如何简化笛卡尔坐标机器人的控制架构

三菱电机产品经理 Barry Weller

为了保持竞争力，业界普遍认为应该采用精益制造策略来提高流程效率。

一个关键措施可以是减少零件数量，即组件或系统中的组件数量。当涉及到高精度的笛卡尔坐标（线性）运动应用时，这尤其具有挑战性。

在这些情况下，机器制造商通常需要同时使用 PLC 和计算机数字控制器 (CNC)，以便全面管理机器内的运动——直到现在。

笛卡尔坐标机器人广泛用于自动化机器功能，例如机械、激光或等离子切割——快速交付一致且可高度定制的高质量产品。

虽然笛卡尔坐标机器人和CNC（计算机数控）机器不一定是同一回事，但两者的运动通常由CNC系统控制。

其原因在于使用计算机数字控制器及其 G-Code 语言编写运动控制轨迹的简单性。

这种编程语言与众不同，因为它根据计算机辅助设计/制造 (CAD/CAM) 图像和文件指示机器在哪里以及如何移动。

G-code 读取预期最终产品的 CAD/CAM 文件，并将其转换为笛卡尔坐标机器人内 CNC 伺服驱动器的轨迹和方向。

因此，高度准确、精确和可重复的运动甚至可以创建最复杂和不寻常的 2D 形状和轮廓。

虽然 CNC 解决方案可以很好地用作机器人控制器，但它们无法监控和引导其他组件，例如电磁阀、夹具和空气软管——为此，该单元需要一个 PLC。

从理论上讲，这可以处理所有不同自动化部件的严格工具控制和反馈，从而消除对 CNC 系统的需求。

然而，使用五种 PLC 语言中的任何一种为笛卡尔坐标机器人编写运动控制代码将非常具有挑战性。因此，机器制造商和用户需要在一台机器上使用这两种不同的控制系统。

然而，这种解决方案远非理想：额外的硬件只会增加机器的总拥有成本，还会影响构建/调试时间。

事实上，两个独立的控制单元需要共享时间关键信息，这会增加潜在的循环时间并增加通信抖动的可能性，这可能会使同一台机器上基于 PLC 和 CNC 的流程不同步。

运动编程、控制和反馈的整体方法

为了解决这些问题，工厂自动化组件和系统制造商开始投资于跨越 PLC 和 CNC 系统界限的运动控制技术，以创建结合两种解决方案的关键功能的集成机器控制器。

一个很好的例子是三菱电机的 MELSEC iQ-R 运动控制器及其 G-Code 附加库。通过选择此解决方案，机器制造商可以使用通用伺服系统和 MELSEC iQ-R 系列 PLC 来实现 CNC 功能，如果需要，通过安装 G-Code 库。

这允许在 G-Code 中对高度精确的复杂切削轨迹和轮廓进行编程，而无需计算机数控。

更准确地说，附加功能有助于系统遵循 PLC 特定的编程指令，例如 Motion SFC（顺序功能图），以及从 CAD/CAM 文件中自动生成和读取运动曲线。

G-Code 程序以文本格式提供，可在三菱电机的 HMI 或任何通用编辑器上轻松编辑。

通过消除对单独的 PLC 和 CNC 组件硬件的需求，MELSEC iQ-R 系统可以在一台机器内同步不同的过程并减少循环时间。

此外，针对各种应用（包括 CNC 加工）使用单一解决方案并在它们之间轻松切换的可能性允许机器制造商使用它来控制完整的生产线。

因此，企业可以从高度灵活、快速且具有成本效益的系统中受益，该系统真正简化其工业流程，同时提供质量和一致性。