Пусть техника движется: что происходит, когда рулевой механизм встречается с микросервисами

Иногда вы будете чувствовать, что проект в ваших руках подобен завязанной нити. Здесь нам нужно настроить угловую точность сервопривода, а там нужно учитывать скорость срабатывания серводвигателя. Механическая конструкция еще не полностью определена, а в голове уже полно таких слов, как передаточное число, крутящий момент и управляющий сигнал. Еще более неприятно то, что по мере усложнения системы связь между различными модулями начинает отставать — традиционный метод управления постепенно не успевает за ней.

Сейчас некоторые люди скажут: попробуйте микросервисную архитектуру. Но это всегда звучит немного далеко, как терминология инженера-программиста. Какое это имеет отношение к моторам и роботизированным рукам?

Это действительно имеет значение.

Представьте, что сервопривод в вашей руке больше не является просто компонентом, принимающим импульсные сигналы. Он может стать независимым сервисным блоком со своей собственной «идентификацией» и сообщать в режиме реального времени о местонахождении, температуре и даже состоянии нагрузки с помощью облегченных протоколов. То же самое касается серводвигателя рядом с ним. Он больше не ожидает пассивно команд от центрального контроллера, а может активно отправлять рабочие данные и выдавать ранние предупреждения при возникновении аномалий. Датчики и исполнительные механизмы механической конструкции можно превратить в интеллектуальные микроузлы.

Это изменение вызвано внедрением концепции «микросервиса» в область управления аппаратным обеспечением. Он не предназначен для замены привычных вам ПИД-регулировок или импульсного управления, а для добавления слоя «возможностей диалога» поверх них. Различные компоненты могут взаимодействовать друг с другом более напрямую, нагрузка на центральный контроллер снижается, а гибкость и надежность системы повышаются.

Почему вам нужно рассмотреть эту архитектуру?

Возможно, вы сталкивались с такой ситуацией: механическая система работает долгое время, а определенный мотор реагирует медленно, но устранить неисправность очень сложно. Приходится проверять проводку и программу контроллера с нуля и даже заподозрить помехи по питанию. Что, если бы каждый критический компонент мог сообщать о состоянии здоровья независимо? Проблема может быть быстро обнаружена в неправильной обратной связи энкодера определенного серводвигателя, а не в поиске иголки в стоге сена.

Или когда вы хотите добавить новые функции к существующему устройству, например добавить видеодатчик к роботизированной руке. Традиционный метод может потребовать серьезных изменений в программе контроллера и повторной отладки. Однако согласно идее микросервиса визуальный датчик можно использовать как недавно добавленный «сервис» для предоставления данных координат через определенный интерфейс. Оригинальный сервис управления движением получает эти данные и корректирует траекторию. Объем изменений гораздо меньше.

Это немного похоже на разбиение большой машины на несколько небольших модулей, взаимодействующих друг с другом. Каждый модуль выполняет свою задачу (например, определенный сервопривод поворачивается только на определенный угол) и взаимодействует с другими модулями посредством четких протоколов. Систему легче проектировать и отлаживать, а также удобнее для последующего расширения или модификации.

На что следует обратить внимание при внедрении микросервисов в аппаратные проекты?

Конечно, это не чистый программный проект, в котором вы можете развертывать сервисы по своему желанию. Аппаратное обеспечение имеет аппаратные ограничения, поэтому вам нужно найти точку баланса.

Во-первых, общение должно быть достаточно оживленным. Аппаратные ресурсы ограничены, а протокол связи не может быть слишком раздутым. Обычные варианты, такие как MQTT или облегченный RESTful API, хороши, но главное — обеспечить производительность в реальном времени. Для таких данных, как инструкции по углу поворота рулевого механизма, задержка контролируется на уровне миллисекунд.

