Mit der Weiterentwicklung der industriellen Automatisierung werden Roboter zunehmend in Produktionslinien eingesetzt. Für eine effiziente und präzise Bewegungssteuerung muss die mehrachsige Bewegung von Robotern synchron laufen. Dies verbessert die Bewegungsgenauigkeit und -stabilität und ermöglicht einen effizienteren Betrieb der Produktionslinie. Gleichzeitig bietet es die Grundlage für die Zusammenarbeit und Steuerung von Robotern, sodass mehrere Roboter gleichzeitig koordinierte Bewegungen ausführen und so komplexere Aufgaben erledigen können. Das deterministische Echtzeit-Ethernet-Protokoll auf Basis von EtherCAT bietet hierfür eine praktikable Lösung.
EtherCAT ist ein leistungsstarkes, echtzeitfähiges Industrial-Ethernet-Kommunikationsprotokoll, das schnelle Datenübertragung und synchronen Betrieb zwischen mehreren Knoten ermöglicht. In mehrachsigen Bewegungssteuerungssystemen von Robotern ermöglicht das EtherCAT-Protokoll die Übertragung von Befehlen und Sollwerten zwischen den Steuerknoten und stellt sicher, dass diese mit einem gemeinsamen Takt synchronisiert sind. Dadurch wird ein synchroner Betrieb des mehrachsigen Bewegungssteuerungssystems ermöglicht. Diese Synchronisierung hat zwei Aspekte. Erstens muss die Übertragung von Befehlen und Sollwerten zwischen den einzelnen Steuerknoten mit einem gemeinsamen Takt synchronisiert werden; zweitens muss auch die Ausführung von Steuerungsalgorithmen und Feedbackfunktionen mit demselben Takt synchronisiert werden. Die erste Synchronisierungsmethode ist gut verstanden und fester Bestandteil von Netzwerksteuerungen geworden. Die zweite Synchronisierungsmethode wurde jedoch bisher vernachlässigt und stellt nun einen Engpass für die Bewegungssteuerungsleistung dar.
Insbesondere umfasst die EtherCAT-basierte Methode zur synchronen Bewegungssteuerung mehrerer Roboterachsen zwei wichtige Aspekte der Synchronisierung: die Übertragungssynchronisierung von Befehlen und Referenzwerten sowie die Ausführungssynchronisierung von Steuerungsalgorithmen und Rückkopplungsfunktionen.
Zur synchronen Übertragung von Befehlen und Referenzwerten übertragen die Steuerknoten diese über das EtherCAT-Netzwerk. Diese Befehle und Referenzwerte müssen mithilfe einer gemeinsamen Uhr synchronisiert werden, um sicherzustellen, dass jeder Knoten die Bewegungssteuerung im gleichen Zeitschritt durchführt. Das EtherCAT-Protokoll bietet einen Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungs- und Synchronisierungsmechanismus, um eine hochpräzise und Echtzeitübertragung von Befehlen und Referenzwerten zu gewährleisten.
Gleichzeitig muss jeder Steuerknoten im Hinblick auf die Ausführungssynchronisation von Steuerungsalgorithmen und Rückkopplungsfunktionen den Steuerungsalgorithmus und die Rückkopplungsfunktion nach demselben Takt ausführen. Dadurch wird sichergestellt, dass jeder Knoten Operationen zum gleichen Zeitpunkt ausführt und so die synchrone Steuerung mehrachsiger Bewegungen ermöglicht wird. Diese Synchronisierung muss auf Hardware- und Softwareebene unterstützt werden, um eine hochpräzise und in Echtzeit erfolgende Ausführung der Steuerknoten zu gewährleisten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die EtherCAT-basierte synchrone Mehrachsen-Bewegungssteuerung von Robotern die Synchronisierung der Übertragung von Befehlen und Sollwerten sowie die Synchronisierung der Ausführung von Steuerungsalgorithmen und Feedbackfunktionen durch die Unterstützung des deterministischen Echtzeit-Ethernet-Protokolls ermöglicht. Diese Methode bietet eine zuverlässige Lösung für die Mehrachsen-Bewegungssteuerung von Robotern und eröffnet neue Möglichkeiten und Herausforderungen für die Entwicklung der industriellen Automatisierung.
Veröffentlichungszeit: 20. Februar 2025
