ELMO

בקרה חדשנית ברובוט “אנושי”

חברת SIASUN, יצרן הרובוטים הגדול בסין, עוברת בימים אלה לייצור סדרתי של ראשון מסדרת רובוטים המיועדים לעבודה אוטונומית בסביבה אנושית (COLLABORATIVE). חברת Elmo Motion control הייתה שותפה חשובה מאוד בפיתוח כאשר לקחה על עצמה את כל נושאי בקרת ההינע ובכך אפשרה ללקוח להתמקד ולמקד את רוב משאביו לפיתוח הרובוט. כל 7 צירי בקרת המנועים הם מסדרת GOLD TWITTER.
היכולת של הרובוט לעבוד בסביבה של אנשים עם יכולת לחקות בצורה מדויקת ומהירה תנועות אנושיות דורשת בקרה מתקדמת וחדשנית בכל 7 צירי ההינע. דרישה מנדטורית נוספת היא ה-SAFETY, תנועה רובוטית בסביבה אנושית עלולה להיות מאוד מסוכנת. זה היה אתגר לא פשוט לעמוד בדרישות הבטיחות הקפדניות ברובוט כל כך קטן ודחוס, היכולת של ה- לדחוף הרבה מאוד הספק מנפח זעיר, האינטליגנציה הגבוהה, יכולות הבקרה המתקדמות, הנצילות הכמעט אבסולוטית, “אפס” הרעות אלקטרומגנטיות, הקשיחות והעמידות בכל תנאי הסביבה אפשרו ל-SIASUN להשיג את יעדי התכנון באופן מלא ובזמן קצר מאוד.
בישום: דוחפי הסרוו הותקנו על המפרקים של הרובוט, זה אפשר תכנון מאוד קומפקטי וחסכוני המייתר כמעט לחלוטין את הצורך בארון חשמל ייעודי ומסורבל מחוץ לרובוט. השגת ביצועי סרבו מקסימליים, באמצעות שימוש בחוגי סרבו כפולים והפעלת אנקודרים אבסולוטיים ברזולוציה גבוהה היו רק חלק מהאתגרים בעת תכנון הרובוט בעל 7 המפרקים.
אחת הדרישות של מהנדסי SIASUN הייתה היכולת להשתמש בתכנון הקינמטיקה המתקדמת והייחודית שהם תכננו ומתכננים בעתיד.

מימין Gold Solo Twitter 50A /100V מיושם בתוך הזרוע הרובוטית, חוסך מקום ושימוש בכבלים הזרוע הרובוטית בעלת 7 צירים, חברת SIASUN Gold Solo Twitter 50A /100V מיושם בתוך הזרוע הרובוטית מפחית הפרעות EMI ומשפר חסינות לרעש

מימין
Gold Solo Twitter 50A /100V מיושם בתוך הזרוע הרובוטית, חוסך מקום ושימוש בכבלים
במרכז
הזרוע הרובוטית בעלת 7 צירים, חברת SIASUN
משמאל
Gold Solo Twitter 50A /100V מיושם בתוך הזרוע הרובוטית מפחית הפרעות EMI ומשפר חסינות לרעש

 

לפני מספר שנים אלמו החליטה לתמוך בדרישה זו של הלקוחות ופתחה את יכולות ה-SIL . זוהי יכולת מובנית בתור בקר ה-MAESTRO PLATINUM שמאפשרת ללקוח “שתילת” האלגוריתמיקה שלו בקוד המקור שבה תוכנן (MATLAB, וכו) לתוך ליבת זמן אמת של הבקר הרב צירי ולהריץ את התכנון העצמאי שלהם תוך זמן קצר ביותר (עשרות דקות בודדות).
הגישה ל-Real Time Code Section של הבקר אפשרה למפתחים להטמיע וגם לבחון מיידית את התכנון של התנועה הרובוטית המשולבת של 7 הצירים בלי צורך ל”תיווך” של תכנתים ולא של מהנדסי חומרה.
הקינמטיקה המובנת הכלולה ב-MAESTRO PLATINUM איפשרה פעולה במערכת קואורדינטות של המוצר PCS – Product Coordinate System) וכן של מערכות קואורדינטות של המכונה (MCS – Machine Coordinate System) כך שמהנדס הבקרה יכול לתת פקודות לרובוט הן מבחינת קואורדינטות הקצה והן מבחינת המיקומים של כל מפרק ומפרק.
לאחר סיום שלב התכנון והסימולציה, התחיל שלב הפעולה המחולק לשני חלקים:

