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烏爾姆使用科技大學(xué)效勞機(jī)器人研討中間正在開辟一種模塊化軟件框架以便簡化機(jī)器人編程。此框架致力于供給通用軟件組件，例如，依據(jù)須要替代分歧制造商的機(jī)器夾持臂，從而經(jīng)由過程即插即用方法實(shí)現(xiàn)新機(jī)器人解決方案。烏爾姆大學(xué)的團(tuán)隊(duì)依賴康佳特(congatec)存在下擴(kuò)展性跟標(biāo)準(zhǔn)化的嵌入式計較硬件去知足需要。

現(xiàn)在的進(jìn)步前輩機(jī)器人多數(shù)是含有多個子系統(tǒng)的高度龐大布局。它們所用的機(jī)器手臂兩頭裝有特定對象、夾持體系或丈量儀器的各類軸跟驅(qū)動安裝，例如：正在取放使用中，借需其他傳感器體系，用來節(jié)制運(yùn)動、辨認(rèn)物體跟地位。跟著自動化、協(xié)作機(jī)器人的呈現(xiàn)(與人類正在統(tǒng)一事情區(qū)內(nèi)事情)，使命數(shù)目與構(gòu)建塊也大批增長。例如，正在工業(yè)情況中對移動機(jī)器人停止定位跟導(dǎo)航和平安人機(jī)交互。正在工業(yè)4.0情況中，也須要針對周圍機(jī)械跟體系的M2M接口，其方針就是互相調(diào)和使命。各種類型的機(jī)器人(自動、協(xié)作、協(xié)作)均須要功能強(qiáng)大的軟件組件跟高性能嵌入式體系。

1、智能機(jī)器人的極大市場需求

正在將來幾年內(nèi)，智能機(jī)器人的市場需求將大幅增加。例如，估計至2023年，自動機(jī)器人體系市場的年復(fù)合增長率將到達(dá)23.7%，協(xié)作機(jī)器人的新市場范疇將增加兩倍(每一年均勻增加多達(dá)59%)。OEM廠商為了搭上那下市場增加的便車，蒙受著快捷開辟并正在成熟市場中推出此類新體系的極大壓力。可是，關(guān)于OEM廠商、體系集成商跟用戶而言，軟件開發(fā)是一項(xiàng)極大應(yīng)戰(zhàn)。為了讓極為龐大的自動機(jī)器人解決方案變得相互協(xié)作跟/或協(xié)作，必需正在此中集成更多子系統(tǒng)。

2、軟件應(yīng)戰(zhàn)

現(xiàn)在，機(jī)器人軟件依然時常作為封閉系統(tǒng)履行，平常利用ASICS或FPGA等各類定制的x86或ARM硬件。平常，軟件均針對各機(jī)器人定制，招致難以重復(fù)使用。而機(jī)械手節(jié)制、導(dǎo)航、機(jī)械視覺、使命調(diào)和、HMI等一切使命均為同個編程。是以，現(xiàn)階段簡直沒法改換軟件組件(即便關(guān)于最常須要的功用)或正在其他硬件平臺上利用軟件組件。那意味著，關(guān)于每項(xiàng)新計劃，皆需從頭實(shí)現(xiàn)機(jī)器人軟件，此實(shí)現(xiàn)進(jìn)程豈但簡單犯錯且十分耗時，借能夠大幅耽誤推出急需的翻新解決方案，更不用說招致操作員必需對每一個機(jī)器人停止特定編程的貧苦了。

圖1：協(xié)作機(jī)器人須要可以模塊化匯編的硬件跟軟件組件，以便順應(yīng)其使命。編程事情應(yīng)盡量少，以至無需編程;它們應(yīng)足以實(shí)現(xiàn)模塊的編程。

3、模塊化與重復(fù)使用

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烏爾姆使用科技大學(xué)效勞機(jī)器人研討中間Schlegel傳授的研發(fā)團(tuán)隊(duì)將利用模塊化軟件方式替換封閉系統(tǒng)方式，由于封閉系統(tǒng)方式不休為體系集成商跟用戶創(chuàng)立新軟件名目，模塊化軟件方式則將全部龐大的機(jī)器人體系分紅幾個零丁的功用單位，然后將指定各單位經(jīng)由過程充足且明白限制的接口停止交互。此觀點(diǎn)被稱為SmartSoft，經(jīng)由過程與工業(yè)及研討范疇合作伙伴的協(xié)作，它已正在歐洲(EUH2020名目“RobMoSys-機(jī)器人體系的可組合模子跟軟件”)跟天下規(guī)模(BMWiPAiCE名目“SeRoNet-效勞機(jī)器人解決方案的聯(lián)合開發(fā)平臺”)停止推廣并失掉脫銷。實(shí)質(zhì)上，此方式致力于實(shí)現(xiàn)經(jīng)過周全開辟跟測試的模塊化軟件構(gòu)建塊匯編機(jī)器人體系。如許，軟件開發(fā)人員可以將重點(diǎn)放在各功能模塊上，而沒必要思量其他組件的外部構(gòu)件。更緊張的是，它可以采取模塊化方式歸并功用，例如協(xié)作或協(xié)作組件、特定操縱器的邏輯單位，以至可以歸并分歧制造商實(shí)現(xiàn)的功用。最初，它借減少了體系集成商跟終端用戶停止客戶定制順序改編所需的事情，將大幅鞭策機(jī)器人的提高。

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圖2：SmartMDSD對象鏈供組件開發(fā)人員開辟各功用單位的軟件組件，它們可以正在新機(jī)器人計劃中按須要組合與從頭利用。是以，底層硬件應(yīng)可以靈巧擴(kuò)展。

假定你的機(jī)械手由A公司供給，機(jī)架由B制造商供給，平面機(jī)械視覺體系由C制造商供給。得益于高層級抽象化且僅需停止少許調(diào)劑，正在外部物流使用等環(huán)境中利用的公用控制系統(tǒng)可以由現(xiàn)成的軟件組件匯編。此使用毫不是理想，它曾經(jīng)正在理想世界中顛末測試。例如，烏爾姆團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)實(shí)現(xiàn)效勞機(jī)器人組合Larry跟Robotino，此組合正在TranspharmLogistikGmbH的醫(yī)藥外部物流使用中全自動天拆卸各托盤上的藥物包裝，然后將它們放入指定交貨面。設(shè)置稍作轉(zhuǎn)變，那兩個機(jī)器人便可自動吸收咖啡定單并將做好的咖啡放到客戶的桌子上。因?yàn)檐浖M件是現(xiàn)成的且可以自由組合，從頭計劃僅須要幾小時。

4、明白界說接口的容器

為了實(shí)現(xiàn)組件的簡直一切匯編，烏爾姆使用科技大學(xué)效勞機(jī)器人研討中間的團(tuán)隊(duì)開辟出一款效勞組件架構(gòu)的軟件版本，和合用于Eclipse開辟情況的模子驅(qū)動開源軟件工具鏈。此情況為組件開發(fā)人員供給一些對象，他們可以利用這些對象為各功用單位編寫本人的代碼，然后，利用自動天生的組件容器護(hù)衛(wèi)這些算法。這些容器與不異通信接口的其他容器停止通訊。另外，包裝也護(hù)衛(wèi)了組件開發(fā)人員的IP。此團(tuán)隊(duì)已開辟幾款近似功能模塊并正在本人的名目中利用它們。這些模塊包羅導(dǎo)航模塊、機(jī)械視覺、HMI、機(jī)械手節(jié)制跟使命調(diào)和等，這些只是此中的一小部分罷了。作為一種同一的通信接口，SmartSoft亦依賴于OPCUA。如許，制造商可以將重點(diǎn)放在特定容器上，并培育其相關(guān)焦點(diǎn)才能，更靈巧的效勞讓客戶收獲頗豐。

5、通用嵌入式硬件取代專有計劃

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關(guān)于邏輯硬件，烏爾姆團(tuán)隊(duì)利用x86技巧盡量減弱軟件開發(fā)與任何特定硬件的關(guān)聯(lián)。依附適合的膠連邏輯，此方式可以透過x86技巧輕松天履行，此類體系正在前期的遷徙也可以如斯履行。

因?yàn)榇嬖谙聵?biāo)準(zhǔn)化跟完全文件體例，嵌入式x86硬件也特殊得當(dāng)此情況。形狀規(guī)格符合尺度，除尺寸中，使用編程界面也符合尺度。如許，假使板子合乎PICMG的eAPI范例或SGET的UIC尺度，硬件改換變得便利。正在這些環(huán)境下，以至可以依照使用需要自由切換分歧尺寸形狀(例如主板與嵌入式計算機(jī)模塊)，無需大幅變動正在遷徙中接見硬件的方式。非常重視此標(biāo)準(zhǔn)化及其文件體例與最簡略的硬件集成的一家供應(yīng)商就是康佳特(congatec)，烏爾姆使用科技大學(xué)效勞機(jī)器人研討中間正在名目中便利用了此供應(yīng)商的產(chǎn)物。

