3T开发具有基于模型设计的机器人应急制动系统

挑战

设计并实现了一个机器人紧急制动系统,并进行了最少的硬件测试

解决方案

使用基于模型的设计使用Simulink和HDL编码器来建万博1manbetx模,验证和实现控制器

结果

  • 洁净室时间从数周到几天减少
  • 已故要求更改迅速实施
  • 复杂的bug在一天内解决

“通过Sim万博1manbetxulink和HDL Coder,我们消除了编程错误、自动延迟平衡、流水线以及其他乏味和容易出错的任务。因此,我们能够轻松快速地实现来自客户的变更请求,并减少投放市场的时间。”

罗纳德van der Meer,3T

SCARA机器人。


选择性顺应装配机器人臂(SCARA)组件广泛应用于半导体制造,因为它们擅长在水平平面进行运动,而大多数晶圆处理运动发生在水平平面。就像任何高速移动的高压机械一样,SCARA机器人如果出现故障,会对自身的部件和周围的机器造成重大损害。为了防止此类事件的发生,3T的工程师为SCARA机器人设计了一个紧急制动系统。

当项目开始时,3T的团队并不知道是否可以设计一个制动系统来及时停止机器人,以防止碰撞而不损害机器人本身。3T工程师使用MATLAB进行基于模型的设计®和模拟万博1manbetx®进行可行性研究,识别解决方案,并在FPGA上实现实时制动系统控制器。

3T的系统工程师Ronald van der Meer说:“基于模型的设计让我们能够快速尝试不同的控制方法,看看什么可行,什么不可行。”“为了最小化在洁净室的硬件测试和调试,我们通过Simulink中的模拟测试和改进我们的解决方案,然后使用代码生成与HDL编码器实现它一旦验证。”万博1manbetx

挑战

3T的客户是荷兰领先的半导体制造设备生产商,对制动系统有严格的要求。为了防止潜在的灾难性碰撞,控制系统必须在不到0.5秒的时间内以毫米精度让机器人停止,而且不能对机器人造成伤害。一开始,无论是3T还是它的客户都不知道是否有可能设计出满足这些要求的制动系统。

在洁净室进行测试,使用真正的机器或原型是昂贵的。此外,在真实的硬件上测试制动系统可能会损坏昂贵的设备。因此,3T工程师需要在最初的硬件实现之前验证制动设计。他们认识到编写VHDL®通过手头的代码,因为他们在以前的项目上,将需要他们在项目迟到的洁净室中花费太多时间测试和调试。

解决方案

3T使用基于模型的设计与MATLAB, Simulink,和HDL Coder™万博1manbetx设计和实现SCARA紧急制动系统控制器。

半导体制造商提供了3T工程团队,具有在Simulink中创建的机器人的机械模型。万博1manbetx

3T团队与两个额外的型号相结合了这一机械模型:使用Simscape Electrical™创建的使用Simulink和电子设备模型创建的基本控制器模型。万博1manbetx然后,它们模拟了完整的系统模型,并与客户共享模型和初始模拟结果。此交换为客户提供了一个机会,提高了机械模型,并提出了对控制器的增强功能。

3T团队继续在Simulink中改进和完善控制器模型,模拟了数十种场景和参数灵敏度,直到他们确认了设计的可行性。万博1manbetx

由于大多数FPGA最有效地使用控制算法的定点实现,因此团队使用固定点设计器™制定了其控制器模型的定点表示,以指导词长度和缩放的决策。

然后,该团队使用Simulink中的型号引用,使用模型替换系统模型中的浮点控制器模型,并使用模拟验证了固定点实现。万博1manbetx

它们使用HDL编码器从固定点控制器模型生成算法VHDL代码。

使用HDL Verifier™,它们将第三方IP内核从FPGA供应商集成到他们的设计中,并生成了使用导师图形验证VHDL码的测试台®ModelSim®

在初始硬件测试之后,团队改进了该模型,额外的模拟来测试最终制动系统的修改,并重新生成VHDL代码,客户现在正在生产中使用。

3T工程师现在正在使用基于模型的设计与Mint,该公司的新SoC多接口开发板的类似项目,用于快速原型设计和硬件循环测试。

结果

  • 洁净室时间从数周到几天减少。“通过基于模型的设计,我们验证了我们在开发的早期大部分设计,然后生成了无缺陷的VHDL,”Van der Meer说。“结果,而不是几周,我们只需要几天的洁净室。制动系统只需要轻微的调整,因为它几乎是我们第一次测试它的发现。“
  • 迟到的要求变化迅速实施。“在最终测试中,出现了限制最大减速的新要求,”van der Meer说。“在Si万博1manbetxmulink中,我们找到了一种使用脉宽调制来满足这一需求的方法。万博1manbetxSimulink和HDL Coder使我们能够在几天内实现解决方案,并防止项目走向失败。”
  • 复杂的bug在一天内解决。“我们遇到了一个令人讨厌的设计逻辑Bug,如果不是几个月,可以识别和修复,”van der Meer说。“我们通过分析Matlab中的记录数据并在Simulink仿真中重播此数据来快速诊断出问题。万博1manbetx我们在模型中实施了修复,重新生成VHDL,并在第二天准备了更新的版本。“

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