Kontrola prędkości ruchu – kurs Trio Motion cz. V

Komendy MOVESEQ, MOVEABSSEQ umożliwiają tworzenie sekwencji ruchów (dla osi w liczbie 2 – 6) przy wykorzystaniu tablicy danych. Poszczególne ruchy mogą być automatycznie łączone ze sobą za pomocą łuków kołowych lub sferycznych o zdefiniowanym promieniu, jednak należy zaznaczyć, że jego wartość zostanie automatycznie zredukowana do maksymalnej możliwej w sytuacji w której punkty ścieżki nie będą leżały od siebie w wystarczającej odległości.

MOVEABSSEQ (MOVESEQ) stanowi sekwencje ruchów MOVEABS (MOVE) → MOVECIRC →… jeśli operujemy na 2 osiach, natomiast w sytuacji w której ich liczba jest większa lub równa 3 składa się ona z ruchów MOVEABS (MOVE) → MSPHERICAL → … . W momencie w którym zdecydujemy się na sterowanie prędkością dla poszczególnych ruchów MOVEABS (MOVE), MOVECIRC, MSPHERICAL ulegną odpowiednio zamianie na MOVEABSSP (MOVESP), MOVECIRCSP, MSPHERICALSP.

Składnia poleceń:

• MOVEABSSEQ(adres_startowy, liczba_osi, liczba_punktow, opcje, promien [, adres_wyjscia [, ta]])
• MOVESEQ(adres_startowy, liczba_osi, liczba_punktow, opcje, promien [, adres_wyjscia [, ta]])

Opis parametrów:

Przed przystąpieniem do pierwszego przykładu należałoby wspomnieć jak używać tablicy w języku TrioBASIC. Do operacji na niej służy polecenie TABLE o następującej składni:

wartosc = TABLE(adres [, dane_1 … , dane_35])

Komenda umożliwia nam wykonanie dwóch operacji na tablicy:

• zapis – którego dokonujemy poprzez początkowe podanie adresu pierwszej komórki, do której będziemy wprowadzać wartości, po którym po przecinkach wprowadzamy interesujące nas dane (maksymalnie 35) – wartości będą wprowadzane po kolei do kolejnych komórek w tablicy. Komenda TABLE użyta w takiej formie zwraca wartość ostatnio wprowadzonej danej.
• odczyt – którego dokonujemy poprzez podanie adresu interesującej nas komórki pamięci. Polecenia używamy wtedy w następującej formie: wartosc = TABLE(adres)

W celu wyczyszczenia tablicy używamy komendy NEW „TABLE”.

Przykład 1. Wykonanie ruchu po ścieżce w kształcie litery „O” dwiema metodami:

• za pomocą komend MOVE, MOVECIRC
• za pomocą wartości wprowadzonych do tablicy oraz komendy MOVESEQ

FOR x = 0 TO 3
BASE(x)
UNITS = 1
SPEED = 400
ACCEL = 10000
DECEL = ACCEL
NEXT x

BASE(0, 1)
‘ Rysowanie O za pomocą komend MOVE, MOVECIRC
MOVE(0, 600) ‘ ruch A1 -> B1
MOVECIRC(300, 300, 300, 0, 1) ‘ ruch B1 -> C1
MOVE(200, 0) ‘ ruch C1 -> D1
MOVECIRC(300, –300, 0, –300, 1) ‘ ruch D1 -> E1
MOVE(0, –600) ‘ ruch E1 -> F1
MOVECIRC(-300, –300, –300, 0, 1) ’ruch F1 -> G1
MOVE(-200, 0) ‘ ruch G1 -> H1
MOVECIRC(-300, 300, 0, 300, 1) ‘ ruch H1 -> A1

