В чем разница между системами управления движением и роботами?

Системы управления движением и роботизированные системы могут использоваться для решения одной и той же задачи – автоматизации производства, однако у них есть различия. Итак, в чем же между ними разница?
1932
В избранное

Автоматизация производства является одним из важнейших и быстрорастущих направлений в промышленности. Дело в том, что именно автоматизация позволяет повысить эффективность и производительность. Для автоматизации производства можно использовать системы управления движением или роботизированные системы. Оба подхода позволяют решить данную задачу, но между ними есть существенные отличия. Они различаются стоимостью, сложностью настройки и программирования, а также обеспечивают разный уровень гибкости.

Системы управления движением и роботизированные системы. Основные положения

В системах управления движением (motion-control system) реализована простая концепция: система инициирует движение, а затем контролирует его параметры в ходе выполнения работы. При таком подходе базовыми контролируемыми параметрами являются скорость, положение и крутящий момент. Системы управления движением используются при позиционировании продукта, синхронизации отдельных элементов или при быстром запуске и остановке движения.

Типовые системы управления движением обычно состоят из трех основных компонентов: контроллера, привода (или усилителя) и двигателя. Контроллер рассчитывает траектории и управляет движением, посылая низковольтные сигналы на привод, который в свою очередь управляет мощностью, передаваемой двигателю, что приводит к желаемому движению.

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) позволяют организовать управление движением, обеспечивая низкую стоимость и высокую надежность. Программирование с использованием релейной логики стало одним из основных элементов ПЛК, так как при таком подходе можно достаточно просто визуализировать программный код на панели управления. Один и тот же ПЛК способен одновременно управлять несколькими движущимися механизмами и контролировать множество дискретных входов.

В типовой системе управления движением ПЛК формирует высокоскоростные управляющие импульсы для каждого сервопривода или шагового привода (рис. 1). Привод получает импульсы и в соответствии с ними изменяет положение вала двигателя. Для контроля направления движения используется отдельный сигнал. Этот метод управления известен как «шаг и направление» («step and direction»).

Типовая система управления движением ПЛК, включающая контроллер, двигатели и датчики

Рис. 1. Типовая система управления движением ПЛК, включающая контроллер, двигатели и датчики

Дадим краткое определение основным терминам, используемым в системах управления движением:

  • Скорость: характеризует изменение положения управляемого объекта с течением времени; векторная величина, определяемая частотой оборотов и направлением;
  • Частота оборотов: характеризует скорость движения;
  • Ускорение/ замедление: характеризует изменение скорости с течением времени;
  • Нагрузка: управляемые элементы сервосистемы. К нагрузке относят все подвижные механизмы и двигатели;
  • Сервоусилитель: устройство, управляющее мощностью, подаваемой на серводвигатель;
  • Сервоконтроллер (также известный как регулятор положения): устройство, которое подает сигналы управления на сервоусилитель. Обычно сигналы управления представляют собой аналоговые сигналы постоянного напряжения;
  • Серводвигатель: устройство, которое перемещает нагрузку. В составе серводвигателя может быть несколько актуаторов и электромоторов;
  • Контроллер шагового двигателя: устройство, которое подает импульсы для возбуждения обмоток шагового двигателя и дальнейшего механического вращения. Контроллер шагового двигателя также известен как регулятор скорости. Частота следования импульсов определяет скорость вращения двигателя, а количество импульсов определяет положение двигателя;
  • Резольвер или датчик положения: устройство, которое позволяет определять положение серводвигателя и нагрузки;
  • Датчик скорости, также известный как тахогенератор, контролирует скорость вращения вала серводвигателя.

Согласно определению Американского института роботов (Robot Institute of America): «Робот представляет собой перепрограммируемый, многофункциональный манипулятор, предназначенный для перемещения материалов, деталей, инструментов или специализированных устройств с помощью различных запрограммированных движений для выполнения различных задач». Системы управления движением являются неотъемлемой частью робота. Двигатели, актуаторы и механические звенья также являются частью конструкции робота.

