

Vì sao Meca500 hoạt động theo cách khác

Các robot công nghiệp truyền thống thường tự quản lý các hoạt động I/O bên trong. Chúng giám sát cảm biến, chờ tín hiệu đầu vào từ thiết bị hiện trường, thực hiện phép tính và điều khiển trực tiếp các thiết bị ngoại vi từ bộ điều khiển robot.

Meca500 loại bỏ phần lớn trách nhiệm đó khỏi robot. PLC trở thành bộ máy ra quyết định chính, còn robot gần như chỉ tập trung thực thi các lệnh chuyển động.

Kiến trúc này mang lại nhiều lợi ích quan trọng cho các hệ thống tự động hóa phân tán. Các nhà tích hợp có thể tập trung việc điều phối máy trong các nền tảng PLC như Allen Bradley ControlLogix hoặc các môi trường điều khiển chuyển động nâng cao trong hệ thống Siemens SIMATIC S7.

Meca500 giảm thiểu việc xử lý I/O trên robot, để phần lớn quyết định về trình tự và điều khiển cho lớp PLC.

Hai chiến lược chuyển động riêng biệt

Chuyển động động do PLC tạo ra

Khi ứng dụng yêu cầu điều chỉnh vị trí theo thời gian thực, phản hồi từ cảm biến hoặc chuyển động thích ứng, PLC sẽ tính toán tọa độ và gửi trực tiếp đến robot thông qua giao tiếp Ethernet.

Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong các ứng dụng cấp phôi cho máy, kiểm tra và dẫn hướng bằng thị giác, nơi vị trí liên tục thay đổi. Phương pháp này cũng đơn giản hóa việc tích hợp với các hệ thống đo lường bên ngoài và cảm biến thông minh.

Các chương trình chuyển động được lưu cho những tác vụ lặp lại

Đối với các ứng dụng ổn định và có thể lặp lại, kỹ sư có thể viết trực tiếp các quy trình chuyển động trong MecaPortal và lưu chúng trên robot.

Thay vì truyền từng tọa độ chuyển động riêng lẻ, PLC chỉ cần ra lệnh cho robot thực thi một số chương trình được định nghĩa trước. Điều này giúp giảm chi phí giao tiếp và đơn giản hóa các chu trình sản xuất lặp lại.

Xây dựng chương trình chuyển động trong MecaPortal

Quá trình lập trình bắt đầu bằng việc kết nối robot, PLC và máy trạm kỹ thuật thông qua mạng Ethernet dùng chung. Sau khi kết nối, kỹ sư có thể truy cập môi trường MecaPortal bằng trình duyệt web tiêu chuẩn.

Trình soạn thảo hỗ trợ lập trình chuyển động có cấu trúc bằng các lệnh dạng hàm. Phương pháp này giống lập trình tập lệnh đơn giản hóa hơn là lập trình bằng tay dạy truyền thống.

MecaPortal cung cấp môi trường lập trình nhẹ trên trình duyệt để tạo các chương trình chuyển động robot có thể tái sử dụng.

Tìm hiểu các tham số chuyển động

Cấu hình vận tốc rất quan trọng

Trước khi bắt đầu bất kỳ chuyển động nào, robot cần các định nghĩa vận tốc cho chuyển động tuyến tính, chuyển động góc và chuyển động khớp. Những tham số này ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian chu kỳ, độ ổn định định vị và ứng suất cơ học.

Các lệnh như SetCartLinVel(), SetCartAngVel() và SetJointVel() cho phép kỹ sư thiết lập các điều kiện vận hành an toàn và có tính lặp lại trước khi thực hiện các chuỗi chuyển động.

Các thiết lập chuyển động thận trọng vẫn rất cần thiết trong giai đoạn thử nghiệm ban đầu. Chuyển động tốc độ cao có thể nhanh chóng tạo ra nguy cơ va chạm, đặc biệt trong quá trình xác minh tọa độ ban đầu.

Lựa chọn giữa MovePose và MoveLin

Meca500 cung cấp nhiều lệnh chuyển động cho các yêu cầu vận hành khác nhau.

MovePose ưu tiên hiệu suất và tốc độ. Bộ điều khiển tự động tính toán chuyển động khớp từ các tọa độ Descartes. Lệnh này phù hợp với các đường di chuyển dài, nơi hình dạng quỹ đạo chính xác không quan trọng bằng.

MoveLin duy trì chuyển động TCP theo đường thẳng. Kỹ sư thường dành lệnh này cho các chuyển động tiếp cận và rút lui xung quanh đồ gá, dụng cụ hoặc trong các thao tác đặt chính xác.