BASE(2, 3)
‘ rysowanie O za pomocą komendy MOVESEQ
TABLE(1000, 0, 900) ‘ wektor A2 B2
TABLE(1002, –800, 0) ‘ wektor B2 C2
TABLE(1004, 0, –1200) ‘ wektor C2 D2
TABLE(1006, 800, 0) ‘ wektor D2 E2
TABLE(1008, 0, 300) ‘ wektor E2 A2

adres_startowy = 1000
liczba_osi = 2
liczba_punktow = 5
opcje = 0
promien = 300

MOVESEQ(adres_startowy, liczba_osi, liczba_punktow, opcje, promien)

Jak widać na powyższej symulacji ruch po ścieżce w kształcie litery „O” osi 2 i 3 (ścieżka zielona, MOVESEQ) nie został rozpoczęty w tym samym czasie co ruch osi 0 i 1 (ścieżka czerwona, MOVE, MOVECIRC) co może wydawać się dziwne po spojrzeniu na powyższy kod. Jednak wynika to z limitu buforowanych ruchów (domyślna wartość LIMIT_BUFFERED = 1) w danej chwili o czym była mowa we wcześniejszych częściach kursu. Z zaistniałą sytuacją możemy sobie poradzić w bardzo prosty sposób zwiększając wartość parametru LIMIT_BUFFERED.

Komendy ruchów sekwencyjnych posiadają możliwość skorzystania z powyżej omawianego mechanizmu kontroli prędkości dla poszczególnych łączonych ruchów (komendy z końcówką SP). Jeśli zdecydujemy się na to, będziemy zobligowani do zdefiniowania w tablicy (kolejno po polach odpowiadających za pozycje {MOVEABSSQE} lub przemieszczenia {MOVESEQ}) czterech parametrów:

1. FORCE_SPEED – dla ruchu liniowego
2. ENDMOVE_SPEED – dla ruchu liniowego
3. FORCE_SPEED – dla łuku
4. ENDMOVE_SPEED – dla łuku

Należy tutaj podkreślić, że parametry FORCE_SPEED oraz ENDMOVE_SPEED, dla elementów łukowych ścieżki ruchu, w momencie decyzji o korzystaniu z ruchów o zaawansowanej kontroli prędkości (bit 0 parametru opcje ustawiony na 1) i rezygnacji z łukowych przejść pomiędzy ruchami interpolowanymi liniowo (parametr promień równy 0 lub bit 2 parametru opcje ustawiony na 1) nadal należy definiować. Brak stosowania się do powyższego może prowadzić do nieoczekiwanego zachowania się urządzenia (wykonywanie ruchów do pozycji innych niż zdefiniowane z prędkościami innymi niż zdefiniowane).

Przykład 2. Ruch po ścieżce w kształcie litery „O” przy pomocy komendy MOVEABSSEQ z prędkością na łukach równą połowie prędkości w ruchu liniowym.

BASE(0, 1)

UNITS = 1
SPEED = 400
ACCEL = 1000
DECEL = ACCEL

lin_force_sp = SPEED ‘ prędkosc glowna ruchu liniowego (FORCE_SPEED)
lin_end_sp = SPEED * 0.5 ‘ predkosc koncowa ruchu liniowego (ENDMOVE_SPEED)
luk_force_sp = SPEED * 0.5 ‘ predkosc glowna w ruchu po luku (FORCE_SPEED)
luk_end_sp = SPEED * 0.5 ‘ predkosc koncowa w ruchu po luku (ENDMOVE_SPEED)

TABLE(1000, 0, 900, lin_force_sp, lin_end_sp, luk_force_sp, luk_end_sp)
TABLE(1006, 800, 900, lin_force_sp, lin_end_sp, luk_force_sp, luk_end_sp)
TABLE(1012, 800, –300, lin_force_sp, lin_end_sp, luk_force_sp, luk_end_sp)
TABLE(1018, 0, –300, lin_force_sp, lin_end_sp, luk_force_sp, luk_end_sp)
TABLE(1024, 0, 0, lin_force_sp, lin_end_sp, luk_force_sp, luk_end_sp)

MERGE = ON

adres_startowy = 1000
liczba_osi = 2
liczba_punktow = 5
opcje = 1
promien = 300

MOVEABSSEQ(adres_startowy, liczba_osi, liczba_punktow, opcje, promien)

WAIT IDLE
MERGE = OFF

Ruch w powyższym przykładzie oczywiście wykonywany jest przez dwie osie natomiast wykres został przedstawiony w przestrzeni trójwymiarowej, gdzie za współrzędną Z traktowana jest prędkość układu w celu przedstawienia zmian prędkość na różnych etapach ruchu w jak najbardziej obrazowy sposób.