Очевидно, что роботы состоят из тех же компонентов, из которых состоят рассмотренные выше системы управления движением. В них есть контроллер, который позволяет частям робота синхронно взаимодействовать друг с другом и другими системами. Код программы зашивается в контроллер. Кроме того, многие современные роботы используют системы управления, работающие из под традиционных компьютерных операционных систем, таких как Windows.

Сам робот может быть шарнирным манипулятором (роботизированная рука), декартовым, цилиндрическим, сферическим, SCARA или роботом параллельного выбора. Это наиболее типичные виды промышленных роботов (рис. 2). Полный перечень роботов можно найти в нашем руководстве «What's the Difference Between Industrial Robots».

The Baxter от Rethink Robotics – прекрасный пример готовой роботизированной системы

Рис. 2. The Baxter от Rethink Robotics – прекрасный пример готовой роботизированной системы

Роботизированные системы также имеют приводы (двигатели), которые перемещают подвижные элементы в назначенные им положения. В роботах могут использоваться гидравлические, электрические или пневматические приводы. Датчики используются для формирования обратной связи между контроллером и роботом. Они собирают информацию и отправляют ее на контроллер, тем самым обеспечивают систему управления «зрением» и «слухом».

Резистивные и емкостные датчики позволяют роботам обнаруживать касания и столкновения, что делает возможным совместную работу людей и роботов. Конечные подвижные манипуляторы функционируют как роботизированная рука и вступают в прямой контакт с перемещаемым объектом. Примерами таких конечных манипуляторов являются захваты, присоски, магниты и сварочные горелки.

Различия между системами управления движением и роботами

Основные различия между этими двумя системами следует искать в области времени и денег. Современные роботы позиционируются на рынке как готовые решения под ключ. Например, манипулятор является готовым решением, а его настройка оказывается относительно простой.

Компания Universal Robots предлагает типовых роботов с простой настройкой и программированием. Программирование роботов осуществляется либо вручную с помощью панели оператора, либо автоматизированно. В последнем случае пользователь задает требуемые положения механизма, а программа автоматически рассчитывает траектории и параметры движений. Конечные манипуляторы выбираются с учетом требований конкретного приложения, при этом пользователю не нужно беспокоиться об индивидуальном программировании движущихся частей робота.

Universal Robots предлагает простое программирование с записью положений манипулятора

Рис. 3. Universal Robots предлагает простое программирование с записью положений манипулятора

Universal Robots предлагает простое программирование с записью положений манипулятора, что существенно упрощает жизнь конечному пользователю. Для каждого конкретного приложения могут использоваться свои конечные манипуляторы.

Недостатком робота является стоимость. В то же время системы управления движением, как правило, являются модульными, а значит, их функционал может быть оптимальным при минимальной стоимости. Однако для правильной настройки системы управления движением пользователь должен обладать хорошей квалификацией и обширными знаниями. Это связано с тем, что компоненты такой модульной системы требуют индивидуального программирования.

Если пользователю требуется точная настройка, доступность модульной конфигурации при условии ограниченной стоимости, то система управления движением станет наилучшим выбором. Однако для программирования, настройки и устранения неисправностей такой системы необходим опытный инженер и достаточный запас по времени. Стоит отметить, что дополнительным плюсом системы управления движением является возможность организации совместной работы старого и нового оборудования, а также возможность реализации различных обходных решений.

Следующим важным отличием между двумя системами является программное обеспечение. Совсем недавно именно аппаратная платформа становилась основным фактором выбора, но теперь аппаратные различия в продуктах оказываются не такими значительными. Системы управления движением, которые больше зависят от аппаратной реализации (это особенно касается более старых систем), потребуют гораздо больше времени для настройки и обслуживания. Закрытые системы или современные компоненты plug-and-play больше ориентированы на расширение функционала за счет использования программных решений.

Таким образом, в настоящее время функционал программного обеспечения становится основным фактором выбора, так как пользователи ожидают, что современные контроллеры будут выполнять все необходимые задачи без какой-либо дополнительной настройки. Это означает, что меньше денег будет потрачено на отдельные компоненты, и больше денег пойдет на программные решения.

