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アウクスブルク大学:モジュール型で柔軟性の高いケーブルロボットの制御

発表日: 2019年02月27日

アウクスブルク大学の制御工学科では、モジュール型ケーブルロボット(MoCaRo)を開発しています。MoCaRoは将来的に、生産施設にすばやく設置でき、高度に動的で高精度といった特長を持つ柔軟性の高いハンドリングシステムとして稼動することが期待されています。これらを実現するためには、パラレルキネマティクスの動的モデルに基づく新しい適合アルゴリズムや制御アルゴリズムが必要となります。

自由な動きができるデモ機

側部からロボットが吊り下げられたデモ機。

デモ機は上方向のテンションがかけられたアルミ製プロファイルで構成されており、この空間内でエンドエフェクタを移動させることができます。ケーブルはケーブルドラムとデフレクションプーリによって導出されます。

このデモ機では、ロボットは1辺の長さが2.5 mの立方体の中を自由に移動します。

このロボットは、1辺の長さが2.5 mの立方体の範囲で作業を行うことができます。ロープはBeckhoff製サーボモーターによって駆動します。

EtherCATを介して制御

SCALEXIOシステムとして、SCALEXIO LabBox(下図)が使用されています。このシステムは、シグナルコンディショニング用のEtherCATインターフェースとDS6101 Multi-I/O Boardを搭載したSCALEXIOフィールドバスソリューションを使用しています。SCALEXIOプロセッサユニット(上)は、強力な外部演算処理装置としての機能を担います。

ロボットを動かすためのモーターは、dSPACE SCALEXIOシステムのEtherCATインターフェースを介して制御されます。SCALEXIOシステム内でEtherCATマスターを使用することにより、サーボモーターとデジタルおよびアナログ入出力をリアルタイムで制御できるようになります。ケーブルをマイクロメートル単位でリアルタイム制御するには、各モーターごとに32ビットエンコーダ信号を評価し、モーターをトルクベースで制御できるようにする必要があります。

柔軟性の高いツールチェーン

コントローラモデルは、MATLAB®/Simulink®で開発されました。制御の結果は、dSPACE ControlDeskで評価され、ビジュアル表示されました。また、このコントローラモデルでは、計測値をXIL APIインターフェースを介して自動的に記録でき、たとえばスクリプトを使用してMATLAB®でケーブル長を設定したり、エンドエフェクタの位置を計測したりすることが可能です。さらに、ハードコアとソフトウェアをスムーズに相互作用させることで、すばやくラピッドコントロールプロトタイピング(RCP)を行うことも可能です。Simulink®モデルの調整をシステムにロードし、ワンクリックで実行したり、ControlDeskでの評価から結論を導き、Simulink®モデルを調整したりすることもできます。また、バスに接続する他のハードウェアコンポーネントをシステムに柔軟に追加して新しい開発タスクに対応することもできます。

軽量のロープロボットをアクティブセンサやSCALEXIOリアルタイムシステムベースの制御システムに組み込んでMoCaRoを使用すると、高精度かつ動的で拡張が容易なシステムが実現します。

M. Sc.(Master of Science)Marcus Hamann氏は、ソフトウェア&システムエンジニアリング研究所(アウクスブルク大学、ドイツ)の制御工学科でロボットコントローラの研究開発を行っています。

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