Utworzenie pojedynczej ścieżki ruchu z dużej liczby punktów pomiędzy którymi ruch jest bardzo krótki wprowadza konieczność przetwarzania bardzo dużej liczby komend ruchu w krótkim czasie, co może prowadzić do problemów z profilem prędkości:

• kontroler ruchu może załadować tylko jedną komendę ruchu w czasie definiowanym przez parametr SERVO_PERIOD
• przy bardzo krótkich ruchach prędkość może się obniżać w celu osiągnięcia bieżącej końcowej pozycji z opóźnieniem zgodnym ze zdefiniowanym parametrem DECEL (dotyczy to korzystania z mechanizmu łączenia ruchów za pomocą flagi MERGE, nie korzystanie z niej prowadzi do oczywistych spadków prędkości do wartości równej zero pomiędzy poszczególnymi ruchami)

Komendy ruchów sekwencyjnych posiadają rozwiązanie powyższego problemu ponieważ umożliwiają one ładowanie ruchów do bufora w dwojaki sposób:

• jako sekwencje ruchów podstawowych
• jako ruch typu MOVESEQ lub MOVEABSSEQ

Istotną kwestią związaną z powyższym jest to, że w trakcie ładowania ruchów do bufora jako MOVESEQ lub MOVEABSSEQ pozbawiamy się możliwości korzystania z łukowych przejść pomiędzy liniowymi elementami ścieżki ruchu oraz mechanizmu zaawansowanego sterowania prędkością.

Przykład 3. Ruch po ścieżce eliptycznej zdefiniowanej przez grupę punktów wyznaczoną z równania parametrycznego przy parametrze zmieniającym się co 1 stopień.

BASE(0, 1)
UNITS = 1
SPEED = 1500
ACCEL = 15000
DECEL = ACCEL

DEFPOS(1000,0) ‘ zdefiniowanie punktu startowego ruchu

a = 1000 ‘ wielka polos elipsy
b = 500 ‘ mala polos elipsy

FOR d=0 TO 360
x = a * COS(d * PI / 180)
y = b * SIN(d * PI / 180)

TABLE(1000 + d * 2, x, y)
NEXT d

adres_startowy = 1000
liczba_osi = 2
liczba_punktow = 361
opcje = 4
promien = 0
adres_wyjscia = 2000

MOVEABSSEQ(adres_startowy, liczba_osi, liczba_punktow, opcje, promien, adres_wyjscia)

W celu zobrazowania przydatności zabiegu ładowania wszystkich ruchów do bufora jako jednej komendy dokonamy modyfikacji powyższego kodu poprzez wyłączenie opcji ładowania ruchów jako pojedynczej komendy MOVEABSSEQ (bit 2 parametru opcje równy 0) oraz załączenie flagi MERGE = ON. Kontroler posiada ustawienie parametru SERVO_PERIOD = 1ms. Efekt tego zabiegu (należy podkreślić, że poniższe animacje oraz wykres są zniekształcone co wynika z czasu próbkowania narzędzia do zbierania danych równego 100ms, jednak istotą jest tutaj zobrazowanie idei na co pozwalają poniższe materiały):

• przy ACCEL = DECEL = A (stosunkowo niewielka wartość):

• przy ACCEL = DECEL = 3 * A:

Jak widać na powyższych animacjach mechanizm łączenia ruchów (flaga MERGE) nie jest w takich przypadkach wystarczający.

