rTMotion
rTMotion
开 放 式 实 时 环 境 卓 越 运 动 控 制 性 能 高 效 开 发 控 制 逻 辑 流 程 |
rTMotion 运动控制器提供高速稳定的实时环境, 在这个环境中运行的RT-Task 可以与运动控制模块、控制器变量, Modbus 进行交互. 并提供标准C数学函数库.
> 最快 100us的实时周期
> 不占用电脑Windows资源, 无需安装复杂实时插件系统
> 高性价比 相较传统Windows实时插件系统，可以大幅削减成本。
> 使用标准“教科书”级C语言, 轻松创建实时程序及实时算法模块
> 高效率, 编译为机械码运行, 每个周期最高处理4000笔双精度浮点运算
最快100us实时周期
> 抖动+/-1us
> 每个周期最高处理4000笔双精度浮点运算
> rTMotion扫描周期是一般 PLC(10ms) 的100倍
> rTMotion扫描周期是一般ARM平台Codesys(1ms) 的10倍
超高效率C语言
> 标准C语言语法, 编译为机械码后执行
> 支持C语言语法常量, 变量, 数组
> 函数, 结构体
> enum, define...等.
RT-Task API函数
> 直接存取SoftMotion核心资源
> 标准C语言数学函数API
> 函数以rt_ 修饰字开头, 名称均为小写
应用场景 / Application
AGV舵轮轨迹控制
在货物运输中，AGV通过转向驱动装置来掌控其运动模式。不同的车轮和底盘设计会带来差异化的转向与控制方式，舵轮AGV小车的底盘配轮布局通常包括 "单舵轮"、"双舵轮" 以及四轮至六轮的结构。不同底盘布局需配合对应的运动学模型。而由于AGV舵轮转向轴与行进轴不同于一般XY直角坐标系轴, 因此不能使用控制器标准直线/圆弧插补命令。RT-Task实时任务可精准实现对舵轮的"加减速控制"与"位移控制", 透过"每周期时间" rTMotion虚拟轴运算后, 再经过用户自有的舵轮运动学模型计算出转向轴与行进轴位移量后, 再传入实际物理轴完成对舵轮的控制。
自动调高系统(位移跟随)
自动调高控制可用于非金属切割的动作控制。激光位移传感器固定于切割头上，实时检测切割头到切割平面的距离；根据传感器检测的距离自动进行升降调节，以保证切割头与切割表面保持恒定距离。在切割的过程中，自动调高系统实时调节切割头高度，使切割焦点保持在切割表面上。
实现自动调高控制, 可透过RT-Task "每周期时间" 执行闭环运算控制, 藉目标距离与读取传感器检测距离的差值后, 运行用户指定的控制策略模型计算出转轴位移量后, 再传入实际物理轴完成对高度的控制。
刀向跟随系统
刀向跟随可广泛应用于服装、皮革、布料、纸箱等材料的自动化刀片裁剪加工的领域，刀片裁剪包含振动刀或圆刀, 由于切割时刀刃必须精确沿着切线方向进行移动, 因此需实时精确的控制刀片旋转轴的角度。
刀向跟随原理并不复杂, 而透过RT-Task可以 "实时", "高精度" 控制刀片旋转轴。将目前轨迹在XY平面线段的夹角计算出后, 再去控制转动刀片旋转轴的角度. RT-Task 以"每1ms周期时间" 执行轨迹在XY平面线段的夹角运算, 实时控制刀片旋转轴。
SCARA机械手
随着机械手主要零部件成本的降低, 关节机械手应用越来越广泛, 而在特殊应用场合传统4轴/6轴机械手已无法满足市场需求, 细分市场需要能实现特定需求的非标机械手. 但这意谓着需要不同运动学模型; 开发者往往需要求助控制器原厂来支持此模型, 而这中间的沟通, 提案, 规划, 调试, 验证往往浪费大量时间, 同时工艺有外泄的风险.
得益于 rTMotion 开放高效的实时环境, 正/逆解模型算法也能放入RT-TASK中, 例如 SCARA 正/逆解模型算法, RT-TASK每个周期最高处理4000笔双精度浮点运算, 能保证每1ms实时周期完成正逆解的运算. 最后将各轴的结果透过EtherCAT总线输出到伺服驱动中.
2D螺距补偿
在实际应用的XY平台中，由于组装误差、螺杆精度等因素的影响，X轴和Y轴并不一定完全垂直、水平，每个轴的偏摆、俯仰、翻滚等误差会导致最后产生蛇行幅动的状况，进而影响最终的定位精度，如下图，坐标系中的某一个点，理想位置和实际位置存在误差。启用了二维螺距补偿功能，就可以在软件层面实时补偿每个点X轴和Y轴的误差，从而提高设备定位精度。
二维螺距补偿一般都是通过标定的方式(相机或者激光干涉仪标定)，得到补偿区域内每个点对应的X轴和Y轴的偏差，再写入到对应的补偿表内，控制卡内部实时补偿。
RT-Task实现2D螺距补偿的方式与前面提到的切向跟随类似, 也是利用"实时"处理的特性, 在每一控制周期读取目前X轴与Y轴的位置, 在透过事先写入的补偿表与平面补偿算法, 算出目前点所在位置的补偿值填入到 XY轴的 rt-posi 变量中, 实现实时补偿。
非标机械手
rTMotion 运动控制器除了基础的点位运动, 直线, 圆弧, 连续轨迹差补外, 更注重网路型控制器的TCP通讯稳定高效, 提供优异的运动速度曲线, 强大的速度前瞻算法与PSO轨迹同步脉冲.
