Программы для роботов: Программирование роботов: методы и инструменты

Программное обеспечение для роботов

Главная

→

Статьи

→

Программное обеспечение для роботов

05.03.2021

Программное обеспечение для роботов — это набор закодированных команд или инструкций, используемый для автономного выполнения роботами поставленных перед ними задач.

О главных задачах разработки ПО для роботов и о самых востребованных платформах, которые используются в таком программировании, будет рассказано в представленной статье. 

Что такое программное обеспечение для роботов 

Ключевые принципы создания программного обеспечения для роботов — это понимание того, как те или иные рабочие процессы выполняются пользователями и точное описание данных действий в виде алгоритма — программы RPA. 

Правильно разработанное ПО должно запускаться на любом ПК, без предварительной интеграции с остальными системами, и не нуждаться в дополнительных программных интерфейсах (API), воспроизводя действия человека в пользовательском интерфейсе. Как правило, для удобства работы и выполнения рутинных операций роботизируют почту, MS Word, MS Excel, PDF, web-приложения и различные системы с искусственным интеллектом.

Какие языки программирования используются для создания ПО в PRA

Для разработки ПО под системы PRA чаще всего используются следующие языки программирования:

• 
  R — уникальный язык программирования и технология с открытым исходным кодом. С его помощью можно программировать векторные вычисления, создавать функциональные и объектно-ориентированные программы, поэтому его применяют для создания искусственного интеллекта нового стиля и систем с общим машинным обучением;

• 
  C++ — при помощи этого языка программирования можно создавать проекты искусственного интеллекта с высокой скоростью, эффективностью и гибкостью, способного выполнять сложные задачи;

• 
  Python — этот язык с поддержкой объектно-ориентированных, функциональных и процедурно-ориентированных стилей программирования включает большое количество полезных разработчику ПО библиотек, обеспечивает возможность создания нейросетей и машинного обучения ИИ;

• 
  Java — позволяет создавать самые сложные программы для искусственного интеллекта с нейронными сетями и алгоритмами поиска, используя минимальное количество задаваемых операций.

Также в разработке ПО для систем PRA могут применяться языки программирования MATLAB, Julia или Lisp. Выбор этих языков зависит от того, какие функции будет выполнять робот.

Платформы для PRA c проприетарным (патентованным) ПО

Решения PRA могут строиться не только на основе открытых технологий и open-source-модулей, но и с применением проприетарного (патентованного) ПО. Эти продукты называются платформами и создаются глобальными и локальными компаниями-вендорами. В число самых активных вендоров входят компании: 

• 
  UiPath. Программные продукты этой платформы позволяют создавать attended (запускаемых с рабочего места пользователя) роботов-помощников, дают возможность записи выполнения рабочих процессов для ускорения процессов разработки и позволяют удаленно контролировать работу всех роботов в компании. PRA-инструменты платформы UiPath поддерживаются различными браузерами и десктоп-приложениями;

• 
  Blue Prism. Данная платформа позволяет создавать автономных многозадачных программных роботов («цифровых работников») на базе искусственного интеллекта, масштабировать задачи и объемы информации для поисковых роботов, контролировать рабочие процессы в реальном времени; 

• 
  ElectroNeec. Эта PRA-платформа предназначена для роботизации повторяющихся задач, имитации действий человека и оптимизации документооборота. Данная платформа имеет продуманный, интуитивно понятный интерфейс и обеспечивает управление роботами на рабочих столах или в браузерах, через единый командный центр, поэтому считается одним из самых прогрессивных решений PRA;

• 
  PIX Robotics. В данной платформе представлены возможности нативной интеграции с продуктами платформы 1С, с BPM-продуктами (с инструментами управления бизнес-процессами), а также модули машинного обучения ИИ. Роботы данной платформы могут выступать одновременно в качестве back- и front-офисных роботов (ориентированных на сервер или на клиента), забирая управление персональным компьютером при необходимости, либо целиком работая в фоновом режиме или облаке.