Пользователи также ожидают, что программные контроллеры будут просты в использовании. Чем проще интерфейс управления для контроллера, тем больше вероятность того, что именно его пользователи выберут для своего приложения. Это экономит время и деньги на обучение и настройку. Современные контроллеры, которые можно использовать как в системах управления движением, так и в роботах, имеют опции программного обеспечения, которые позволяют выполнять несколько автоматизированных процессов (рис. 4).

современный программный контроллер, работающий как в системах управления движением, так и в роботизированных системах

Рис. 4. FactoryTalk от Rockwell Automation - современный программный контроллер, работающий как в системах управления движением, так и в роботизированных системах

Источник: https://gateway.on24.com

Производитель: Pololu Robotics and Electronics
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
Dual MC33926 Motor Driver Carrier
Dual MC33926 Motor Driver Carrier
Pololu Robotics and Electronics
Арт.: 667326 ИНФО
Поиск
предложений
Dual MC33926 Motor Driver Carrier Драйвер для двух моторовThis dual brushed DC motor driver, based on Freescale-s MC33926 full H-bridge, has a wide operating range of 5- 28 V and can deliver almost 3 A continuously (5 A peak) to each
Dual MC33926 Motor Driver Carrier
-
Поиск
предложений
Stepper Motor with 28cm Lead Screw
Stepper Motor with 28cm Lead Screw
Pololu Robotics and Electronics
Арт.: 1006616 ИНФО PDF
Доступно: 42 шт. 5840,00
Stepper Motor with 28cm Lead Screw: Bipolar, 200 Steps/Rev, 42?38mm, 2.8V, 1.7 A/Phase Биполярный шаговый мотор NEMA 17 со встроенным 28 см резьбовым выходным валом.…
Stepper Motor with 28cm Lead Screw 5840,00
3 шт.
(на складе)
39 шт.
(под заказ)
G2 High-Power Motor Driver 18v17
G2 High-Power Motor Driver 18v17
Pololu Robotics and Electronics
Арт.: 2016052 ИНФО PDF
Доступно: 28 шт. 1810,00
Pololu G2 High-Power Motor Driver 18v17 This discrete MOSFET H-bridge motor driver enables bidirectional control of one high-power DC brushed motor. The small 1.3? 0.8 board supports a wide 6.5 V to 30 V voltage range and is efficient enough to deliver a continuous 17A without a heat sink.…
G2 High-Power Motor Driver 18v17 1810,00
5 шт.
(на складе)
23 шт.
(под заказ)
Производитель: OMRON-IA
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
R88M-G40030H-BS2
R88M-G40030H-BS2
OMRON-IA
Арт.: 845809 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Серводвигатель G-серии/SmartStep 2, с тормозом, 400Вт, 200В, 1.3Нм, 3000об/мин
R88M-G40030H-BS2
-
Поиск
предложений
R88M-K3K030F-S2
OMRON-IA
Арт.: 845890 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Серводвигатель серии G5, без тормоза, 3кВт, 400В, 9.55Нм, 3000об/мин
R88M-K3K030F-S2
-
Поиск
предложений
SGDV-8R4D01A
OMRON-IA
Арт.: 846650 ИНФО
Поиск
предложений
Сервопривод Sigma-V, 2 кВт, аналоговое/импульсное управление, для вращательных двигателей, 3х400В
SGDV-8R4D01A
-
Поиск
предложений
R88D-KN02H-ECT
R88D-KN02H-ECT
OMRON-IA
Арт.: 1324799 ИНФО PDF
Поиск
предложений
SERVO DRIVER 1.6A 240V LOAD
R88D-KN02H-ECT
-
Поиск
предложений
Производитель: Siemens
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
6ED1052-1FB00-0BA7
6ED1052-1FB00-0BA7
Siemens
Арт.: 850330 ИНФО PDF
Доступно: 20 шт. 7260,00