> 稳定高效的TCP通讯
> 领先业界的速度前瞻预处理算法, 高速轨迹规划, 比傳統控制器快40%
> PSO高精度轨迹同步脉冲, 最小间隔0.2um,最高频率500k
> 高速编码器位置比较, 最高频率500k, 响应时间<0.1us
> 最高10轴任意轴插补, 变量差补
稳定高效的TCP网络通讯技术
> rTMotion 提供稳定高效的TCP通讯, 优化的封包压缩技术, 媲美PCI稳定高效, 平均0.58ms的通讯时间. 同时下达16轴运动命令能在1.0ms完成, 相较于市售的网路型控制器, rTMotion 提供更稳定, 更快的通讯时间.
测试环境
CPU: Core i5-8259
OS: Windows 10
CPU Loading: ~66%
测试条件:
Windows端每间隔1秒对12轴下达单轴移动命令, 同时每间隔100ms, 读取12轴的 理论位置, 实际位置, 轴状态, 与控制器上的24点DI, 16点DO
测试结果:
测试时间: 62分钟
平均通讯时间: 0.58ms
最长通讯时间: 1.21ms
超过2ms通讯时间的次数: 0次
rTMotion控制器 TCP 通讯压力测试
优异的运动速度曲线
> 自动优化速度曲线 rTMotion 会依据移动距离自动优化速度与加速度曲线, 确保S曲线平滑移动前提下, 以最短时间重新规划. 下图是以速度参数v=300, a=3000, j=60000, 分别运行距离50, 20, 10, 5 呈现的速度曲线
> 自动终点判定 rTMotion 在进行点位运动的过程中，rTMotion会在最短时间改变运动的终点位置，且位置可增可减。不论运动是在加速, 等速或是减速状态, rTMotion皆会在速度微分是连续状态让变位在最短时间完成.
减速段变位
加速段变位
强大的速度前瞻预处理算法, 大幅改善激光切割/高速点胶在微加工的速度与精度
> 速度前瞻预处理算法, 当使用CAD软件来产生加工轨迹, 在曲线段会是连续小线段组成, 使用速度前瞻模式, 可实现小线段速度的平滑过渡，减小机器的振动，可提高机器的加工精度和加工速度。
> 超越传统运动控制卡的小线段加工
在激光切割/高速点胶的小线段加工, rTMotion 在保证軌跡精度下, 针对CAD软件产生的小线段以毛刺预处理算法跟預判線段間夾角與圓弧曲率, 計算最佳軌跡運行速度. 相较传统运动控制卡能大幅提高加工的速度与精度.
速度前瞻模式, 小线段圆弧轨迹性能测试
rTMotion 運動控制器
一般运动控制卡-轨迹失真
自适应速度前瞻
> 在速度前瞻基础上, rTMotion控制器会自动预判线段与线段间夹角, 并自动选择合适速度曲线, 正常情况已速度前瞻运行, 当线段速度不连续时, 会自动切换为S型速度曲线.
高精度运动轨迹等间距PSO触发
> rTMotion的PSO功能能在2D(X-Y) / 3D(X-Y-Z) 轨迹输出等间距同步脉冲, 轨迹包含直线, 圆弧线段, PSO功能改善传统 PWM输出无法与轨迹精准同步, 造成切割能量不均问题. 除了等间距输出外, 其具备可编程脉冲, 能更精准的控制激光器出光的时间点与出光的时间.
> 特别适用于需要高精度的精准位置同步控制的场景，如视觉飞拍、精密点胶胶量的控制，以及激光能量控制等。
> PSO功能除了等间距输出外, 其具备可编程脉冲, 可指定输出宽度单位为时间或距离. 可设定输出条件, 开/关光时间点.
实际机台激光打点输出
rTMotion PLC 是⼀个⼯具SDK, 当我们把各类控制逻辑以流程框图形式绘制出来, rTMotion PLC 就能运⾏它，
按照输⼊条件和参数给出各种输出动作. 逻辑运⾏每⼀步⼀⽬了然.
rTMotion PLC中输⼊条件和输出动作是完全开放的, 它是由⽤户⾃定义代码内容来实现,
流程内容可以是运动控制流程内容, 视觉流程内容, 或是机台动作流程内容. 它能做什么事情端看⽤户如何使⽤它.
特点
> 不需修改程序代碼, 即可快速修改I/O順序動作
> 以DLL方式存在, 支持C++/QT接口
> 用户可在应用程序中调用 rTMotion PLC API 来提供流程图I/O编辑功能
> 流程中的输⼊条件和输出动作是完全开放, 它由⽤户⾃定义代码内容来实现
> 支持多個動作流程同時進行
> 支持主流程调用子流程
> 流程編輯具備 步驟, 條件, 分支, 跳轉功能
> 運行時可知道目前跑到哪一步驟
用最简单逻辑组合, 弹性编写各种流程
rTMotion PLC 流程开发 SDK
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