Aby móc w pełni wykorzystać potencjał manipulatorów i robotów, niezbędne są odpowiednie metody programowania robotów przemysłowych. Software to kluczowy element całego procesu użytkowania robota – to właśnie oprogramowanie odpowiada za sterowanie poszczególnymi częściami i wykonywanie konkretnych zadań. Jakie wyróżniamy metody programowania i co warto o nich wiedzieć?
Jak przebiega programowanie robotów?
Zanim jeszcze określimy konkretne metody programowania robotów przemysłowych, warto zająć się ogólnym przebiegiem tego procesu. Przede wszystkim należy zaznaczyć, że praca z oprogramowaniem dla takich urządzeń może wyglądać zupełnie inaczej niż w przypadku standardowych programów użytkowych. Wynika to przede wszystkim z częstej konieczności bezpośredniej pracy z maszyną, która w pewnym sensie „uczy się” poszczególnych algorytmów i mechanizmów działania.
W efekcie programiści i operatorzy niekoniecznie piszą cały kod dla robota. Zamiast tego proces może polegać częściowo na „pokazywaniu” konkretnych czynności. Istnieją jednak różne podejścia do przygotowywania oprogramowania, na podstawie którego działają roboty przemysłowe. Programowanie takich urządzeń może odbywać się w całości poza maszyną – to rozwiązanie, które zyskuje coraz większą popularność.
Roboty przemysłowe – programowanie
Kolejną ważną kwestią, na którą warto zwrócić uwagę, jest typowa architektura programu sterującego dla robota. W większości przypadków oprogramowanie jest podzielone na różne moduły i funkcje programistyczne, które odpowiadają za wykonywanie poszczególnych działań. Zazwyczaj można wyróżnić:
- kod inicjalizacyjny – zawiera zadania, które są wykonywane przy uruchamianiu robota, takie jak włączenie sensorów czy kalibracja komponentów;
- kod autonomiczny – jest wykonywany w momencie, gdy robot pracuje autonomicznie (tj. bez udziału operatora);
- kod kontroli operatora – uruchamiany, gdy użytkownik przesyła komendy do robota. Zawiera pętlę odczytującą sygnały wejściowe (np. znaki wprowadzane na klawiaturze) oraz odniesienia do funkcji wykonujących konkretne zadania.
Należy pamiętać, że jest to tylko prosty, przykładowy schemat oprogramowania robota. W realnych zastosowaniach projekty tego typu są często znacznie bardziej skomplikowane i mogą być wykonywane z użyciem różnych sposobów, technik oraz paradygmatów programowania.
Języki programowania robotów przemysłowych
Jakie technologie znajdują zastosowanie w programach kontrolujących roboty przemysłowe? Programowanie odbywa się często z użyciem języków, które umożliwiają tworzenie tzw. niskopoziomowego kodu, który może być łatwo przetłumaczony na binarne instrukcje dla mikrokontrolera. Z tego względu popularnością na tym polu przez długi czas cieszyły się m.in. C, Pascal oraz BASIC. Są to jednak dość stare technologie – obecnie częściej można spotkać się np. z C++, który wprowadza do języka C szereg przydatnych mechanizmów. Nie brakuje także robotów programowanych z użyciem wysokopoziomowych języków, takich jak Python czy Java – zaletą jest w tym przypadku dostęp do bardzo rozbudowanej dokumentacji oraz stosunkowo łatwe tworzenie kodu. Do programowania robotów z reguły niezbędne są odpowiednie biblioteki, które zawierają funkcje pozwalające na kontrolę poszczególnych komponentów elektronicznych.
Spora część robotów przemysłowych decyduje się także na własne, dedykowane języki programowania, powstające przeważnie na bazie innych technologii. Wśród takich przykładów można wyróżnić:
- RAPID – oparty na C, stosowany przez ABB;
- Karel i KRL, wykorzystywane odpowiednio w robotach FANUC i KUKA – bazujące na Pascalu;
- Melfa Basic z Mitsubishi – język oparty na BASIC.
Metody programowania robotów przemysłowych
Oprócz wyboru konkretnych technologii oraz znajomości typowego schematu programu dla robota warto poznać również kluczowe metody programowania robotów przemysłowych. Jak można je podzielić? Najczęściej klasyfikacja obejmuje trzy grupy, różniące się głównie obecnością robota w fazie programowania. Stosując takie rozróżnienie, możemy wyróżnić następujące metody programowania robotów przemysłowych:
- online (lub nietekstowe) – z udziałem robota;
- offline (tekstowe) – wyłącznie poprzez oprogramowanie komputerowe, takie jak edytor tekstu lub środowisko programistyczne;
- hybrydowe – kombinacja powyższych metod, która polega przeważnie na przygotowaniu wstępnego kodu offline i dostosowaniu konkretnych funkcji online.
