Главное координированное движение: синхронизация многоосных сервоприводов

В мире промышленной автоматизации управление одним мотором — задача простая. Однако координация трёх и более осей для работы как единого целого требует продвинутых методов управления. Независимо от того, создаёте ли вы индивидуальную порталную систему или сочленённого робота, согласованное движение упрощает сложные пространственные расчёты. Эта технология позволяет нескольким сочленениям одновременно достигать заданной точки, обеспечивая плавные и предсказуемые траектории машины.

Понимание систем координат: сочленённые и декартовы

Промышленные роботы обычно используют вращающиеся сочленения. Каждый мотор поворачивается на определённый угол. Для определения конечного положения инструмента (X, Y, Z) контроллер выполняет «прямую кинематику». Обратная же задача — «обратная кинематика» — вычисляет углы сочленений, необходимые для достижения конкретной точки в пространстве.

При программировании в средах, таких как Studio 5000, необходимо выбрать систему координат. Линейные декартовы системы (X, Y, Z) часто проще для новичков, так как исключают необходимость сложных тригонометрических преобразований в логике ПЛК.

Создание многокоординатной согласованной системы

Настройка согласованной системы требует более тщательной работы, чем стандартная синхронизация зубчатых передач или кулачков. Сначала нужно объединить ваши сервоприводы в «Согласованную систему» внутри группы движения. Этот программный объект служит контейнером для всех связанных осей.

Мастер создания согласованной системы позволяет задать основные параметры: количество осей, геометрию системы и механические смещения. Кроме того, необходимо установить максимальные ограничения скорости и ускорения для всей группы. Это гарантирует, что самая медленная ось определяет общее время движения, предотвращая механические перегрузки.

Основная логика ПЛК для согласованного движения

Для управления такими системами инженеры используют специальные инструкции Motion Coordinated (MC). В отличие от стандартных блоков Motion Axis Move (MAM), эти инструкции рассматривают систему как единое целое.

• MCLM (Линейное движение): Перемещает центр инструмента по прямой линии между двумя координатами.

• MCCM (Круговое движение): Создаёт точные 2D или 3D дуги с заданным радиусом или центром.

• MCPM (Движение по траектории): Обрабатывает сложные траектории для роботов с геометрией SCARA или Delta.

Если необходимо остановить систему, используется команда Motion Coordinated Stop (MCS). Эта инструкция обеспечивает одновременное замедление всех осей, сохраняя целостность траектории даже при остановке.

Сравнение согласованного и синхронизированного движения

Многие инженеры путают «зубчатую передачу» с «согласованным движением». В электронной передаче одна ось следует за другой с фиксированным соотношением. В согласованном же движении оси не жёстко связаны. Вы можете управлять отдельной осью с помощью стандартного блока движения, не влияя на остальные.

Главное достоинство согласованного движения — временная синхронизация. Контроллер автоматически регулирует скорость каждого мотора. В результате все оси начинают и заканчивают движение одновременно, независимо от пройденного расстояния.

Мнение автора: почему важна координация

По моему опыту, переход к согласованному движению стал переломным моментом для самодельной робототехники и специализированной заводской автоматизации. Раньше для плавных траекторий требовался отдельный контроллер робота. Сегодня современные ПЛК выполняют эти расчёты внутри себя. Такое объединение управления ПЛК и роботом снижает затраты на оборудование и упрощает архитектуру связи на производстве.