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机器人编程进步降低应用成本

发布时间:2021-08-03    来源:中国机器人产业联盟网

机器人编程成本在机器人应用总成本中占很大比重,并且通常每个机器人制造商均要求程序员经过特定的培训。随着基于模型的方法、机器人编程的“应用程序化”和示教方法的快速发展,这种情况正在发生改变。以下主要介绍机器人编程的最新趋势,以及对机器人应用和技能带来的影响。

基于模型开发

基于模型的开发在软件工程领域已经相当成熟,广泛用于汽车和航空电子设备等制造领域,现在被越来越多地用于机器人领域。这种基于模型的方法将描述机器人特定属性和动作的代码封装在模块中。模块可以描述机器人的物理结构、它应该执行的操作或“技能”、它的传感器和执行器等零部件,以及机器人程序与其它控制器,如执行器或其它设备之间的接口。这些模块可以以不同的方式组合起来创建新的程序,而无需要从头开始逐行编写代码。因此,机器人编程更加快捷,通用工程师也可以完成,某些简单的应用甚至生产操作员都能进行编程。专家估计,这种针对非程序员的、通过图形用户界面得以实现的基于模型的编程可以节省高达75%的安装时间和成本。

许多机器人制造商为其批量机器人提供基于模型的开发方法。还有一些初创公司提供模型库,具备面向应用的易用交互界面,而无需专业的编程技能。例如,Drag&bot是德国弗劳恩霍夫研究所的一个衍生公司(https://www.dragandbot.com/),这家公司提供的图形用户界面可将来自不同制造商的摄像头、执行器(如抓手)和可编程线性控制器等外部设备与不同的机器人进行集成。Drag&bot还提供用于码垛等常用功能的模型,并可以在现有模型基础上支持更复杂的定制化应用,如分拣应用。

可重复使用性

许多公司安装的机器人来自不同的制造商,他们希望在一种机器人操作系统开发的应用程序也能够应用到其他制造商的机器人上。以往,这需要花费很大力气重新编程。目前,很多研发项目正着力于提高基于模型程序的可重复利用性。这样可以减少为新机器人编制特定程序模块所需的资源,进而降低总体成本,显著提高新工艺实现自动化的经济性。以前,工业机器人主要用于机器人数量多、相对稳定的生产过程,比如汽车制造中的焊接和切割。而如今,制造商却面临着越来越大的压力,需要适应多品种、小批量的生产,所以,可以经济高效地应用现有的应用程序并使新的生产过程实现自动化的能力成为竞争优势。

ROS-Industrial 联盟旨在通过构建开源框架ROS(机器人操作系统)来支持重复使用。ROS是机器人编程工具、编程库和约定(conventions)的汇总,虽被机器人开发人员大量使用,但尚未被广泛用于商业应用程序,特别是在工业机器人领域应用不多,因为目前人们仍然担心ROS不能够严格满足实时性要求,而实时性要求却是与大多数工业机器人应用、功能安全与可靠性密切相关的。ROS2是 ROS编程框架的主要修订版,旨在解决上述这些问题,不过所需的软件库仍在开发中。ROS-Industrial联盟成员包括ABB、Yaskawa和 Universal Robots 等多家工业机器人制造商,他们提供代码或编程框架,使现有专用代码的特定模块可以重复使用。ROS-Industrial知识库包括常见的工业机械手、夹具、传感器和设备网络的接口以及用于完成2D/3D自动传感器校准任务和路径/运动规划程序的软件库。

“应用程序化”

在理想状态下,整套机器人应用程序可通过App Store下载,无需做进一步定制,就像我们惯用的下载手机和电脑应用程序一样。然而这在机器人领域是不现实的,因为机器人要与外部环境发生交互,而每个公司的外部环境都不相同。在公共场所作业的服务机器人,由于外部环境具有高度的不确定性,从而不可能在“即插即用”的应用程序中建模。

请参阅Xito平台关于Transpharm Logistik /Teva的成功案例(https://youtu.be/29GxKL4_EIo)。

但上述情况说明机器人正朝着“应用程序化”方向发展。当前,一些机器人制造商和执行机构供应商正致力于开发“开箱即用”应用程序,执行拧紧螺钉和砂纸打磨这样的简单任务(参见OnRobot的打磨应用程序https://onrobot.com/en/news/onrobot-launches-out-of-the-box-robotic-sanding-tool-for-cost-efficient-finishing-applications)。

另一个促进可重复使用的平台是应用程序市场,通过程序市场,公司和系统集成商可以找到并获取现有的机器人编程模型和专业知识,以减少编程时间。比如来自欧盟RobMoSys项目的Xito平台(https://www.xito.one/)。在平台,最终用户、系统集成商和机器人制造商能够为机器人功能和接口提供并找到现有的预编程模型,或者与最专业的开发人员联系,对接定制开发的特定需求。最终用户或系统集成商描述他们预期的应用程序,平台推荐最合适的零部件和模型构建接口。拥有基础工程学位的终端用户就能编写机器人应用程序,降低自动化成本。Xito专注于快速发展的服务机器人市场,其特点是拥有大量的专业公司,这些公司受益于最终用户能够将其解决方案与其他供应商的解决方案快速、经济、高效地结合起来,形成完整的机器人应用程序。

示教

示范教学,即用户引导机器人手臂沿着要遵循的轨迹运动,然后通过用户界面进行细微调整,这在协作机器人中很常见。协作机器人通常要与工人一起工作,任务不断发生变化。示范教学可由生产操作员完成,从而显著降低进行多品种小批量生产的制造商的自动化成本。

一家新成立的公司Wandelbots提供了一个示范教学界面(https://wandelbots.com/en/),可以自动将生产运营商绘制的演示路径转换为不同制造商的机器人代码,以实现重复使用。示范教学通常不用于精度和速度要求非常高的工业机器人的应用程序编程,不过这在未来可能会改变。(请参见KUKA案例https://youtu.be/PEft1BTHBQU

未来发展趋势

随着基于模型的方法渐渐成熟,可以预计实际标准将从最流行的模型中产生。这将进一步简化实施和可重用性。随着标准变得更加普遍和稳定,它们可以用于资格认证,从而使开发人员更容易提供、同时最终用户更容易找到值得信赖的应用程序模块。未来还会有越来越多地基于模型的方法用于仿真测试。仿真使最终用户能够在投资之前测试程序的可用性和投资回报。因为机器人受可变因素或不可预测的外部条件影响,这在以前是很难做到的。

总体而言,基于模型的机器人编程的进步在降低机器人安装成本方面具有巨大的潜力,尤其适用于多品种、小批量的生产应用和服务机器人应用。通过降低成本和所需技能的壁垒,基于模型的方法对于加速机器人的应用至关重要,具有广阔的发展前景。

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