Superjob и НАУРР

Новый уровень интеграции робототехнических комплексов

Опубликовано в номере:
PDF версия
Основой для гибкой и эффективной работы любого механизма являются возможность получения данных о собственном рабочем процессе, окружении и системе в целом, а также способность обрабатывать эти данные для управления своими действиями и обмениваться ими с другими машинами и сервисами. В том числе с информационными системами верхнего уровня, которые аккумулируют и анализируют гораздо большие объемы информации, чем под силу одной, даже очень «разумной» машине.
РИС. 1. Использование робота для функциональных тестов автомобильной электроники

Рис. 1. Использование робота для функциональных тестов автомобильной электроники

Когда речь идет об анализе и использовании данных, то определяющую роль играют не аппаратные возможности (датчики, вычислители и коммуникационные интерфейсы), а программное обеспечение (ПО). Именно оно определяет не только производственные функции машин и механизмов, но и столь важную их способность, как взаимодействие с другими системами и человеком.

Задача соответствия новым требованиям диктует необходимость в освоении новых инструментов создания ПО для сложных многофункциональных интегрированных систем и комплексов. Промышленная робототехника (рис. 1) успешно научилась решать присущие ей задачи, но более полная интеграция в современное производство и дальнейшее развитие робототехнических технологий сдерживаются специфичностью средств разработки программ для роботов.

Привычной функциональности манипулятора, ограниченной «слепым» повторением заранее запрограммированных движений, уже недостаточно для его эффективного использования в новых условиях. У адаптирующегося к постоянно меняющимся условиям работы робота, который оснащен камерами и датчиками и получает информацию от других машин и механизмов, а также информационной системы предприятия, гораздо больше возможностей.

Традиционный подход к решению этих проблем заключается в интеграции роботизированной ячейки с отдельной «внешней» системой, поставляющей ему информацию с камер и датчиков посредством тех или иных интерфейсов. Но программы для каждой из подсистем пишутся на собственном языке, с использованием своих, совершенно не похожих друг на друга средств разработки. К решению комплексных задач приходится привлекать специалистов из нескольких областей, владеющих разными программными инструментами: отдельно для робототехники, отдельно для технического зрения, отдельно для тестов и измерений. Такое положение дел никак не способствует повышению эффективности процесса — разработчикам приходится «играть» на нескольких инструментах одновременно, а это редко получается одинаково хорошо. Страдает и надежность конечного приложения: получается комплекс из разнородных, зачастую трудносовместимых компонентов. Даже самые совершенные инструменты создания программ для роботов в принципе не предназначены для эффективной обработки массивов разнородных данных и изображений или создания интерфейсов взаимодействия с другими «машинами» и человеком.

Если рассматривать робота-манипулятора лишь как часть более сложной и многоплановой системы, то более надежное решение видится в адаптации универсальной эффективной среды программирования, которая бы охватывала все компоненты современного робототехнического комплекса:

  • программирование движений манипулятора;
  • получение данных с различных датчиков и устройств (видео-камеры, 3D сканеры, датчики силы, дистанции и пр.);
  • математическую обработку сигналов, изображений и других данных;
  • взаимодействие с другими подсистемами по коммуникационным протоколам (Ethernet, EtherCAT, CAN, Profibus и др.);
  • взаимодействие с базами данных, архивами и другими хранилищами данных, в том числе облачными сервисами.
  • графический интерфейс оператора;

Возьмем одного из современных кандидатов для разработки ПО — графическую среду разработки систем LabVIEW от компании National Instruments. Помимо эффективного инструмента разработки программы на графическом языке блок-диаграмм, она содержит исчерпывающий набор библиотек (рис. 2) для работы с самыми разнообразными датчиками, обработки сигналов и изображений, а также поддерживает большинство как общеупотребительных, так и специальных промышленных коммуникационных интерфейсов. До недавнего времени недостающим элементом было программирование роботов-манипуляторов. Но сегодня компания DigiMetrix GmbH предлагает набор библиотек, которые позволяют программировать перемещения роботов-манипуляторов непосредственно в графической среде. Таким образом, отпадает необходимость в изучении специализированных языков программирования роботов и в разработке кода для коммуникации с ПО робота. Все компоненты программы создаются в одной графической среде, результатом чего становится тесное взаимодействие отдельных подсистем, возможность комплексной отладки всей интегрированной системы любой сложности и в итоге — надежная работа всего комплекса с оптимальной производительностью.

