Projekat ministarstva nauke: TR-14202 Razvoj upravljačke jedinice otvorene arhitekture za upravljanje mašinama alatkama i industrijskim robotima

Učesnici na projektu: Lola institut u Beogradu

Korisnici projekta: E-SMART SYSTEM d.o.o,

Rukovodilac projekta: Prof. dr Aleksandra Pavasović, dipl. inž. el.

 

Upravljanje otvorene arhitekture

Upravljanje otvorene arhitekture (Open architecture control - OAC) je dobro poznat pojam u oblasti upravljanja mašinama alatkama. Na sličan način, na koji je otvrena arhitektura uticala na revolucionaran rast PC industrije, otvorenost može revolucionarizovati CNC industriju. Softverski sistemi otvorene arhitekture postaju značajan deo proizvodnih sistema u kojima korisnici, integratori sistema i softverski inženjeri koji učestvuju u razvoju istih, direktno mogu uticati na konfiguraciju sistema, u trenutku kada tu fleksibilnost zahteva sam proizvodni proces. Hardver upravljačkog sistema zasnovan na PC računarskoj platformi, odgovarajuće interfejs kartice za kontrolu kretanja i softverski orijentisani CNC su tri glavne komponente upravljačkih sistema otvorene arhitekture koji su danas prisutni na domaćem i svetskom tržištu.

 

Funkcionalni zahtevi

Između zajedničkih zahteva koji se danas postavljaju pred softverske sisteme otvorene arhitekture, a koji treba da karakterišu i softverski orijentisani CNC na Linux-u, ističu se:

  • Robusna, pouzdana arhitektura;
  • Upravljanje otkazom, ograničenje prostiranja greške na jedan proces;
  • Dostupnost komunikacionih protokola, alata i drajvera;
  • Podrška za izabranu procesorsku arhitekturu;
  • Različitost opcija i pripadajućih alata za izabranu distribuciju real-time Linux operativnog sistema;
  • Standardan API (application programming interface) koji omogućava jednostavan transfer razvijenog softvera na embedded sisteme.

 

Definisanje veza između hardvera i softvera

U cilju definisanja veza između MOTENC Lite hardverskog interfejsa za kontrolu kretanja i EMCMOT softver-skog modula za upravljanje kretanjem, neophodno je formirati sledeće dve datoteke:
  • motenc_motion.hal, glavnu konfigura-cionu datoteku koja podiže drajver za MOTENC Lite karticu i postavlja veze koje omogućavaju upravljanje kretanjima;
  • motenc_io.hal, datoteku koja definiše ulazno-izlazne veze, kao što su veze ka krajnjim graničnim prekidačima ili referentnim senzorima.
GUI-300

 

Prilagođavanje interfejsa

Postupak modeliranja virtuelnog modela se ovde svodi na programiranje koordinata, za definisanje elementar-nih geometrijskih tela. Na osnovu informacija iz CAD modela, programira se značajno uprošćeni virtuelni model, koji se može opisati pomoću element-arnih primitiva (Box, Cylinder,...). Ovi primitivi se grupišu u obrtne ili translatorne ose. Tokom konfigurisanja virtuelnog modela, programira se jedna po jedna osa i odmah vrši provera, da bi se greške odmah ispravile, a zatim krenulo u definisanje sledeće ose. Kao rezultat se dobija virtuelni model mašine u Python 3D okruženju koji se integriše sa grafičkim interfejsom Axis i upravljačkim jezgrom EMC2. U prozoru virtuelne mašine može se videti kretanje segmenata mašine i robota prema programu upravljanja (G-kodu), kao i putanja alata koja se pri tome ostvaruje.

 

Hardver upravljačke jedinice

Prvi prototip upravljačke jedinice do bi jen je modifikaciojom običnog desk top računara i ugrađen u u pra vljački orman industrijskog robota LOLA 50. Veza sa frek ven cij skim, brzinskim re gu la to ri ma je ostvarena po sredstvom MOTENC sprežnih kartica.

Nakon testiranja performansi ovog sistema na šestoosnom industrijskom robotu LOLA 50 koji je za potrebe obrade komada od mekih materijala, niže klase tačnosti, velikih gabarita, dodatno prilagođen blokiranjem šeste ose i ugradnjom odgovarajućeg radnog vretena realizovan je protoip upravljačke jedinice za upravljanje mašinom sa paralelnom kinematikom.
[tri slike]

Sprezne kartice PC hardverska platforma u upravljackom ormanu
Frenkvencijski brzinski regulatori
Komponente upravljacke jedinice

 

Realizacija virtuelnih mašina

Virtuelne mašine predstavljaju softversku implementaciju mašina. Osnovne prednosti primene virtuelnih mašina su:

  • Ostvarivanje simulacija rada virtuelne mašine kojom se mogu uočiti eventualne kolizije koje mogu nastati u toku izvršenja programa, a koje se ne mogu uočiti samo na osnovu simulacije putanje alata.
  • Virtuelna simulacija omogućava verifikaciju offline programiranja na udaljenom programerskom mestu bez angažovanja same mašine.
  • Mogućnost korišćenja za praćenje obrade u realnom vremenu sa udaljenog mesta, pošto je reč o simulaciji u realnom vremenu cele konfiguracije mašine.
  • Rad u virtuelnom okruženju je pogodan i sa aspekta obuke i edukacije za programiranje, troosnih i višeosnih obrada.
Revitalizacija 1
Revitalizacija 2

 

Definisanje funkcija inverzne i direktne kinematike

Zamišljen kao univerzalni interfejs prema hardveru računara, HAL (Hardware Abstraction Layer) omogućava da se konfigurisanje i nadgradnja softvera u najvećoj meri obavlja nezavisno od toga na kojoj će se računarskoj konfiguraciji realizovani CNC softver izvršavati. HAL komponente predsavljaju programski okvir za integraciju funkcija inverzne i direktne kinematike u
sistem za upravljanje.
Za upravljanje mašinama sa netrivijalnom kinematikom, neophodno je izgraditi komponentu koja sadrži funkcije inverzne i direktne kinematike i integrisati je u HAL. Da bi se ovo učinilo, potrebno je napisati odvogvarajuće funkcije u C programskom jeziku, prevesti i povezati datoteke sa odgovarajućim HAL-ovim komponentama. Sa pripadajućim *.ini i *.hal datotekama ovo čini jednu softversku konfiguraciju mašine.
[2 slike]

Generisanje funkcija