Planification de chemin sans apprentissage pour les portiques à 2 axes à l'aide de MATLAB et PLCnext

📌 Auteurs :Roman Mayer, Markus Hoser📌 Entreprise :maku Engineering GmbH📌 Contact :rommayer@maku-engineering.com, marhoser@maku-engineering.com📌 Technologies :MATLAB/Simulink, Simscape, Phoenix Contact PLCnext, Siemens Drives, Peter Corke's Robotic Toolbox

Motivation : Pourquoi planifier un parcours sans enseignement ?

Dans l'automatisation industrielle, les portiques à 2 axes sont largement utilisés – depuis les machines CNC et les robots pick-and-place jusqu'aux systèmes de manutention. La programmation de ces portiques se fait souvent via l'apprentissage, ce qui signifie que l'opérateur déplace manuellement le système vers les positions souhaitées, les enregistre comme waypoints et définit une trajectoire.

Le problème :

• L'enseignement prend du temps et est sujet aux erreurs.
• Les changements dans l'environnement ou dans le système nécessitent un réapprentissage.
• Les solutions automatisées sont souvent coûteuses et nécessitent des intégrations complexes.

Notre solution :Nous avons développé un système de planification de parcours sans enseignement qui élimine le besoin de processus d'enseignement manuels. Au lieu de cela, un algorithme intelligent génère automatiquement la trajectoire sans collision.

Objectif :

• Planification automatique du chemin pour un portique à 2 axes
• Utilisation de MATLAB/Simulink et Simscape pour la modélisation et la simulation
• Génération de code pour un automate Phoenix Contact (AXC F 3152)
• Intégration des variateurs Siemens SINAMICS S210 via Profinet

📌 Des images/visualisations peuvent être trouvées dans la dernière section !

Mise en œuvre technique

Notre système de planification de chemin utilise l'algorithme mobileRobotPRM de MATLAB pour générer des waypoints. Cela signifie :

🟢 Planification de chemin automatisée

• L'environnement est représenté sous forme de carte (matrice).
• Les obstacles sont détectés et évités.
• Le chemin le plus court et sans collision est calculé.

🟢 Modélisation dans MATLAB/Simulink

• Simscape Multibody pour la simulation physique du système de portique
• Simscape Electrical pour l'intégration de servomoteurs Siemens
• Boîte à outils robotique de Peter Corke pour la planification de chemins [https://github.com/petercorke/robotics-toolbox-matlab]

🟢 Génération et contrôle de code

• Le chemin prévu est converti en code exécutable pour l'automate Phoenix Contact à l'aide de Simulink Coder et Embedded Coder.
• L'automate envoie des points de trajectoire via Profinet aux variateurs Siemens.

Avantage :L'ensemble du système peut d'abord être simulé puis directement transféré sur le matériel réel.

De plus, nous avons intégré avec succès les moteurs Siemens au support Phoenix Contact, sans nécessiter de licences supplémentaires. Cela a été rendu possible grâce à l'utilisation des fichiers de description des appareils de l'onduleur Siemens (fichiers GSDML) pour activer la communication Profinet.

Potentiel d'expansion

Notre système est modulaire et peut être étendu avec l'effort approprié :

🔹 Remplacement du modèle mécanique et réglage des variateurs

• Le modèle mécanique peut être remplacé à l'aide de données CAO, à condition que les boîtes à outils nécessaires soient disponibles.
• En fonction de la dynamique souhaitée, la configuration du lecteur peut être pré-simulée pour optimiser les performances.

🔹 Mises à jour de l'environnement dynamique

• La carte statique actuelle peut être remplacée par un système de traitement d'image.
• Des caméras ou des capteurs LiDAR pourraient être utilisés pour la détection de l'environnement.
• La carte peut être mise à jour en permanence pendant l'exécution pour tenir compte des obstacles en mouvement.

🔹 Extension aux systèmes multi-axes

• Actuellement, le système est conçu pour un mouvement sur 2 axes (X/Y).
• Une extension aux systèmes à 3 axes (X/Y/Z) est possible. Cela nécessite :* Adaptation du modèle mécanique* Intégration d'un troisième entraînement, qui doit être intégré à l'algorithme de planification de trajectoire

Conclusion et perspectives

Notre planification de parcours sans apprentissage permet :✔ Gain de temps – Aucun apprentissage manuel requis ✔ Flexibilité – Les changements environnementaux sont automatiquement pris en compte ✔ Mise en œuvre facile – Génération directe de code pour l'automate Phoenix Contact

Quelle est la prochaine étape ?

Certaines parties de ce projet sont basées sur un référentiel open source et sont disponibles gratuitement. Nos améliorations et programmes peuvent être fournis gratuitement sur demande. Bien entendu, nous sommes également ouverts à un appel si nécessaire.

En fonction de l'intérêt suscité par cet article de blog, nous prévoyons de :

• Proposer cette solution sous forme d'application gratuite via cette entrée de blog
• Publiez-le sur la plateforme MathWorks

Des questions, des suggestions ou des idées ? N'hésitez pas à laisser un commentaire ou à nous contacter directement !

Configuration matérielle/Impressions/Résultats

Notre configuration matérielle consistait en :

• Phoenix Contacter l'automate AXC F 3152 pour le contrôle
• Deux moteurs Siemens pour l'actionnement
• Mécanique entièrement virtuelle – L'ensemble du système mécanique a été simulé dans MATLAB/Simulink et Simscape

La carte suivante a été utilisée pour l'exécution/création :

La largeur des obstacles est ajustée en fonction de l'outil. De plus, les points d'appui générés automatiquement depuis le début jusqu'au point cible sont affichés en rouge.

Les waypoints stockés doivent être lissés pour obtenir des transitions fluides entre les différentes phases d'accélération. De plus, il est crucial que la trajectoire reste différenciable pour empêcher les moteurs de décélérer jusqu'à une vitesse nulle.

Le mouvement des deux moteurs est synchronisé, leurs phases d'accélération étant coordonnées pour garantir un fonctionnement fluide.

Enfin, voici une image de la génération réussie de code du sous-modèle pour la planification de chemin. L'intégration de l'objet généré peut être réalisée de manière individuelle en suivant les descriptions fournies par Phoenix Contact !

Remarque :

Le Makers Blog présente des applications et des témoignages d'utilisateurs de membres de la communauté qui ne sont ni testés ni examinés par Phoenix Contact. Utilisez-les à vos propres risques.