Powyższy wykres przedstawia zmiany w czasie następujących parametrów:

• wykres czerwony – parametr IDLE (parametr jest równy false jeśli w danej chwili oś nie posiada w buforach załadowanych komend ruchu oraz true w przeciwnym wypadku) osi 1 (parametr opcje = 4 – ładowanie ruchów jako MOVEABSSEQ)
• wykres jasnoniebieski – prędkości (parametr opcje = 4)
• wykres zielony – parametr IDLE osi 1 (parametr opcje = 0, flaga MERGE = ON, ACCEL = DECEL = 3 * A)
• wykres żółty – prędkość (parametr opcje = 0, flaga MERGE = ON, ACCEL = DECEL = 3 * A)
• wykres fioletowy – parametr IDLE osi 1 (parametr opcje = 0, flaga MERGE = ON, ACCEL = DECEL = A)
• wykres ciemnoniebieski – prędkość (parametr opcje = 0, flaga MERGE = ON, ACCEL = DECEL = A)

Wykres oprócz efektów takich jak:

• brak utrzymywania stałej wartości prędkościami
• wydłużenie czasu trwania ruchu
• zależność wartości średniej jak i skoków prędkości (wysokości „górek” na wykresie) zależą od wartości przyspieszenia oraz opóźnienia pokazuje również wpływ odległości pomiędzy poszczególnymi punktami na stopień radzenia sobie z komendami ruchu przez kontroler – średnia wartość prędkości w odcinkach ruchu o większym zagęszczeniu punktów jest zdecydowanie mniejsza (zjawisko szczególnie widoczne na żółtym wykresie; przedstawiony wcześniej sposób wyznaczania punktów na elipsie wiąże się ze zmianami gęstości ich występowania w zależności od promienia krzywizny – im mniejszy promień tym więcej punktów).

Przykład 4. Użycie komendy MOVEABSSEQ dla 6 osi.

TABLE(1000, 0, 0, 0, 0, 1200, 0)
TABLE(1010, 300, 0, 0, 300, 1200, 0)
TABLE(1020, 300, 300, 0, 300, 300, 300)
TABLE(1030, 600, 300, 0, 600, 300, 0)
TABLE(1040, 600, 0, 0, 600, 1200, 0)
TABLE(1050, 600, 0, 450, 600, 1200, 450)

BASE(0, 1, 2, 3, 4, 5)
UNITS = 1
SPEED = 75
ACCEL = 5000
DECEL = ACCEL

‘ wyzerowanie parametru przechowującego liczbę komend załadowanych do bufora MTYPE
MOVE_COUNT = 0

‘ definicja pozycji startowej
DEFPOS(0, 300, 0, 0, 300, 0)

‘ ustawienie odstepu pomiedzy blokami danych dla kolejnych pozycji na 10

‘ liczba 256 pojawia sie tutaj poniewaz do ustawiania odstepu słuza bity 8 – 13

‘ a mnozenie przez 256 uwzglednia przesuniecie o pierwszych 8 bitow
opcje = 10 * 256

adres_startowy = 1000
liczba_osi = 6
liczba_punktow = 6
promien = 80

MERGE = ON

MOVEABSSEQ(adres_startowy, liczba_osi, liczba_punktow, opcje, promien)
‘ ruch MOVEABS który zostanie połączony (MERGE = ON) z MOVEABSSEQ
MOVEABS(800, –200, 200, 800, 1300, 200)

WAIT IDLE
MERGE = OFF

Pojawiający się w kodzie parametr MOVE_COUNT przechowuje liczbę komend załadowanych do bufora MTYPE danej osi. Parametr ten jest inkrementowany wraz z załadowaniem komendy ruchu lub przeładowaniem jej w przypadku ruchów samopowtarzalnych.

Rezultat wywołania powyższego kodu:

Powyższa symulacja została skonfigurowana w taki sposób, aby ruch grup osi 0, 1, 2 oraz 3, 4, 5 prezentowany był przez osobne trajektorie w przestrzeni 3D. Czerwona ścieżka odpowiada za ruch osi 0, 1, 2 natomiast żółta za ruch osi 3, 4, 5.