Научиться создавать программное обеспечение для роботизации компании и работать с RPA-платформами можно, пройдя обучение на курсах, которые проводит ЦРК БИ (ЦЕНТР РАЗВИТИЯ КОМПЕТЕНЦИЙ В БИЗНЕС-ИНФОРМАТИКЕ) НИУ ВШЭ. Записаться на данные
курсы можно на нашем сайте.

← Назад к списку

Управление и программирование промышленных роботов

На многих производствах наблюдается дефицит квалифицированных кадров. Система подготовки кадров в ПТУ разрушена, а из институтов мало кто идет на производства. В связи с этим появляется дополнительно требование к оборудованию – простота в использовании. И роботизированные комплексы с успехом выполняют его. В большинстве случаев для повседневной работы с ними операторам достаточно всего нескольких кнопок.

Рассмотрим вариант наиболее распространённого в России сварочного комплекса в составе: сварочный робот, сменщик станций, сварочное оборудование и ограждение:

Алгоритм работы оператора очень простой:

— снял готовое изделие

— закрепил новые заготовки в кондукторе

— вышел за ограждение

— нажал кнопку подтверждения и старта

С такой работой справится любой квалифицированный рабочий! Важным аспектом  работы робота является программирование сварочного робота.

Если производство массовое и комплекс полностью загружен работой, то этот алгоритм работы будет сохраняться годами. С перерывами на ежегодное обслуживание комплекс производит несколько типов изделий, то и в этом случае задаче не сильно усложняется.

Если производственная программа требует большей гибкости. Вам нужно перейти с выпуска изделия А на выпуск изделия В, которое вы уже выпускали раньше. Все просто – снимаем установленные кондуктора (Для этого достаточно открутить несколько болтов). И устанавливаем нужные. На пульте управления выбираем программу для изделия В. И для своего спокойствия запускаем проверочный цикл. Все хорошо – комплекс готов к производству!

Даже написание новой программы под новое изделие не становится сложной задачей.

Вот вид экрана пульта управления АВВ с простейшей программой.

Все команды понятны программистам с минимальным знанием английского языка.

MOVEL – команда движения по прямой

PStart – название точки в которую нужно прийти

V1000 – скорость движения и т. д.

Нет необходимости заучивать коды и потом с листочком вспоминать какую команду нужно написать — M40 или M50?

В сложных случаях. Большое и сложное изделие или для фрезерования можно воспользоваться помощью дополнительного программного обеспечения.

АВВ предлагает пакет RobotStudio для симуляции работы роботизированных комплексов на компьютере.

В нем можно написать и отладить программу не останавливая роботизированную систему для этого и минимизировав время простоя оборудования для переналадки. А значит промышленная робототехника робот будет зарабатывать для вас все это время.

Простота в использовании – одно из необходимых качеств промышленной робототехники: если для управления роботизированным комплексом достаточно всего нескольких кнопок, это экономит ресурсы предприятия и сокращает количество персонала, необходимого для его обслуживания.

Как правило, фирмы-производители разрабатывают собственные языки программирования и вспомогательное программное обеспечение для своих роботов. «ДС-Роботикс», как системный интегратор, делает упор на вспомогательный софт, адаптированный для конкретной задачи, на разработку и модернизацию технологий, на внедрение измерительных систем.

Программирование промышленных роботов начинается с комплексной программной оболочки, куда при необходимости интегрируются дополнительные модули. Примерами таких модулей могут послужить система видеонаблюдения, система замера вращающего момента и т. п. Например, при помощи программирования промышленный робот можно научить распознавать положение обрабатываемой детали.

Управление промышленными роботами осуществляется при помощи программ, специально написанных для них (программы для робототехники одного производителя, как правило, не подходят для другого).