Набор палитр LabVIEW для работы с KUKA

Рис. 2. Набор палитр LabVIEW для работы с KUKA

Возможности интеграции промышленных роботов в системы с помощью LabVIEW можно рас- смотреть на примере роботов KUKA. Архитектура взаимодействия программы LabVIEW с роботом KUKA представлена на рис. 3. Обмен данными осуществляется по промышленному коммуникационному интерфейсу EtherCAT в реальном времени. В качестве контроллера для выполнения программы LabVIEW используется совместимое оборудование LabVIEW Real-Time вроде промышленной платформы NI cRIO, PXI, а также контроллеры машинного зрения серии NI CVS (Compact Vision System) или специализированный контроллер машинного зрения IC-3173. Для задач начального уровня можно использовать и обычный компьютер с ОС Windows, но при этом для реализации промышленного интерфейса EtherCAT будет необходимо установить в машину соответствующий коммуникационный интерфейс, например PCIe-плату Hilscher cifx-50e. На этот случай DigiMetrix включила поддержку этой платы в состав своей библиотеки для KUKA.

Архитектура взаимодействия с роботом KUKA в LabVIEW

Рис. 3. Архитектура взаимодействия с роботом KUKA в LabVIEW

Важно отметить, что при этом в LabVIEW в полной мере используются специализированные, «родные» возможности ПО перемещений робота: эффективный расчет траектории перемещения всех узлов манипулятора с учетом его кинематики, управление приводами и обеспечение безопасности, реализуемые производителем робота на своем контроллере. Со стороны контроллера KUKA взаимодействие с LabVIEW через EtherCAT осуществляется посредством специализированного программного модуля KUKA mxAutomation. Каждые 4 мс робот в обязательном порядке сообщает свои текущие координаты и состояние и может получить новые команды. На основании информации, полученной от контроллера робота и других систем, программа LabVIEW выполняет те или иные действия.

Программное обеспечение всех компонентов робототехнического комплекса — работа с машинным зрением, датчиками, взаимодействие с другими контроллерами и оборудованием, обработка и анализ информации, интерфейс оператора и, наконец, интеграция робота-манипулятора в систему через командный интерфейс — реализуется в графической среде разработки NI LabVIEW. Для контроля над роботом не требуется знания его «родного» текстового языка, манипулятор управляется набором простых и понятных команд прямо из LabVIEW. Пример простой программы управления перемещением робота в LabVIEW представлен на рис. 4. Безусловно, использование отсутствующих в данном примере таких возможностей LabVIEW, как многопотоковость и многозадачность, установление приоритетов выполнения различных блоков, выполнение кода в жестком реальном времени, значительно обогащает возможности разработчика.

Пример простой программы управления перемещением робота с помощью библиотеки DigiMetrix для KUKA в LabVIEW

Рис. 4. Пример простой программы управления перемещением робота с помощью библиотеки DigiMetrix для KUKA в LabVIEW

Основные преимущества использования графической среды создания систем LabVIEW при разработке робототехнических комплексов с использованием библиотек DigiMetrix для роботов KUKA:

  • Тесная интеграция манипуляторов KUKA с техническим зрением и датчиками, другим промышленным оборудованием и информационными системами открывает новые возможности применения промышленных роботов.
  • Единая графическая среда разработки повышает эффективность и сокращает время создания интегрированных систем любой сложности.
  • Популярный инструмент программирования расширяет круг заинтересованных разработчиков и область использования роботов KUKA.
  • Облегчение процесса интеграции роботов в промышленные приложения делает их применение более доступным в новых инженерных задачах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *