Autonomiset robotiikka- ja ohjausjärjestelmät: robotiikan ohjauselektroniikka
Moottorinohjaus, anturointi, turvallisuuslaitteisto ja reaaliaikainen firmware suunniteltuna ja valmistettuna yhtenä kokonaisuutena Vaasassa.
Lyhyesti: Comtec Labs suunnittelee ja valmistaa ohjauselektroniikkaa roboteille ja autonomisille koneille Vaasassa: moottoriohjaimet, virran- ja asennonmittauksen, anturi- ja kamerarajapinnat, turvapiirit, tehonjaon ja sulautetun ohjausfirmwaren. Turvallisuuteen liittyvä laitteisto suunnitellaan tavoitellulle suorituskykytasolle yhdessä turvallisuusinsinöörisi kanssa, ja sama tiimi vie levyt prototyypistä ja moottoreillasi tehdystä penkkitestistä sarjatuotantoon.
Kenelle palvelu sopii
Palvelu on tarkoitettu yrityksille, jotka rakentavat liikkuvia, aistivia ja päätöksiä tekeviä koneita ja haluavat elektroniikan ja firmwaren kehityksen ja valmistuksen samalta kumppanilta. Robotiikka-asiakkaitamme ovat meri-, liikkuvien työkoneiden ja teollisuusautomaation yritykset. Tyypillisiä sovelluksia ovat:
- teollisuusautomaatio ja robottikäsivarret
- autonomiset mobiilirobotit (AMR) sekä logistiikka- ja varastoautomaatio
- miehittämättömät ilma-alukset ja droonijärjestelmät
- tarkastus- ja huoltorobotit vaativissa olosuhteissa
Näin robotiikkaelektroniikan projekti etenee
- Vaatimukset. Lähdemme liikkeelle mekaniikasta, moottoreista, käyttöjaksosta ja koneen turvallisuusarvioinnista, jotta elektroniikka mitoitetaan todelliselle kuormalle.
- Arkkitehtuuri. Järjestelmä jaetaan moottorinohjaus-, anturointi-, turvallisuus- ja laskentalohkoihin, ja päätämme, mikä tulee yhdelle levylle ja mikä hajautetaan CAN- tai EtherCAT-väylälle.
- Prototyyppi ja firmware. Suunnittelemme ja rakennamme prototyyppilevyn yhdessä ohjausfirmwaren kanssa: moottorinohjaus, liikeprofiilit, väyläliikenne ja turvavalvonta.
- Penkkitesti moottoreillasi. Levyt testataan todellisilla moottoreilla ja kuormilla, ei pelkällä laboratoriovirtalähteellä.
- EMC-esitestaus. Häiriöpäästöt ja häiriönsieto tarkistetaan talon sisällä ennen virallista testausta akkreditoidussa laboratoriossa.
- Pilotti ja sarja. Pilottierä ja sarjatuotanto Vaasassa, ohjelmointi ja toiminnallinen testaus tuotantolinjalla.
Mitä ohjauselektroniikka kattaa
Robotin ohjauselektroniikka yhdistää kuusi lohkoa yhdelle tai muutamalle levylle. Taulukko näyttää kunkin lohkon tyypilliset ratkaisut; oikeat valinnat määräytyvät vääntömomentista, nopeudesta, turvallisuustasosta ja akselien määrästä.
| Lohko | Tyypilliset ratkaisut |
|---|---|
| Moottorinohjaus | Hilaohjaimet ja MOSFET-sillat 24–48 V väylällä, BLDC- ja PMSM-moottorien vektorisäätö, askel- ja servomoottorit |
| Anturointi | Virranmittaus sunttivastuksella tai Hall-anturilla, magneettiset tai optiset anturit, IMU |
| Turvallisuus | Turvallinen momentin poisto (STO), kaksikanavainen hätäpysäytys, redundantti valvonta, jarrunohjaus |
| Rajapinnat | CAN ja CANopen, EtherCAT, Ethernet, RS-485, MIPI CSI-2 -kamerat, USB |
| Teho | Väylän esivaraus, napaisuus- ja ylijännitesuojaus, jarrutusenergian hallinta, erotettu logiikkasyöttö |
| Laskenta ja firmware | Cortex-M säätösilmukoille, Cortex-A tai NPU havainnointiin, RTOS tai sulautettu Linux |
Firmware-osaamisemme kattaa STM32-, NXP-, Nordic- ja Espressif-pohjaiset ARM Cortex-M -piirit ilman käyttöjärjestelmää, FreeRTOSilla tai Zephyrillä sekä sulautetun Linuxin Cortex-A- ja i.MX-prosessoreilla.
Toimitusajat
Uusi robotiikkaprojekti voi alkaa salassapitosopimuksen alaisella kiinteähintaisella 1–3 viikon konseptiselvityksellä, josta saat arkkitehtuurin, keskeiset riskit, kehitysarvion ja yksikkökustannusennusteen. Yhden sivun kuvauksella koneesta saat vaihesuunnitelman, kehitystarjouksen ja yksikkökustannusennusteen kahdessa viikossa. Kehitys todennettuun prototyyppiin kestää tyypillisesti 3–6 kuukautta akselien määrästä, turvallisuustasosta ja firmwaren laajuudesta riippuen.
Kun suunnitelma on julkaistu ja kaikki komponentit ovat talossa, prototyyppilevyt kootaan 3–5 työpäivässä, enintään 500 levyn piensarjat 1–2 viikossa ja suuremmat sarjat 2–3 viikossa.