Онлайн- и офлайн-программирование

Для управления промышленными роботами программы разрабатываются двумя способами – онлайн и офлайн. Первое – это программирование роботов непосредственно на месте их установки. При онлайн-программировании робот программирует сам себя. Если применяется метод Teach-In, оператор при помощи консоли направляет робота в заданный участок пространства и выполняет необходимые задачи, а робот «запоминает» координаты местоположения, скорость движения в каждом пункте. При методе Playback оператор вручную обводит робота по траектории движения. Управление промышленными роботами при помощи онлайн-программирования не всегда удобно – в программы, созданные таким образом, нельзя вносить изменения.

Более продвинутый способ управления роботом – офлайн-программирование. В таком случае программы пишутся на обычном компьютере в редакторе, поставляемом с комплексом программного обеспечения робота: написание программ для современных роботов доступно любому сотруднику после недолгого обучения. Текстовая программа загружается в компьютер робота, отлаживается и корректируется. Также в последнее время набирают популярность 3D и CAD-модели. Такое программирование экономит время, не останавливает производственный процесс и дает отличную визуализацию и возможность предварительно оценить множество параметров и итоговый успех работы промышленных роботов.

Топ-8 языков программирования для робототехники

Одно дело спроектировать робота, другое — воплотить его в жизнь. Но именно здесь на помощь приходят языки программирования для роботов, дающие роботам возможность и «интеллект» для выполнения важных задач очень похожим на человека способом.

Хотя существуют сотни языков программирования, сегодня в робототехнике широко используются лишь немногие из них. Самые популярные языки программирования, такие как C++ и Python, завоевали рынок с точки зрения функциональности и простоты использования. В то же время более старые, более устаревшие языки, такие как Pascal, продолжают служить основой для более адаптированных, проприетарных языков и роботизированных операционных систем, используемых ведущими производителями промышленных роботов.

Основные языки программирования для робототехники

• C/C++
• C#
• Языки описания оборудования
• Java
• Lisp
• MATLAB
• Pascal 010

Какой язык программирования лучше всего подходит для робототехники?

Если вы думаете о роботе как о марионетке, строки кода — это строки, которые придают форму и функции роботам, независимо от того, пылесосят ли они полы или, что чаще, работают на сборочных линиях. И, как и строки, некоторые языки программирования и код, который они помогают писать людям, сильнее других.

C, C++ и Python — популярные языки программирования, используемые в индустрии робототехники, от функций искусственного интеллекта, лежащих в основе робота-гуманоида, до двигательной функции роботизированной руки — отличительной черты промышленных роботов. Эти языки часто бывают эффективными и мощными и часто используются в таких дисциплинах, как информатика. Благодаря широкому распространению эти языки программирования имеют обширную сеть пользователей, к которым инженеры могут обратиться за помощью.

Поскольку рынок роботов для использования в производстве и других отраслях, таких как здравоохранение и сфера услуг, продолжает расти, спрос на высококвалифицированных разработчиков и инженеров, владеющих языками C, C++ и Python, также будет расти.

В то время как инженеры, работающие над другими типами роботов, полагаются на комбинацию популярных языков программирования, чтобы сделать своих роботов полностью функциональными, большинство ведущих компаний по производству промышленных роботов, таких как ABB, Comau и Fanuc, разработали свои собственные языки программирования для роботов, которые инженеры изучают на работе. . В основе многих из этих проприетарных языков программирования лежит Паскаль, что делает его популярным языком программирования для будущих инженеров, желающих ознакомиться с некоторыми языками будущего, с которыми им, возможно, придется работать. Паскаль не только обучает разработчиков передовым методам программирования роботов, но и обучает основным функциям и техническим деталям многих ведущих промышленных роботов.

Независимо от того, какой язык программирования роботов вы выберете для изучения в первую очередь, полученные знания пригодятся в будущих робототехнических проектах. Вот еще несколько языков программирования роботов, которые должен знать каждый начинающий программист и разработчик, желающий работать с роботами.