Во-вторых, необходимо четко обозначить границы каждой «услуги». Серводвигатель может выступать в качестве службы, предоставляя данные о скорости, крутящем моменте, температуре и получая команды скорости. Но не связывайте его с соседним редуктором в сервис — у них разные обязанности, и ими легче управлять отдельно. При проектировании вы можете задать себе вопрос: Какие функции этот модуль может выполнять самостоятельно? Какие данные для этого нужны? Какую информацию он производит?

В-третьих, устранение неполадок должно быть сделано заранее. Оборудование может неожиданно выйти из строя, а в сети могут время от времени возникать сбои. Хорошая идея — позволить системе работать в ухудшенном режиме, когда некоторые службы временно отключены. Например, если служба датчиков перестает отвечать на запросы, служба управления движением может переключиться на последние действительные данные или перейти в безопасный режим, чтобы приостановить действие, вместо сбоя всей системы.

В-четвертых, выбор инструментов и платформ. Вам нужна платформа, которая сможет управлять этими аппаратными службами. Это должно помочь вам легко развертывать службы на контроллерах, отслеживать состояние и просматривать журналы. В сфере машиностроения и автоматизации готовых платформ не так много и зачастую их приходится кастомизировать под проект. Вот почему некоторые команды выбирают что-то вродемощностьТакой технический партнер фокусируется на сочетании аппаратного и программного обеспечения. Их решение учитывает реальные ограничения аппаратного обеспечения, а не просто применяет инструменты микросервисов из мира программного обеспечения.

возможные изменения

Когда вы попробуете эту идею, вы обнаружите несколько интересных вариаций.

Отладка становится более организованной. Вы можете протестировать сервосервис отдельно и смоделировать получаемые им команды угла, чтобы проверить точность обратной связи. Вместо того, чтобы каждый раз запускать всю огромную систему.

Расширение системы проще. Хотите добавить новый датчик? Просто подключите его к сети как новую услугу, определите формат данных, который он предоставляет, и позвольте другим службам, которым нужны данные, подписаться на него. Исходный код менять практически не нужно.

Обслуживание также проще. Каждая служба работает независимо, и журналы также независимы при возникновении проблем. Вы можете быстро определить, в какой связи находится аномалия данных, будь то проблема с механической частью или проблема с логикой управления.

Конечно, это не значит, что все проекты надо копировать. Простое управление тремя или двумя двигателями может быть более прямым, если использовать традиционные методы. Но когда ваша система включает в себя десятки движущихся частей, множество датчиков и требует сложной координации и высокой надежности, такая архитектура может показать свои преимущества.

Давайте поговорим о некоторых практических вещах

Переход к архитектуре микросервисов требует некоторых первоначальных инвестиций, переосмысления системных подразделений и создания коммуникационной основы. Но для долгосрочной эксплуатации или механических систем, требующих постоянной модернизации, эти инвестиции часто того стоят. Это делает систему более похожей на организм, где каждая часть является одновременно независимой и взаимодействующей, а целое становится более динамичным.

Если вы планируете новый проект, включающий несколько серводвигателей, сервоприводов и сложное оборудование, вы можете подумать об этом на этапе чертежа: какие части можно превратить в независимые интеллектуальные сервисы? Как им следует разговаривать друг с другом? Возможно, это позволит вашему проекту пойти по более простому и надежному пути.

В мире машин и автоматизации создание «говоримого» каждого компонента может стать следующим шагом в эволюции. И все это в конечном итоге для того, чтобы машина двигалась плавнее и умнее.

Основанная в 2005 году,мощностьбыла посвящена профессиональному производителю компактных приводов со штаб-квартирой в Дунгуане, провинция Гуандун, Китай. Используя инновации в технологии модульных приводов,мощностьобъединяет высокопроизводительные двигатели, прецизионные редукторы и многопротокольные системы управления, обеспечивая эффективные и индивидуальные решения для интеллектуальных систем привода. Kpower предоставила профессиональные решения в области приводных систем более чем 500 корпоративным клиентам по всему миру, предлагая продукты, охватывающие различные области, такие как системы «умный дом», автоматическая электроника, робототехника, точное земледелие, дроны и промышленная автоматизация.