烏爾姆使用科技大學(xué)的MatthiasLutz道：“除最高計算能力、能效、可靠性等根本要求，咱們借非常重視下標(biāo)準(zhǔn)化跟通用遷徙才能。軟件中的每一個額定籠統(tǒng)層均須要額定的計較機(jī)能，是以，咱們現(xiàn)階段正在利用功能強(qiáng)大的雙核技巧。節(jié)制機(jī)器人模塊的板組件跟GPIO的標(biāo)準(zhǔn)化方式供給咱們嵌入式計較層級自立的抽象化。”

終極，他們?nèi)∩崃斯I(yè)等級的Mini-ITX主板conga-IC175。那是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)化的Mini-ITX規(guī)格尺寸為正在真實(shí)體系中開辟創(chuàng)新型軟件組件的原型供給多種劣勢，且已將一切接口集成正在一個標(biāo)準(zhǔn)化的板上，康佳特(congatec)實(shí)現(xiàn)了透過尺度ATX電源、工業(yè)化12V電網(wǎng)或SMART電池停止供電，那關(guān)于Robotino跟Larry等移動機(jī)器人十分緊張。此外，也可以透過PCIe擴(kuò)展卡快捷、無效天停止擴(kuò)展。該板子存在較高效能，借利用耐用的嵌入式組件，是以無需搭配高貴的散熱。

圖3：利用康佳特conga-IC175Mini-ITX主板的自動撿取機(jī)器人Larry：下計算能力、低熱益、小外形尺寸跟最高可靠性為關(guān)鍵因素。

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烏爾姆團(tuán)隊(duì)的將來商用機(jī)器人計劃將履行于嵌入式計算機(jī)模塊上。可是，無論是Mini-ITX主板、可搭配尺度Mini-ITX載板的模塊、模塊跟零丁載板仍是齊定制計劃，關(guān)于原始設(shè)備制造商來講，終極緊張的是總擁有本錢(TCO)，當(dāng)利用模塊化軟件時，其也在于硬件的軟件撐持。為了正在將來更隨意馬虎天集成多項(xiàng)功用，對及時體系虛擬機(jī)管理程序技巧的周全撐持能帶來更多好處。這樣一來客戶可以取舍集成其他功用，例如其本人的IoT網(wǎng)關(guān)，無需利用公用硬件平臺，也節(jié)儉了硬件本錢。

Lutz總結(jié)道：“咱們十分清晰此類模塊化方式的益處，由于它們反應(yīng)了咱們軟件的模塊化方式。正在此方面，風(fēng)趣的是，并購Real-TimeSystem(RTS)公司后，康佳特(congatec)此刻可間接取得這些機(jī)器人跟自動化專家的虛擬機(jī)管理程序技巧。”

另外，康佳特(congatec)的技巧解決方案中間(TSC)整合一切OEM效勞，為烏爾姆使用科技大學(xué)效勞機(jī)器人研討中間或TranspharmLogistikGmbH等這類客戶供給完全的效勞。

圖4：康佳特(congatec)針對智能機(jī)器人的嵌入式計較硬件的開展：依據(jù)此系列的計劃觀點(diǎn)跟批量，OEM可以取舍(1)嵌入式Mini-ITX主板、(2)可搭載嵌入式計算機(jī)模塊的標(biāo)準(zhǔn)化載板(指Mini-ITX)、(3)可搭載嵌入式計算機(jī)模塊的定制載板或(4)齊定制計劃，而康佳特(congatec)可正在模塊進(jìn)級的根底上絕對快捷、輕松天實(shí)現(xiàn)齊定制計劃。

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6、TranspharmLogistikGmbH的外部物流使用實(shí)例

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康佳特的工業(yè)合作伙伴TranspharmLogistikGmbH正在外部物流使用中利用各類機(jī)器人行列履行撿取使命。自動撿取機(jī)器人Larry配有UR5機(jī)械手模塊并利用Segway機(jī)架。運(yùn)輸機(jī)器人Robotino配有傳送帶而非機(jī)械手，以便將撿取機(jī)器人送到任何地址。間接經(jīng)由過程WLAN正在庫管理系統(tǒng)中收到定單。行列管理系統(tǒng)取舍兩個撿取機(jī)器人，它們將履行定單。此使用基于BMBF名目“LogiRob-同享人機(jī)事情空間內(nèi)的多機(jī)器人運(yùn)輸系統(tǒng)”跟“ZAFHIntralogistics-進(jìn)步外部物流靈活性的協(xié)作體系”的結(jié)果(Baden-WürttembergandEUERDF2014-2020)。

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