MATLAB 및 PLCnext를 사용하여 2축 갠트리에 대한 학습이 필요 없는 경로 계획

❗저자:Roman Mayer, Markus Hoser》 회사:maku Engineering GmbH》연락처:rommayer@maku-engineering.com, marhoser@maku-engineering.com》 기술:MATLAB/Simulink, Simscape, Phoenix Contact PLCnext, Siemens Drives, Peter Corke's Robotic Toolbox

동기 부여:학습 없는 경로 계획이 필요한 이유

산업 자동화에서는 2축 갠트리가 CNC 기계와 픽 앤 플레이스 로봇부터 자재 취급 시스템까지 널리 사용됩니다. 이러한 갠트리 프로그래밍은 교육을 통해 수행되는 경우가 많습니다. 즉, 운영자가 수동으로 시스템을 원하는 위치로 이동하고 이를 웨이포인트로 저장하고 궤적을 정의합니다.

문제:

• 교육에는 시간이 많이 걸리고 오류가 발생하기 쉽습니다.
• 환경이나 시스템의 변화에는 재학습이 필요합니다.
• 자동화된 솔루션은 비용이 많이 들고 복잡한 통합이 필요한 경우가 많습니다.

우리의 솔루션:우리는 수동 교육 프로세스가 필요 없는 교육이 필요 없는 경로 계획 시스템을 개발했습니다. 대신 지능형 알고리즘이 자동으로 충돌 없는 궤적을 생성합니다.

목표:

• 2축 갠트리의 자동 경로 계획
• 모델링 및 시뮬레이션을 위한 MATLAB/Simulink 및 Simscape 사용
• Phoenix Contact PLC용 코드 생성(AXC F 3152)
• Profinet을 통한 Siemens SINAMICS S210 드라이브 통합

😀 이미지/시각화는 마지막 섹션에서 확인하실 수 있습니다!

기술적 구현

우리의 경로 계획 시스템은 MATLAB의 mobileRobotPRM 알고리즘을 활용하여 경유지를 생성합니다. 이는 다음을 의미합니다:

🟢 자동 경로 계획

• 환경은 지도(매트릭스)로 표현됩니다.
• 장애물이 감지되고 회피됩니다.
• 충돌이 없는 최단 경로가 계산됩니다.

🟢 MATLAB/Simulink에서 모델링

• 갠트리 시스템의 물리적 시뮬레이션을 위한 Simscape Multibody
• Siemens 서보 모터 통합을 위한 Simscape Electrical
• 경로 계획을 위한 Peter Corke의 로봇 도구 상자 [https://github.com/petercorke/robotics-toolbox-matlab]

🟢 코드 생성 및 제어

• 계획된 경로는 Simulink Coder 및 Embedded Coder를 사용하여 Phoenix Contact PLC용 실행 코드로 변환됩니다.
• PLC는 Profinet을 통해 Siemens 드라이브로 궤적 지점을 보냅니다.

장점:먼저 전체 시스템을 시뮬레이션한 후 실제 하드웨어로 직접 전송할 수 있습니다.

또한 추가 라이선스 없이 Siemens 모터를 Phoenix Contact 지원과 성공적으로 통합했습니다. 이는 Siemens 인버터 장치 설명 파일(GSDML 파일)을 사용하여 Profinet 통신을 활성화함으로써 가능해졌습니다.

확장 가능성

우리 시스템은 모듈식이므로 적절한 노력을 기울여 확장할 수 있습니다.

🔹 기계 모델 교체 및 드라이브 조정

• 필요한 도구 상자를 사용할 수 있는 경우 CAD 데이터를 사용하여 기계 모델을 교체할 수 있습니다.
• 원하는 역동성을 기반으로 드라이브 구성을 사전 시뮬레이션하여 성능을 최적화할 수 있습니다.

🔹 동적 환경 업데이트

• 현재의 정적 지도는 이미지 처리 시스템으로 대체될 수 있습니다.
• 환경 감지를 위해 카메라나 LiDAR 센서를 사용할 수 있습니다.
• 이동하는 장애물을 고려하여 실행 중에 지도가 지속적으로 업데이트될 수 있습니다.

🔹 다축 시스템으로 확장

• 현재 시스템은 2축 모션(X/Y)용으로 설계되었습니다.
• 3축 시스템(X/Y/Z)으로 확장이 가능합니다. 이를 위해서는 다음이 필요합니다:* 기계 모델의 적응* 경로 계획 알고리즘에 통합되어야 하는 세 번째 드라이브의 통합

결론 및 전망

티칭이 필요 없는 경로 계획을 통해 다음이 가능합니다. ✔ 시간 절약 – 수동 티칭이 필요하지 않음✔ 유연성 – 환경 변화가 자동으로 고려됨✔ 손쉬운 구현 – Phoenix Contact PLC를 위한 직접 코드 생성

다음 단계는 무엇인가요?

이 프로젝트의 일부는 오픈 소스 저장소를 기반으로 하며 무료로 사용할 수 있습니다. 요청 시 개선 사항과 프로그램을 무료로 제공할 수 있습니다. 물론, 필요하다면 전화를 드릴 수도 있습니다.

이 블로그 게시물에 대한 관심에 따라 우리는 다음을 계획하고 있습니다:

• 이 블로그 항목을 통해 이 솔루션을 무료 앱으로 제공
• MathWorks 플랫폼에 게시

질문, 제안 또는 아이디어가 있으신가요? 댓글을 남기거나 직접 문의해 주세요!

하드웨어 설정/노출수/결과

우리의 하드웨어 설정은 다음과 같이 구성되었습니다:

• 제어용 Phoenix Contact AXC F 3152 PLC
• 작동용 Siemens 모터 2개
• 완전 가상 역학 – 전체 기계 시스템이 MATLAB/Simulink 및 Simscape에서 시뮬레이션되었습니다.

실행/생성에는 다음 맵이 사용되었습니다:

장애물의 폭은 도구에 따라 조정됩니다. 또한 시작점부터 목표점까지 자동으로 생성된 지지점은 빨간색으로 표시됩니다.

서로 다른 가속 단계 사이의 원활한 전환을 달성하려면 저장된 웨이포인트를 부드럽게 해야 합니다. 또한 모터가 0 속도로 감속되는 것을 방지하기 위해 경로를 미분 가능하게 유지하는 것이 중요합니다.

두 모터의 움직임은 동기화되어 가속 단계가 조정되어 원활한 작동이 보장됩니다.

마지막으로 경로 계획을 위한 하위 모델의 성공적인 코드 생성 이미지는 다음과 같습니다. 생성된 개체의 통합은 피닉스컨택트에서 제공하는 설명에 따라 일대일로 수행할 수 있습니다!

참고:

메이커스 블로그에는 피닉스컨택트의 테스트나 검토를 거치지 않은 커뮤니티 회원의 애플리케이션과 사용자 스토리가 표시됩니다. 자신의 책임하에 사용하십시오.