Планирование траектории без обучения для 2-осевых порталов с использованием MATLAB и PLCnext

📌 Автор(ы):Роман Майер, Маркус Хозер📌 Компания:maku Engineering GmbH📌 Контакт:rommayer@maku-engineering.com, marhoser@maku-engineering.com📌 Технологии:MATLAB/Simulink, Simscape, Phoenix Contact PLCnext, Siemens Drives, Robotic Toolbox Питера Корка

Мотивация:зачем планировать путь без обучения?

В промышленной автоматизации широко используются двухосные порталы – от станков с ЧПУ и роботов-перекладчиков до систем погрузочно-разгрузочных работ. Программирование этих порталов часто осуществляется посредством обучения, то есть оператор вручную перемещает систему в нужные положения, сохраняет их как путевые точки и определяет траекторию.

Проблема:

• Обучение занимает много времени и подвержено ошибкам.
• Изменения в среде или системе требуют повторного изучения.
• Автоматизированные решения часто стоят дорого и требуют сложной интеграции.

Наше решение:Мы разработали систему планирования маршрута, не требующую обучения, которая устраняет необходимость в процессах ручного обучения. Вместо этого интеллектуальный алгоритм автоматически генерирует траекторию без столкновений.

Цель:

• Автоматическое планирование пути для 2-осевого портала.
• Использование MATLAB/Simulink и Simscape для моделирования и моделирования
• Генерация кода для ПЛК Phoenix Contact (AXC F 3152)
• Интеграция приводов Siemens SINAMICS S210 через Profinet

📌 Изображения/Визуализации можно найти в последнем разделе!

Техническая реализация

Наша система планирования пути использует алгоритм mobileRobotPRM MATLAB для создания путевых точек. Это означает:

🟢 Автоматическое планирование пути

• Окружающая среда представлена в виде карты (матрицы).
• Препятствия обнаруживаются и обходятся.
• Рассчитывается кратчайший путь без коллизий.

🟢 Моделирование в MATLAB/Simulink

• Simscape Multibody для физического моделирования портальной системы
• Simscape Electrical для интеграции серводвигателей Siemens
• Роботизированный набор инструментов Питера Корка для планирования пути [https://github.com/petercorke/robotics-toolbox-matlab]

🟢 Генерация и контроль кода

• Запланированный путь преобразуется в исполняемый код для ПЛК Phoenix Contact с помощью Simulink Coder и Embedded Coder.
• ПЛК отправляет точки траектории через Profinet на приводы Siemens.

Преимущество:всю систему можно сначала смоделировать, а затем напрямую перенести на реальное оборудование.

Кроме того, мы успешно интегрировали двигатели Siemens с поддержкой Phoenix Contact, не требуя дополнительных лицензий. Это стало возможным благодаря использованию файлов описания инверторных устройств Siemens (файлы GSDML) для обеспечения связи Profinet.

Потенциал расширения

Наша система является модульной и может быть расширена при соответствующих усилиях:

🔹 Замена механической модели и регулировка приводов

• Механическая модель может быть заменена с использованием данных САПР при наличии необходимых инструментов.
• В зависимости от желаемой динамики конфигурация диска может быть предварительно смоделирована для оптимизации производительности.

🔹 Обновления динамической среды

• Текущую статическую карту можно заменить системой обработки изображений.
• Для обнаружения окружающей среды можно использовать камеры или датчики LiDAR.
• Карта может постоянно обновляться во время выполнения, чтобы учитывать движущиеся препятствия.

🔹 Расширение до многоосных систем

• В настоящее время система рассчитана на двухосное движение (X/Y).
• Возможно расширение до 3-осевых систем (X/Y/Z). Для этого требуется:* Адаптация механической модели* Интеграция третьего привода, который должен быть включен в алгоритм планирования пути.

Выводы и перспективы

Наше планирование пути без обучения обеспечивает:✔ Экономию времени – Не требуется ручное обучение ✔ Гибкость – Изменения окружающей среды учитываются автоматически ✔ Простое внедрение – Прямое генерирование кода для ПЛК Phoenix Contact

Что дальше?

Части этого проекта основаны на репозитории с открытым исходным кодом и доступны бесплатно. Наши улучшения и программы могут быть предоставлены бесплатно по запросу. Конечно, мы также открыты для звонков в случае необходимости.

В зависимости от интереса к этому сообщению в блоге мы планируем:

• Предложите это решение в качестве бесплатного приложения в этой записи блога.
• Опубликуйте его на платформе MathWorks

Вопросы, предложения или идеи? Не стесняйтесь оставлять комментарии или обращаться к нам напрямую!

Настройка оборудования/впечатления/результаты