Czytaj również:
Roboty przemysłowe: programowanie online
Co ciekawe, mimo że metody tego typu pozwalają na redukcję wytwarzania kodu, co z reguły charakteryzuje nowsze rozwiązania, były one stosowane wcześniej niż metody tekstowe. Proces polega na „pokazywaniu” konkretnych ruchów i czynności przez operatora. Te są następnie analizowane, interpretowane i zapamiętywane przez robota. W ramach tej metody można wyróżnić trzy podejścia:
- bezpośrednie programowanie online – z ręcznym ustawieniem pozycji poszczególnych komponentów robota;
- pośrednie programowanie online – poprzez specjalnie przygotowany panel;
- z wykorzystaniem modelu – operator „uczy” model robota, a następnie algorytmy poszczególnych działań są przekazywane do właściwego egzemplarza.
Ruch może odbywać się między określonymi punktami (PTP – „point-to-point”) lub według ścieżki wskazanej przez operatora (CP – „continuous path”). Jakie są zalety tej metody? To przede wszystkim krótki czas programowania, a także brak konieczności korzystania ze specjalistycznego oprogramowania. Cały proces jest bardzo intuicyjny, jednak w przypadku bardziej skomplikowanych czynności może być dość czasochłonny lub trudny w realizacji. Ponadto programowanie robota w ten sposób wymaga wyłączenia go z użytku na czas wprowadzenia zmian.
Roboty przemysłowe: programowanie offline
W tym przypadku proces przebiega w dużej mierze podobnie jak produkcja „zwykłego” oprogramowania. Programiści przygotowują kod za pośrednictwem edytorów tekstu lub środowiska IDE, który następnie jest zapisywany w pamięci robota. To sprawia, że zmiany i aktualizacje nie wymagają przerwy w produkcji – w wielu przypadkach mogą one być wdrażane na bieżąco. Przy takiej metodzie łatwiej jest utrzymać właściwą strukturę programu, co może okazać się kluczowe w bardziej zaawansowanych procesach.
Jakie są wady takiego podejścia? Należy przede wszystkim zwrócić uwagę na fakt, że niekiedy bezpośrednia praca z robotem wciąż może być potrzebna. Niezbędna jest też bardzo dokładna wiedza na temat działania i pozycjonowania poszczególnych części lub dostęp do szczegółowej dokumentacji. Pewnym problemem jest też przygotowanie środowiska testowego, które pozwoli uniknąć niespodziewanych błędów w produkcji.
Metody hybrydowe
Jak można zauważyć, obydwa z tych podejść mają pewne wady, które w niektórych przypadkach mogą znacznie zaburzyć proces przygotowywania robota do pracy. Z tego względu niekiedy najlepiej sprawdzą się metody hybrydowe. Pod tym terminem kryją się wszystkie techniki, które łączą programowanie online i offline. Dzięki temu można liczyć na skrócenie czasu produkcji oprogramowania, a także utrzymanie maksymalnej precyzji poszczególnych ruchów robota.
Jak będą wyglądać metody programowania robotów przemysłowych w przyszłości?
Aktualnie większość zastosowań przemysłowych wymaga przygotowania kodu z udziałem inżynierów, operatorów i innych specjalistów – niezależnie od wybranej metody. Wraz z rozwojem technologii proces ten może jednak ulec sporym zmianom. Obecnie coraz więcej sprzętów korzysta z zaawansowanych systemów, które służą m.in. do rozpoznawania obrazu i identyfikacji obiektów. Dzięki temu mogą lepiej „zrozumieć” swoje otoczenie i zbierać dokładne dane w czasie rzeczywistym, co może przełożyć się też na zmiany w zakresie programowania robotów. Sporą rolę na tym polu odgrywa nauczanie maszynowe, które stanowi główne narzędzie do obsługi rozpoznawania przedmiotów i innych funkcji. Popularność zyskują również rozbudowane modele językowe, dzięki którym można z szybkością przygotować szablon kodu lub implementację konkretnych funkcji. Ich możliwości nieustannie rosną – możemy się spodziewać, że w najbliższym czasie będą one zdobywać coraz szersze zastosowanie.
Czytaj również:
