Lasciamo che le macchine si muovano: cosa succede quando la macchina sterzante incontra i microservizi

A volte sentirai che il progetto che hai in mano è come un filo annodato. Qui dobbiamo regolare la precisione angolare del servo e lì dobbiamo considerare la velocità di risposta del servomotore. La struttura meccanica non è ancora stata completamente definita e la mia mente è già piena di parole come rapporto di trasmissione, coppia e segnale di controllo. La cosa più problematica è che man mano che il sistema diventa più complesso, la comunicazione tra i vari moduli inizia a rallentare: il metodo di controllo tradizionale gradualmente non riesce più a tenere il passo.

In questo momento, alcuni diranno, prova l'architettura dei microservizi. Ma questo suona sempre un po’ lontano, come la terminologia di un ingegnere del software. Cosa c’entra con i motori e i bracci robotici?

Importa davvero.

Immagina che il servo che hai in mano non sia più solo un componente che riceve segnali di impulsi. Può diventare un'unità di servizio indipendente con una propria "identità" e può segnalare la posizione, la temperatura e persino lo stato del carico in tempo reale attraverso protocolli leggeri. Lo stesso vale per il servomotore accanto. Non attende più passivamente i comandi del controller centrale, ma può inviare attivamente dati operativi ed emettere avvisi tempestivi in ​​caso di anomalie. I sensori e gli attuatori nella struttura meccanica possono essere trasformati in micronodi intelligenti.

Questo è il cambiamento portato dall'introduzione del concetto di "microservizio" nel campo del controllo hardware. Non è destinato a sostituire la regolazione PID o il controllo degli impulsi con cui hai familiarità, ma ad aggiungere uno strato di "capacità di dialogo" sopra di esso. Diversi componenti possono comunicare tra loro in modo più diretto, il carico sul controllore centrale si riduce e la flessibilità e l'affidabilità del sistema aumentano.

Perché è necessario considerare questa architettura?

Forse ti sei imbattuto in questa situazione: un sistema meccanico è in funzione da molto tempo e un certo motore risponde lentamente, ma è molto difficile risolvere il problema. È necessario controllare da zero il cablaggio e il programma del controller e persino sospettare un'interferenza di alimentazione. E se ogni componente critico potesse segnalare lo stato di salute in modo indipendente? Il problema potrebbe essere rapidamente individuato nel feedback anomalo dell'encoder di un determinato servomotore, invece di trovare un ago in un pagliaio.

Oppure quando desideri aggiungere nuove funzionalità a un dispositivo esistente, ad esempio aggiungendo un sensore di visione a un braccio robotico. Il metodo tradizionale potrebbe richiedere modifiche importanti al programma del controller e un nuovo debug. Tuttavia, secondo l'idea del microservizio, il sensore visivo può essere utilizzato come un "servizio" appena aggiunto per fornire dati coordinati attraverso un'interfaccia definita. Il servizio di controllo del movimento originale riceve questi dati e regola la traiettoria. La portata delle modifiche è molto più ridotta.

È un po’ come scomporre una grande macchina in tanti piccoli moduli che cooperano tra loro. Ogni modulo si concentra sul fare le proprie cose (ad esempio, un certo servo gira con precisione solo fino a un angolo specificato) e coopera con altri moduli attraverso protocolli chiari. Il sistema è più semplice da progettare ed eseguire il debug ed è anche più conveniente per successive espansioni o modifiche.

A cosa dovremmo prestare attenzione quando introduciamo i microservizi nei progetti hardware?

Naturalmente, questo non è un puro progetto software in cui è possibile distribuire servizi a piacimento. L'hardware ha vincoli hardware, quindi è necessario trovare un punto di equilibrio.

Innanzitutto, la comunicazione deve essere sufficientemente rapida. Le risorse hardware sono limitate e il protocollo di comunicazione non può essere troppo eccessivo. Per dati come le istruzioni sull'angolo dello sterzo, il ritardo è controllato al livello dei millisecondi.

In secondo luogo, i confini di ciascun “servizio” devono essere tracciati chiaramente. Un servomotore può fungere da servizio, fornendo dati su velocità, coppia, temperatura e ricevendo comandi di velocità. Ma non raggrupparlo con il riduttore accanto in un servizio: hanno responsabilità diverse e sono più flessibili da gestire separatamente. Durante la progettazione puoi chiederti: quali funzioni può fornire questo modulo in modo indipendente? Quali dati richiede? Quali informazioni produce?