LOGO!230RCE, ЛОГИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ С ДИСПЛ., ПИТАНИЕ/ВХ./ВЫХ.: 115В/230В/РЕЛЕ, 8 DI/4 DO, ПАМЯТЬ 400 БЛОКОВ, РАСШИРЕНИЕ ДОП.МОДУЛЯМИ ~/230В, ETHERNET.
6ED1052-1FB00-0BA7 7260,00
20 шт.
(на складе)
6AV2123-2GB03-0AX0
6AV2123-2GB03-0AX0
Siemens
Арт.: 1487624 ИНФО PDF
Доступно: 7 шт. от 1 шт. от 47758,60
Выбрать
условия
поставки
SIMATIC HMI, KTP700 BASIC, BASIC PANEL, KEY AND TOUCH OPERATION, 7" TFT DISPLAY, 65536 COLORS, PROFINET INTERFACE, CONFIGURATION FROM WINCC BASIC V13/ STEP7 BASIC V13, CONTAINS OPEN SOURCE SW WHICH IS PROVIDED FREE OF CHARGE FOR DETAILS SEE CD
6AV2123-2GB03-0AX0 от 1 шт. от 47758,60
7 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
Производитель: Wenzhou Zhengke Electromotor Co.,Ltd
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
Hybrid Stepping Motor 42BYGH718
Hybrid Stepping Motor 42BYGH718
Wenzhou Zhengke Electromotor Co.,Ltd
Арт.: 1045019 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Hybrid Stepping Motor 42BYGH718 Тип: Шаговый гибридный мотор Кол-во Фаз: 3 Угол Шага (градусы): 1,8 Крутящий момент: 2900 g./cm Фиксирующий момент: 250 g./cm Ток / Фаза: 0.5A Номинальное напряжение: 8.9В Сопротивление фазы: 18 Кол-во проводов: 6 Длина провода: 30см Наличие разъема: нет Длина мотора: 44 мм Мотор Вес: 0,3 кг Сертификация: CE, ISO Точность шага: ± 5% Temperature Rise: 80°C Max Ambient Temperature Range: -20°C ~ +50°C Insulation Resistance: 100 M? Min.…
Hybrid Stepping Motor 42BYGH718
-
Поиск
предложений
654:1 Metal Gearmotor 25Dx58Lmm 6V 12RPM
654:1 Metal Gearmotor 25Dx58Lmm 6V 12RPM
Wenzhou Zhengke Electromotor Co.,Ltd
Арт.: 1071423 ИНФО PDF OBS
Поиск
предложений
654:1 Metal Gearmotor 25Dx58Lmm 6V 12RPM Реверсно-коллекторный электромотор с металлическим цилиндрическим редуктором. Характеристики: Диаметр: 25mm, длина: 58mm.…
654:1 Metal Gearmotor 25Dx58Lmm 6V 12RPM
-
Поиск
предложений
50:1 Micro Metal Gearmotor 6V 250RPM
50:1 Micro Metal Gearmotor 6V 250RPM
Wenzhou Zhengke Electromotor Co.,Ltd
Арт.: 1071532 ИНФО
Доступно: 50 шт. 302,00
50:1 Micro Metal Gearmotor 6V 250RPM Реверсно-коллекторный электромотор с металлическим редуктором. Характеристики: Диаметр: 12mm, длина: 24mm. Выходной вал: D-образный, d3mm, длина 9,27mm.…
50:1 Micro Metal Gearmotor 6V 250RPM 302,00
50 шт.
(на складе)
Производитель: maxon motor ag
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
148867
maxon motor ag
Арт.: 1084561 ИНФО PDF
Доступно: 9 шт. от 1 шт. от 47059,80
Выбрать
условия
поставки
MOTOR, 40MMDIA, 24VDC, 7580RPM, 150W
148867 от 1 шт. от 47059,80
9 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
Производитель: TRINAMIC Microchips GmbH
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
TMCM-1141
TMCM-1141
TRINAMIC Microchips GmbH
Арт.: 2202178 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Контроллер/драйвер мотора
TMCM-1141
-
Поиск
предложений
PD60-3-1160-TMCL
PD60-3-1160-TMCL
TRINAMIC Microchips GmbH
Арт.: 2477921 ИНФО PDF
Поиск
предложений
STEPPER MOTOR HYBRID BIPOLAR 48V
PD60-3-1160-TMCL
-
Поиск
предложений
TMCM-142-IF-TMCL
TMCM-142-IF-TMCL
TRINAMIC Microchips GmbH
Арт.: 2518619 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Контроллер/драйвер мотора
TMCM-142-IF-TMCL
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()