Festo开发基于模型的创新机械臂
挑战
解决方案
结果
- 复杂PLC实现自动化
- 获科技创新大奖
- 新的商机
“使用Simu万博1manbetxlink进行基于模型的设计，使我们能够开发仿生搬运助手和其他机电设计所需的复杂气动控制。有了Sim万博1manbetxulink PLC Coder，现在从设计到产品变得更容易了。”
Rüdiger Neumann博士，Festo
受大象鼻子运动的启发，Festo AG开发了仿生搬运助手，这是一种可以与人类紧密安全地工作的机械电子手臂。与工业机械臂通常被封闭在安全笼子里以保护附近的工人不同，仿生搬运助手被设计成直接与人类互动。偶然接触机电臂是无害的，因为机械臂是由压缩空气驱动的轻质聚合物部件制成的。此外，气动由一个控制系统管理，在发生碰撞时立即屈服。
Festo研究人员使用MATLAB开发了控制系统®和仿真软万博1manbetx件®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。万博1manbetx“通过基于模型的设计，我们可以在相同的工具环境中建模、模拟、优化和生成代码来实现控制器，”Rüdiger Neumann博士说，他是Festo机电系统研究部门的负责人。“因此，我们的开发过程更加高效，不仅适用于仿生处理助手，而且适用于任何需要通过代码生成实现控制器的项目。”
挑战
仿生操纵助手拥有11个自由度，是一个由12个气动室、13个执行器和12个位置传感器组成的复杂系统。该系统的12个压力控制器和12个位置控制器协同工作，控制臂的运动，重约4磅(1.8公斤)，延伸至3.6英尺(1.1米)。“气动系统是高度非线性的，而且树干有弹性，所以我们不能使用简单的PID控制器，”诺伊曼说。“为了获得最佳控制器响应，我们需要主动振动阻尼和专门的非线性状态空间模型，以及反馈和前馈控制结构。”
Festo的研发团队经常被要求评估专业客户应用的可行性。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，为这样的原型创建微控制器解决方案的过程非常耗时，因此成本很高。“我们希望使用Festo自己的标准PLC产品进行实时控制，而不需要为小批量特殊控制器应s manbetx 845用构建新的硬件，”诺伊曼说。
解决方案
Festo使用Simulink开发了仿生处理助手控制器，并使用Simulink PLC Coder在Festo PLC上以结构万博1manbetx化文本实现了该控制器。
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，并运行模拟来验证控制器的功能万博1manbetx。
他们使用Simulink Coder从模型中生成C代码万博1manbetx™．他们编译并将此代码部署到原型硬件中，以进行初始的实验室测试。
在MATLAB中，研究人员使用气动臂实验室测试期间收集的测量数据进行系统识别，以完善植物模型。
有了更精确的植物模型，该团队在Simulink中优化了控制器设计，以提高其性能和稳定性。万博1manbetx
然后，他们使用Simulink万博1manbetx PLC Coder从优化后的控制器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-Smart Software Solutions CoDeSys IDE后，团队编译并将其部署到Fe万博 尤文图斯sto的CMXR-C2多轴控制器上。
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。万博1manbetx他们执行了额外的迭代，通过在Simulink中调优模型和使用Simulink PLC Coder重新生成结构化文本来提高性能。万博1manbetx
仿生处理助手已经在全球范围内进行了演示，并在欧洲和北美获得了创新奖。Festo目前正在使用Simulink万博1manbetx PLC Coder开发其他先进的机电系统。
结果
复杂PLC实现自动化．诺伊曼说:“在以前的项目中，我们已经手写了前馈控制的结构化文本，但是使用这种手动方法在PLC上实现仿生处理助手的反馈控制太复杂了——我们根本不会这样做。”S万博1manbetximulink PLC Coder使我们能够在几分钟内自动生成结构化文本。”
获科技创新大奖．由于其在开发仿生处理助手和实现机器人与人类之间更安全的互动方面的工作，Festo被授予25万欧元的德国总统技术和创新奖，以表彰为人类服务、改善生活和创造就业机会的进步。
新的商机．诺伊曼指出:“在过去，为专业产品构建必要的控制器硬件非常昂贵。s manbetx 845借助Simu万博1manbetxlink PLC Coder，我们可以轻松地在现有PLC硬件上实现控制器设计。这种能力使Festo能够在工程小批量控制器产品方面寻求新的商业机会。”s manbetx 845
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