PLCopen コントローラでは、座標系は 6 つの自由度 (DOF) を定義する基準点です。 エンジニアは、さまざまな座標系がどのように相互作用するか、理解するためにどのフレームが重要かを理解する必要があります。
座標系の違いと、それらが互いにどのように相互作用するかを理解することは、グループを使用してモーション コントロールを成功させるための鍵となります。 IEC6111-3 プログラマブル コントローラ モーション コントロールの世界標準である PLCopen のパート 4 では、グループを使用した多軸協調モーションの概念が紹介されています。 グループは、3 次元でモーション パスを提供する共通のメカニズムに従って連携する軸の集まりです。 例としては、ガントリー システム、多関節アーム ロボット、三角ロボット、または接続機構が挙げられます。 複数の軸が連携して、デバイスの多次元の動きを実現します。
新しい機能の一部として、コントローラの座標系の概念は、理解すべき重要なトピックになりました。 座標系は、6 つの自由度 (DOF) を定義する基準点です。デカルト座標の X、Y、Z、および各軸の回転角度 (オイラー角と呼ばれる) を表す Rx、Ru、Rz 角度です。 .
制御下にある各メカニズム、コンポーネント、または作業単位には、独自の座標系があります。 PLCopen コントローラは複数のグループを制御でき、それぞれが複数のパーツで動作するため、異なる座標系がどのように相互作用するかをプログラマが理解することが重要です。
各座標系には原点があり、すべての座標でゼロ点を定義するために使用されます。 各軸の方向は、右手の法則によって決定されます (図 1 を参照)。 人差し指が X の正の方向を指している場合、伸ばした中指 (人差し指に対して直角) は Y の正の方向を指し、伸ばした親指は Z の正の方向を指します。
角度の方向は、右ねじれの法則を使用して決定されます (図 2 を参照)。 親指は軸の正の方向を指し、指は軸の周りを軸の正の回転方向に曲げます。
モーターの位置
最後に、コントローラーは個々のモーターの位置を制御します。 グループ内の各軸には、モーターの回転位置である独自の軸座標系 (ACS) があります。 多関節アーム ロボット、三角測量ロボット、および接続機構などのほとんどの複雑な機構では、単軸座標系の位置は、何かが単独で行われることを意味しません。 これらの軸の調整により、機械の位置が運動学的計算を使用して決定されます。 これらの計算は、コントローラー内またはスタンドアロンのロボット コントローラーによって実行できます。
各グループの基本座標系はマシン座標系 (MCS) です。 機械メーカーは、機械座標系のソースを定義します。 多関節ロボットや三角ロボットの場合、通常はロボットのベースに配置されます。 次に、コントローラは運動学的計算を実行して、機械自体の終点であるツールボード座標系 (TPCS) を決定します。 この座標系自体はプログラマーにとって有用ではありませんが、ツールの位置の原点を定義するために使用できます。 ナイフには独自の座標系、つまりツール座標系 (TCS) があります。
位置指令
通常、工具は機械の端の中心にあるため、これは単純に工具ボード座標系のプラス Z 方向のオフセットであり、回転を考慮して Rz コンポーネントが必要になる場合もあります。 ツール座標系は、低速移動や位置の教示に最も一般的に使用されますが、自動モーションではあまり使用されません。 ツール座標系の原点は、コマンド変位の始点であるツール中心点 (TCP) です。 機械座標系のシフトが呼び出されると、その位置に移動するのはツールの中心点です (図 3 を参照)。
各グループには独自の機械座標系の原点があるため、複数のグループを空間内の同じ位置に移動するには、各グループにその機械座標系の位置に対する独自の位置命令が必要です。 たとえば、2 台のピックアップ ロボットが同じコンベアからアイテムをピックアップする場合、各ピックアップがコンベア ベルト上の同じ位置に移動するため、異なる機械座標系の位置命令が必要になります。
同様の共有スペースでの変位を単純化するために、各グループのマシン座標系の原点は、ワールド座標系 (WCS) の原点とオフセットから取得できます。 各作業単位には、ワールド座標系のソースが 1 つだけあります。 単一のグループを構成する場合、ワールド座標系の原点へのオフセットを定義する必要があります。 これにより、複数の機関が共通の座標系を使用してプログラミングを簡素化できます。
考慮する最後の座標系は、コンポーネント座標系 (PCS) です。 この座標系は、ワールド空間での各オブジェクトの位置と方向を定義するために使用されます。 この座標系の原点はパーツ上にあり、パーツと共に移動します。 これは、ピックアンドプレース アプリケーションなど、個々のパーツを操作する場合に便利です。 その他のアプリケーションには、コンポーネントがコンベヤ ベルトに沿って移動するコンベヤ トラッキングがあります。 この場合、コンポーネントの座標系は、ワールド座標系と機械の座標系の原点に対して相対的に移動するため、機械の工具中心点を特定のコンポーネント座標系の位置に移動するには、異なるコンポーネント間のオフセットの変化を考慮する必要があります。座標系 (図 4 を参照)。
座標系の違いと、それらが互いにどのように相互作用するかを理解することは、IEC のグループを使用してモーション コントロールを成功させるための鍵です。 さまざまな座標系が連携して、目的の操作を実行します。
コンベア ベルトの追跡の例
コンベア ベルト トラッキング アプリケーションでは、最初のコマンドは、ツールの中心点をマシン座標系で移動させて、ツールの中心点をトラッキング エリアの初期位置に配置することです。 パーツの位置と方向が定義され、送信機トラッキング ルーチンは、メカニズム マシンの座標系の原点に対するパーツのオフセットを計算します。 このオフセットは、パーツのコンポーネント座標系と、マシン座標系とコンベアの追跡機能との関係を定義します。 コンポーネントの座標系のオフセットは、パーツの移動に合わせて調整されます。 次に、ユーザーはパーツ座標系空間で移動を定義して、パーツをピックアップします。 コンポーネント座標系のオフセットには 6 つの自由度があるため、必要に応じてベルトコンベア上のボックスを開くこともできます。 次に、ユーザーはパーツ座標系空間で変位を実行して、パーツをピックアップします。
ツールの方向は (必要に応じて) パーツに自動的に一致し、座標系間のオフセットはこれらの要因を考慮に入れています。 各ピックアップには同じパーツ座標系の位置が使用され、パーツ座標系のオフセットは、新しいパーツが検出された場合にのみ変更されます。 コンベア ベルト トラッキング機能は、コンポーネント座標系のオフセットを常に更新するため、ツールの中心点もコンベア ベルトの正の方向に沿ってトラッキングされ、コンポーネントの移動の問題が解決されます。