Kehitys, testaus ja tuotanto
Kehitys ja tuotanto ovat samassa paikassa Vaasassa. Prototyyppilevyt testataan penkissä todellisilla moottoreilla ennen julkaisua, ja EMC-esitestaus tehdään talon sisällä, joten ongelmat löytyvät ennen virallista testiä akkreditoidussa laboratoriossa. Rakennamme testijigit ja tuotannon testiohjelmistot itse, laitteet ohjelmoidaan tuotantolinjalla, ja jokainen sarjalevy käy läpi toiminnallisen testin linjalla. Kokoonpano tehdään ESD-suojatussa ympäristössä, ja jokainen levy tarkastetaan AOI:lla.
Katso koko laitteisto, valmistuskyky ja toimitusajat
Turvallisuus, laatu ja standardit
- Turvallisuuteen liittyvä laitteisto suunnitellaan tavoitellulle suorituskykytasolle yhdessä turvallisuusinsinöörisi kanssa ja dokumentoidaan koneen teknistä tiedostoa varten.
- Koneen sertifioinnista vastaat sinä, tarvittaessa yhdessä ilmoitetun laitoksen kanssa.
- Levyt valmistetaan vakiona IPC-A-610-luokan 2 tai pyynnöstä luokan 3 mukaan, jokainen levy tarkastetaan AOI:lla ja testitulokset tallennetaan levykohtaisesti.
- Viralliset EMC- ja sähköturvallisuustestit tehdään akkreditoiduissa laboratorioissa talon sisäisen esitestauksen jälkeen.
- Omistat piirikaaviot, layoutin, firmwaren lähdekoodin ja dokumentaation, eikä lisenssimaksuja ole.
Turvallisuus on laitteistoarkkitehtuuria
Robotiikassa turvallisuutta ei voi lisätä firmwareen jälkikäteen. Turvallinen momentin poisto, joka katkaisee hilaohjauksen tehon pääohjaimesta riippumatta, kaksikanavaiset hätäpysäytystulot, kahden ohjaimen ristiinvalvonta sekä määritelty turvallinen tila käynnistyksessä ja vikatilanteessa ovat kaikki piirikaaviotason päätöksiä. Vaadittu taso, ISO 13849-1:n PL c–e tai IEC 62061:n SIL 2–3, johdetaan koneen riskiarvioinnista, ja elektroniikan on sitten osoitettava se. Siksi otamme turvallisuusinsinöörin mukaan jo arkkitehtuurivaiheessa eikä vasta ensimmäisen prototyypin jälkeen.
Usein kysytyt kysymykset
Kehitättekö myös ohjausfirmwaren?
Kyllä. Kirjoitamme moottorien vektorisäädön, liikeprofiilit, väyläliikenteen, turvavalvonnan ja tuotannon testifirmwaren yhdessä laitteiston kanssa.
Voiko yksi levy ohjata useita moottoreita?
Kyllä. Moniakseliset levyt, joissa on kahdesta kuuteen ohjainta, ovat yleisiä. Sitä suuremmissa järjestelmissä akselikohtaiset ohjaimet CAN- tai EtherCAT-väylällä skaalautuvat yleensä paremmin ja jakavat tehon ja lämmön.
Voitteko auttaa turvallisuussertifioinnissa?
Suunnittelemme turvallisuuteen liittyvän laitteiston tavoitellulle suorituskykytasolle yhdessä turvallisuusinsinöörisi kanssa ja toimitamme dokumentaation. Koneen sertifioinnista vastaat sinä, tarvittaessa ilmoitetun laitoksen kanssa.
Mitä väyläjännitettä mobiilirobotin kannattaa käyttää?
24 V sopii pienille alustoille, joiden turvallisuusratkaisut ovat yksinkertaisia. 48 V antaa enemmän tehoa pienemmällä virralla, kevyemmillä kaapeleilla ja pienemmillä häviöillä, ja pysyy silti 60 V DC:n suojajänniterajan alapuolella.
Voitteko lisätä kamerat ja tekoälypohjaisen havainnoinnin?
Kyllä. Kamerat liitetään MIPI CSI-2-, USB- tai Ethernet-liitännällä, ja havainnointi ajetaan neuroprosessorilla varustetulla sovellusprosessorilla erillään reaaliaikaisista säätösilmukoista.
Aiheesta blogissa
- Mitä robotiikan ohjauselektroniikkaan kuuluu? Moottorinohjaus, anturointi, turvallisuus ja firmware
- Pohjoismainen piirilevyjen kokoonpanokumppani automaatioon ja robotiikkaan
- Näin valitset mikro-ohjaimen tai SoC:n teollisuuslaitteeseen: valintakehys
- Miten firmware kehitetään integroituun laitteeseen? Laitteisto- ja ohjelmistoyhteissuunnittelu selitettynä
- Milloin edge AI on järkevä sulautetussa laitteessa ja mitä laitteistoa se tarvitsee?
Muut palvelut
- Teollinen AI ja ennakoiva kunnossapito
- Piirilevysuunnittelu
- Piirilevyprototyypit
- Piirilevyjen testaus
- Sarja- ja piensarjatuotanto
Keskustele robotiikan ohjauselektroniikasta
Kuvaile kone, moottorit ja akselit, vaadittu turvallisuustaso ja odotetut määrät. Saat vaihesuunnitelman, kehitystarjouksen ja yksikkökustannusennusteen, ja yhteyshenkilönäsi toimii nimetty insinööri.