In terzo luogo, la risoluzione dei problemi deve essere effettuata in anticipo. L'hardware potrebbe guastarsi inaspettatamente e la rete potrebbe occasionalmente subire interruzioni. Una buona progettazione consiste nel consentire al sistema di funzionare in modo ridotto quando alcuni servizi sono temporaneamente offline. Ad esempio, se un servizio sensore non risponde, il servizio di controllo del movimento può passare agli ultimi dati validi o entrare in modalità provvisoria per mettere in pausa l'azione, invece che l'intero sistema si blocchi.

In quarto luogo, la scelta degli strumenti e delle piattaforme. È necessario un framework in grado di gestire questi servizi hardware. Dovrebbe aiutarti a distribuire facilmente i servizi ai controller, monitorare lo stato e visualizzare i log. Nel campo delle macchine e dell’automazione non esistono molte piattaforme già pronte e spesso necessitano di essere personalizzate a seconda del progetto. Questo è il motivo per cui alcune squadre scelgono qualcosa di similekpowerUn partner tecnico di questo tipo si concentra sulla combinazione di hardware e software. La loro soluzione tiene conto dei vincoli effettivi dell’hardware, anziché applicare semplicemente strumenti di microservizi dal mondo del software.

possibili cambiamenti

Quando provi questa idea, troverai alcune variazioni interessanti.

Il debug diventa più organizzato. È possibile testare un servizio servo separatamente e simulare i comandi angolari che riceve per vedere se il feedback è accurato. Invece di dover avviare ogni volta l’intero enorme sistema.

L'espansione del sistema è più semplice. Vuoi aggiungere un nuovo sensore? Basta collegarlo alla rete come nuovo servizio, definire il formato dei dati che fornisce e consentire ad altri servizi che necessitano di dati di iscriversi ad esso. Non è quasi necessario modificare il codice originale.

Anche la manutenzione è più semplice. Ogni servizio viene eseguito in modo indipendente e anche i registri sono indipendenti quando si verificano problemi. È possibile individuare rapidamente l'anomalia dei dati in quale collegamento, sia che si tratti di un problema con la parte meccanica o di un problema con la logica di controllo.

Naturalmente questo non significa che tutti i progetti debbano essere copiati. Il semplice controllo di tre o due motori può essere più diretto utilizzando i metodi tradizionali. Ma quando il tuo sistema coinvolge dozzine di parti mobili, più sensori e richiede un coordinamento complesso e un’elevata affidabilità, questa architettura può mostrare i suoi vantaggi.

Parliamo di alcune cose pratiche

Il passaggio a un’architettura a microservizi richiede investimenti iniziali, ripensamento delle divisioni del sistema e creazione di una base di comunicazione. Ma per il funzionamento a lungo termine o per i sistemi meccanici che richiedono aggiornamenti continui, questo investimento spesso vale la pena. Rende il sistema più simile a un organismo, in cui ogni parte è indipendente e collaborativa e l’insieme è più dinamico.

Se stai pianificando un nuovo progetto che coinvolge più servomotori, servocomandi e macchinari complessi, potresti anche pensarci in fase di disegno: quali parti possono essere trasformate in servizi intelligenti indipendenti? Come dovrebbero parlare tra loro? Forse questo consentirà al tuo progetto di intraprendere un percorso più semplice e affidabile.

Nel mondo dei macchinari e dell’automazione, rendere ogni componente “parlabile” potrebbe essere il prossimo passo nell’evoluzione. E tutto ciò, in definitiva, serve a far sì che la macchina si muova in modo più fluido e intelligente.

Fondata nel 2005,kpowerè dedicata a un produttore professionale di unità di movimento compatte, con sede a Dongguan, nella provincia del Guangdong, in Cina. Sfruttando le innovazioni nella tecnologia di azionamento modulare,kpowerintegra motori ad alte prestazioni, riduttori di precisione e sistemi di controllo multiprotocollo per fornire soluzioni di sistemi di azionamento intelligenti efficienti e personalizzate. Kpower ha fornito soluzioni di sistemi di azionamento professionali a oltre 500 clienti aziendali in tutto il mondo con prodotti che coprono vari campi come sistemi domestici intelligenti, elettronica automatica, robotica, agricoltura di precisione, droni e automazione industriale.