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

利用Si万博1manbetxmulink和Simulink PLC编码器在可编程逻辑控制器上对控制器进行建模、仿真、优化和实现

结果

  • 复杂的PLC实现自动化
  • 技术创新奖获奖
  • 新的商业机会出现

“使用Simu万博1manbetxlink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万博1manbetxulink PLC编码器,现在从设计到产品时更容易。“

RüdigerNeumann博士,Festo
费斯托仿生操作助手。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研究人员利用MATLAB开发了控制系统®和模拟万博1manbetx®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。万博1manbetx“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专门客户应用程序的可行性。他们通常在原型硬件上为这些应用程序开发和测试控制器。然而,为这样一个原型创建一个微控制器解决方案的过程是耗时的,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s manbetx 845小批量的特殊控制器应用建立新的硬件。

Festo利用Simulink开发了仿生搬运辅助控制器,并利用Simulink PLC编码器在Festo PLC上以结构化文本万博1manbetx的形式实现。

研究人员在Simulink中为组成仿生处理助手的各个气动室创建了植物和控制器模型,并进行仿真验证控制器的功能。万博1manbetx

他们使用Simulink编码器从模型中生成C代码万博1manbetx。他们编译并部署了这些代码来构建硬件原型,以进行最初的实验室测试。

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,团队在Simulink中优化了控制器设计,以提高其性能和稳定性。万博1manbetx

然后利用Simulink PL万博1manbetxC编码器将优化后的控制器Simulink模型生成IEC 61131结构化文本。在将结构化文本导入他们的3s智能软件解决方案CoDeSys IDE后,该团队编译并部署到Festo的CMXR-C2多轴控制器上。万博 尤文图斯

为了验证PLC的实现,他们将其频率响应和时间响应与初始控制器原型的Simulink模型和C代码进行了比较。万博1manbetx通过在Simulink中调整模型和使用Simulink PLC编码器重新生成结构化文本,他们执行了额外的迭代来提高性能。万博1manbetx

仿生操作助手已经在世界各地进行了演示,并在欧洲和北美获得了创新奖。费斯托现在正使用Simulink PL万博1manbetxC编码器开发其他先进的机电系统。

结果

  • 复杂的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。“万博1manbetxSimulink PLC编码器使我们能够在几分钟内自动生成结构化文本。”

  • 技术创新奖获奖。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.

  • 新的商业机会出现。“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。s manbetx 845“使用Sim万博1manbetxulink 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。“s manbetx 845