  1. למידת התנועה
  2. הפעולה
בקר סרוו זעיר , GOLD TWITTER 50A /100V

בקר סרוו זעיר , GOLD TWITTER 50A /100V

בתהליך למידת התנועה, המפעיל מניע פיזית את הרובוט לנקודות מיקום במסלול הרצוי. הבקר הרב צירי מקליט את המיקומים היחסיים של נקודות אלו כדי שיוכל לחזור עליהם בעת ההפעלה.
בהמשך הלמידה, הדרייברים הזעירים פועלים במצב בקרה Cyclic Synchronous Torque . בנוסף לפקודת המומנט, הבקר הרב צירי משדר פקודות פיצוי זרם (מומנט) כדי להתגבר על גורמים מתנגדים כגון גרביטציה, דינמיות של הרובוט ועוד. פתרון אלמו זה, מאפשר יישום אופן למידה בקלות ללא צורך בניסיון בתכנות.
הבקר הרב צירי מחשב את שבעת יעדי המיקום ומהירותם בהתאם למודל הקינמטיקה של הרובוט (פתרון הקינמטיקה ההפוכה של DH matrix) ואם יש צורך, הפיצוי על המומנט מתווסף למומנט המשודר. באופן זה הדרייברים פועלים במצב בקרה Cyclic Synchronous Position או במצב בקרה Cyclic Synchronous Velocity תוך קבלת פקודות של יעדי המיקום, המהירות ופקודות תיקון מומנט.
לטובת הפיתוח המורכב, אלמו סיפקה פתרון בתחום מגברי הסרוו הזעירים – מגבר Gold Twitter המיניאטורי. המגבר קטן ו”עוצמתי” המפיק זרם רציף של 50 אמפר, זרמי שיא של 100 אמפר, ומבוסס תקשורת EtherCAT, המוצר מפליא ביכולותיו לתת פתרון בקרה מתקדם ויכולת לדחוף זרמים מאוד גבוהים.
הנצילות המקסימלית, העמידות והקשיחות הגבוהות מאפשרות למקם את מגבר הסרוו ישירות בתוך שבעת מפרקי הרובוט, בסמוך למנועי המפרקים, הנמצאים בתנועה מתמדת וחשופים לתאוצות גבוהות לזעזועים מכניים חריגים.
מיקום זה שיפר דרמטית את ביצועי הבקרה של הרובוט, את החסינות להפרעות אלקטרומגנטיות, וכן הוריד את כמות הכבילה (בעיקר את הכבלים הנמצאים בתנועה אשר אמינותם נמוכה יחסית). כל אלה מייתרים כמעט לגמרי את ארון החשמל המסורתי, חוסכים משמעותית בשטח הדרוש להפעלת ה”רובוט” ומגבירים את מהימנות המערכת באופן ניכר.
נוסף על כך, היה צורך מובהק ביישום “פשוט”, ללא חיישנים ייעודיים ויקרים, לטובת בקרת מומנט הפיתול (TORQUE) והכוח ההכרחיים לרובוט, זה התאפשר בזכות חוג הזרם בעל טווח זרם דינמי חריגה של 1:2000, רוחב סרט רחב וזמני תגובה מהירים של חוגי בקרה מתקדמת.
כמו בכול יישום תעשייתי ובפרט ברובוט הפועל בסביבה אנושית, קיימת חשיבות עליונה לנושא הבטיחות (SAFETY). מגבר Gold Twitter כמו כל מגברי הסרוו ממשפחת ה-Gold הינו עומד בתקנים המחמירים של תקינת ה-IEC 61800-5-2:2007 SIL 3.

EASII – Elmo Application Studio
במערכות רובוטיקה מתקדמות מסוג זה, תכנון נכון של בקרים (set up) והתגברות על חוסר דיוקים במכניקה ובמבנה המערכת מובילה לתוצאות גבוהות בזמני שיא. במהלך פרויקט הרובוט, השתמשו מפתחי היצרן בתוכנת הסטודיו האפליקציות של אלמו שהינה כלי מתקדם וידידותי המאפשר הפעלה מהירה ופשוטה למערכות בקרה חכמות ומורכבות.
כלי תכונה זה נתן מענה למפתחים להגדרת תצורה (SETUP), תכנות, “הקמת” רשת התקשורת, זיהוי מכני של עומס, כוונון וכיול של חוגי הסרוו, תכנון הבקרה הרב צירית, מיפוי שגיאות, בניית פונקציות תנועה מתקדמות, שימוש בפונקציות, בחינה ובדיקה של המערכת, ניטור, הקלטות, ועוד.

לסיכום, פתרון הבקרה העניק:

  1. ביצועי סרוו מתקדמים
  2. זמן מחזור של 250 מיקרו שנייה עבור עד 32 צירים מסונכרנים באופן מוחלט
  3. טכנולוגיית סרוו זעירה אך בעלת שיעור הספק גבוה הממוקם בסמוך למנועי המפרקים
  4. טווח זרם דינמי גבוה 2000:1 עבור מהירויות גבוהות ודיוק מרבי
  5. משוב בקרה כפול עם מגוון משובים
  6. שימוש בבקר רב צירי חזק לסנכרון הצירים
  7. רשת EtherCAT מהירה, טורית ודטרמיניסטית
  8. חוג בקרה ברוחב סרט גבוה
  9. יישום יעיל של קונפיגורציית הרובוט ע”י תוכנת EASII
  10. נצילות ואמינות מרביים
  11. דרייברים מוקשחים, הניתנים למיקום בכל מקום
  12. חתימה אלקטרומגנטית נמוכה

רמי סימני , אלמו הנע מבוקר בע"מ

תגובות סגורות