W trakcie przyglądania się symulacji możemy dostrzec dziwne zachowanie objawiające się ruchem osi 3, 4, 5 tylko w niektórych momentach ruchu pierwszych trzech. W celu zbadania co się tak naprawdę dzieje podczas wykonywania całego ruchu spójrzmy na zachowanie bufora MTYPE dla poszczególnych osi.

W momencie w którym na pierwszych trzech osiach wykonywany jest ruch MSPHERICAL na trzech pozostałych widnieje tajemniczy ruch MOVE. Prześledźmy teraz na trzech wykresach (wartości poszczególnych parametrów na wykresach zostały wyskalowane w taki sposób aby ułatwić analizę) jak zachowują się następujące parametry:

• parametry MTYPE osi 0 (w buforze MTYPE każdej komendzie ruchu odpowiada wartość liczbowa dlatego jesteśmy w stanie na wykresie badać jakie komendy w danej chwili były wykonywane)
• parametr MTYPE kolejno osi 3, 4, 5
• parametr MOVE_COUNT osi 0 (tylko dla osi 0 ponieważ liczba załadowanych komend do bufora MTYPE dla każdej osi w tym przypadku będzie równa)
• parametr ENDMOVE (przechowujący absolutną końcową pozycję będącą wynikiem wykonania aktualnie załadowanej komendy do bufora MTYPE) kolejno dla osi 3, 4 oraz 5
• parametr DPOS (przechowujący informację o aktualnej wyznaczonej pozycji osi) kolejno dla osi 3, 4 oraz 5

• linia czerwona – parametr MTYPE osi 0 (zmiany pomiędzy MOVEABS = 2, a MSPHERICAL = 31)
• linia jasnoniebieska – parametr MTYPE osi 3 (zmiany pomiędzy MOVEABS = 2, a MOVE = 1)
• linia czarna – parametr MOVE_COUNT
• linia zielona – parametr ENDMOVE osi 3
• linia żółta – parametr DPOS osi 3

• linia czerwona – parametr MTYPE osi 0 (zmiany pomiędzy MOVEABS = 2, a MSPHERICAL = 31)
• linia jasnoniebieska – parametr MTYPE osi 3 (zmiany pomiędzy MOVEABS = 2, a MOVE = 1)
• linia czarna – parametr MOVE_COUNT
• linia fioletowa – parametr ENDMOVE osi 4
• linia ciemnoniebieska – parametr DPOS osi 4

• linia czerwona – parametr MTYPE osi 0 (zmiany pomiędzy MOVEABS = 2, a MSPHERICAL = 31)
• linia jasnoniebieska – parametr MTYPE osi 3 (zmiany pomiędzy MOVEABS = 2, a MOVE = 1)
• linia czarna – parametr MOVE_COUNT
• linia pomarańczowa – parametr ENDMOVE osi 5
• linia miętowa – parametr DPOS osi 5

Stworzone wykresy pokazują, że ruch osi 3, 4, 5 wykonywany jest wyłącznie w chwilach w których osie 0, 1, 2 wykonują ruch MSPHERICAL i kryje się on właśnie pod tajemniczymi komendami MOVE (ruchy MOVEABS nie prowadzą do wykonania żadnego ruchu). Związane jest z tym pewnego rodzaju zagrożenie ponieważ w sytuacji w której promień łuku jest mały, a my zdecydujemy się na rezygnacje z uwzględniania ruchu osi 3, 4, 5 w interpolacji (czego można dokonać za pomocą parametru INTERP_FACTOR dla komend MOVE, MOVEABS, MHELICAL {tylko dla trzeciej osi} oraz ich wersji z końcówką SP; MOVEASBSEQ składa się właśnie z komend MOVEABS / MOVEABSSP) może dojść do sytuacji w której w bardzo krótkich odcinkach czasu osie 3, 4, 5 (w tym momencie pracujące jako nadążne) będą chciały pokonać duże dystanse.

W chwili używania komendy MOVEABSSEQ bez łukowych przejść sytuacja normuje się i pozostaje w zgodzie z intuicją jak pokazuje poniższa animacja.