Festo使用基于模型的设计开发创新的机器人臂

挑战

设计和实施气动机器人手臂的控制系统

解决方案

使用Si金宝appmulink和Simulink PLC编码器建模,仿真,优化,并实现在可编程逻辑控制器上的控制器

结果

  • 复杂PLC实现自动化
  • 获科技创新奖
  • 新商机出现

“使用Simu金宝applink进行基于模型的设计,使我们能够开发仿生处理助理和其他机电图设计所需的复杂气动控制。使用Sim金宝appulink PLC编码器,现在从设计到产品时更容易。“

RüdigerNeumann博士,Festo
费斯托仿生搬运助手。图片©Festo AG。

灵感来自大象行李箱的运动,Festo AG开发了仿生处理助理,可以与人类密切合作的机电手臂。与工业机器人武器不同,通常封闭在安全笼中以保护附近工人,仿生处理助理旨在与人类直接互动。与机电臂的偶然接触是无害的,因为臂由由压缩空气驱动的轻质聚合物组分制成。此外,气动学由控制系统管理,该控制系统在发生碰撞时立即产生。

Festo研究人员使用MATLAB开发了控制系统®和模拟金宝app®对于基于模型的设计,然后使用Simulink PLC Coder™在可编程逻辑控制器(PLC)上实现它。金宝app“通过基于模型的设计,我们可以模拟,模拟,优化和生成代码,以实现同一工具环境中的控制器,”Festo的机电系统研究部门Rüdigerneumann博士说。“因此,我们的开发过程更有效,不仅适用于仿生处理助手,而且更为需要使用代码生成的控制器实现的任何项目。”

挑战

具有11度自由度,仿生处理辅助剂是12个气动腔室,13个致动器和12个位置传感器的复杂系统。该系统的12个压力控制器和12个位置控制器在音乐会上工作以控制臂的运动,这重约4磅(1.8千克),延伸到3.6英尺(1.1米)。“气动系统高度非线性,后备箱具有弹性,因此我们无法使用简单的PID控制器,”Neumann说。“为了获得最佳控制器响应,我们需要主动减振和专用非线性状态空间模型,具有反馈和前馈控制结构。”

Festo的研发团队经常被要求评估特定客户应用程序的可行性。他们传统上在原型硬件上为这些应用开发和测试控制器。然而,为这样一个原型创造一个微控制器解决方案的过程是费时的,因此是昂贵的。Neumann说:“我们希望使用Festo自己的标准PLC产品进行实时控制,而不需要为下载188bet金宝搏小容量的特殊控制器应用构建新的硬件。”

解决方案

费斯托利用Simulink开发了仿生处理助手控制器,并利用Simulink PLC编码器在费斯托PLC上以结构化文本的形式实现金宝app。

研究人员在Simulink中为组成仿生操纵助手的各个气动室创建了设备和控制器模型,并进行了仿真以验证控制器的功金宝app能。

他们使用Simulink Coder从模型中生成C代码金宝app.他们将这些代码编译并部署到原型硬件上,以进行初始的实验室测试。

在Matlab中,研究人员使用在气动臂的实验室测试期间收集的测量进行了系统识别,以改善工厂模型。

有了更精确的工厂模型,该团队在Simulink中优化了控制器设计,以提高其性能和稳定性。金宝app

然后使用Simulink PL金宝appC Coder从控制器优化的Simulink模型中生成IEC 61131结构文本。在将结构化文本导入其3S-Smart Software Solutions CoDeSys IDE后,该团队将其编译并部署到来自F金宝搏官方网站esto的CMXR-C2多轴控制器中。

为了验证PLC的实现,他们将其频率响应和时间响应与Simulink模型和初始控制器原型的C代码进行了比较。金宝app他们通过在Simulink中调整模型并使用Simulink PLC Coder重新生成结构化文本来执行额外的迭代以提高性能。金宝app

仿生处理助手已经在世界范围内进行了演示,并在欧洲和北美获得了创新奖。费斯托目前正在使用Simulink P金宝appLC编码器开发其他先进的机电系统。

结果

  • 复杂PLC实现自动化.“在以前的项目中,我们用手编写了用于前馈控制的结构化文本,但在PLC上使用本手册方法实施仿生处理助手的反馈控制是过于复杂的 - 我们根本就没有完成它,”neumann。“金宝appSimulink PLC编码器使我们能够在几分钟内自动生成结构化文本。”

  • 获科技创新奖.For its work on developing the Bionic Handling Assistant and enabling safer interactions between robots and humans, Festo was awarded the 250,000-euro Deutscher Zukunftspreis, the German President’s award for technology and innovation, which recognizes advances that serve mankind, improve lives, and create jobs.

  • 新商机出现.“过去,为专业产品构建必要的控制器硬件是非常昂贵的,”Neumann说明。下载188bet金宝搏“使用Sim金宝appulink PLC编码器,我们可以轻松实现我们现有的PLC硬件上的控制器设计。这种功能使Festo能够为工程低批量控制器产品追求新的商业机会。“下载188bet金宝搏

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