Các chức năng chạy rà giúp kỹ sư xác minh hướng tọa độ và tránh lỗi định vị trước khi thực hiện chuyển động tự động.

Lập trình chuỗi gắp và đặt

Ứng dụng được trình bày tuân theo quy trình gắp và đặt công nghiệp kinh điển. Các lệnh định vị nhanh đưa robot đến gần khu vực mục tiêu, trong khi các chuyển động tuyến tính chậm hơn đảm nhiệm việc tiếp xúc và thả vật thể.

Sự phân tách giữa vận chuyển nhanh và chuyển động tiếp cận có kiểm soát này phản ánh các phương pháp tốt nhất tiêu chuẩn trong robot công nghiệp. Điều đó cải thiện hiệu suất chu kỳ đồng thời giảm nguy cơ va chạm trong các thao tác xử lý quan trọng.

Thời gian điều khiển kẹp cũng đóng vai trò quan trọng. Các lệnh trì hoãn đảm bảo cơ cấu chấp hành cuối đã đóng hoặc mở hoàn toàn trước khi robot chuyển sang bước chuyển động tiếp theo.

Quy trình robot hoàn chỉnh kết hợp chuyển động tuyến tính, các lệnh định vị và điều khiển kẹp gắp thành một chuỗi tự động hóa có thể tái sử dụng.

Lưu và thực thi chương trình từ PLC

Sau khi được xác thực, chương trình có thể được lưu trực tiếp vào robot bằng một mã định danh dạng số. Cách đặt tên chỉ bằng số giúp đơn giản hóa việc lựa chọn chương trình từ các khối hàm PLC.

Từ phía PLC, việc thực thi chỉ cần một số lượng nhỏ lệnh. Trước tiên, PLC thiết lập quyền điều khiển thông qua khối hàm Connect. Sau đó, lệnh StartOfflineProgram khởi chạy quy trình đã chọn.

Việc lưu trữ chương trình dạng số giúp đơn giản hóa việc lựa chọn và quản lý thực thi chương trình dựa trên PLC.

Các khối hàm PLC cho phép hệ thống tự động hóa bên ngoài kích hoạt các quy trình robot đã lưu qua Ethernet.

Điều này có ý nghĩa gì đối với các hệ thống tự động hóa trong tương lai

Meca500 phản ánh một sự chuyển dịch lớn hơn đang diễn ra trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp. Các nền tảng robot hiện đại ngày càng phụ thuộc vào giao tiếp Ethernet, logic phân tán và điều khiển chuyển động được xác định bằng phần mềm thay vì các bộ điều khiển robot biệt lập.

Khi các nhà sản xuất hướng tới các hệ thống sản xuất dạng mô-đun, kiến trúc robot phi tập trung trở nên hấp dẫn hơn. PLC vốn đã điều phối băng tải, bộ truyền động, hệ thống thị giác và thiết bị an toàn. Mở rộng khả năng điều phối đó sang trình tự robot sẽ tạo ra một môi trường tự động hóa thống nhất hơn.

Các nhà tích hợp làm việc với I/O phân tán và mạng chuyển động dựa trên Ethernet cũng có thể hưởng lợi từ việc tìm hiểu thêm về các giải pháp truyền thông và mạng công nghiệp đa dạng hơn dành cho kiến trúc máy có khả năng mở rộng.

Quan điểm của tác giả

Meca500 không đơn thuần là một robot công nghiệp nhỏ hơn. Kiến trúc của nó thể hiện sự chuyển hướng có chủ đích sang thiết kế tự động hóa lấy phần mềm làm trung tâm.

Xét từ góc độ kỹ thuật, việc tách chuyển động của robot khỏi logic máy là lựa chọn rất hợp lý cho nhiều ứng dụng hiện đại. Điều này làm giảm độ phức tạp của bộ điều khiển, tăng tính linh hoạt và cho phép PLC tiếp tục là lớp điều phối thực sự của máy.

Đối với các kỹ sư tự động hóa giàu kinh nghiệm, phương pháp này có vẻ gần với tương lai của robot hơn mô hình phụ thuộc nặng vào bộ điều khiển vốn đã chi phối các nhà máy trong nhiều thập kỷ.

Daniel Mercer | Phóng viên hệ thống robot

Daniel Mercer có 14 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực robot công nghiệp, tích hợp PLC và các hệ thống chuyển động phân tán. Kinh nghiệm của ông bao gồm các dự án tự động hóa sử dụng nền tảng của Siemens, Beckhoff Automation, FANUC, Rockwell Automation và Emerson trong ngành ô tô và lắp ráp chính xác.