Подробнее о программировании10 игр для повышения уровня навыков программирования

Языки программирования роботов, которые нужно знать

C/C++

Что касается языков программирования, C и C++ часто считаются золотым стандартом. Оба являются зрелыми языками программирования общего назначения и обеспечивают производительность в реальном времени, то есть запрограммированные действия выполняются в указанное время, что важно в робототехнике, поскольку основная обязанность робота состоит в том, чтобы выполнить задачу, когда этого хотят люди. Что касается различий между двумя языками программирования, C++ — это просто более усовершенствованная версия C, которая поддерживает объекты и классы.

Хотя C и C++ обычно требуют больше строк кода и не так удобны для пользователя, как другие языки программирования, такие как Python, оба языка программирования имеют явное преимущество в том, что многие аппаратные библиотеки полагаются на C или C++ в своих собственных разработках, что улучшает совместимость с критически важным оборудованием.

Подробнее о C++ Как написать чистый код обработки исключений на C++

C#

C# — это собственный язык программирования Microsoft, который используется в Visual C# Express, бесплатной программе поддержки разработчиков. C# работает в .NET, среде разработки программного обеспечения Microsoft, и часто используется для разработки сетевых и коммуникационных структур, таких как порты и сокеты, что делает его хорошим выбором для интеграции систем нейронных сетей в роботизированные приложения.

Языки описания оборудования (HDL)

Схемы являются важным компонентом робототехники, и языки описания оборудования играют ключевую роль в программировании роботов. HDL, такие как Verilog и язык описания оборудования VHSIC (или VHDL), упрощают программирование схем, позволяя разработчикам описывать схемы с помощью слов и символов. Следует отметить одну важную вещь: для использования языков описания оборудования часто требуется хороший опыт работы с электроникой, поскольку несколько процессоров обычно работают одновременно.

Java

Java — еще один популярный язык программирования, который позволяет запускать и запускать роботов более похожим на человека способом. Являясь интерпретативным языком программирования, Java не встроен в машинный код — команды интерпретируются виртуальной машиной Java, что позволяет выполнять один и тот же код на разных компьютерах. Он популярен среди разработчиков, работающих в области искусственного интеллекта, поскольку позволяет создавать нейронные сети. Java даже использовался для программирования суперкомпьютера IBM Watson, который помогает предприятиям интегрировать ИИ в свою деятельность.

Lisp

Один из старейших языков программирования, используемых в робототехнике, Lisp прост в использовании. Он также возрождается для использования в создании ИИ и роботизированных приложений, поскольку большая часть роботизированной операционной системы — фреймворка с открытым исходным кодом, используемого для разработки роботизированных приложений — написана на этом языке программирования. Важные особенности, делающие Lisp простым в использовании, включают древовидные или нелинейные структуры данных; автоматизированное управление складом; и подсветка синтаксиса, которая отображает код разными цветами и шрифтами в зависимости от категории.

MATLAB

Для разработчиков, желающих анализировать данные и запускать симуляции, а также разрабатывать и внедрять системы управления роботами со специально разработанными интерфейсами, MATLAB — отличный инструмент. В сочетании с Robotics Toolbox for MATLAB, который включает в себя функции для кинематики, динамики и генерации траекторий, разработчики могут создавать системы для исследования и моделирования роботов-манипуляторов.

Паскаль

Паскаль является источником вдохновения для многих проприетарных языков программирования. Хотя очень мало роботов программируется с помощью Pascal, многие производители промышленных роботов, такие как ABB и Kuka, используют Pascal в качестве основы для своих собственных языков программирования. Несмотря на то, что он устарел, он считается отличным способом для новых разработчиков изучить основные функции и технические детали этих проприетарных языков, а также дает возможность начинающим разработчикам изучить передовой опыт программирования роботов.

Подробнее о роботахЕсть ли у роботов гонки?

Python

Одним из самых простых для изучения языков программирования и одним из самых популярных, наряду с C и C++, является Python. Будучи интерпретируемым языком, Python имеет обширный набор библиотек, что делает реализацию основных функций еще проще. Для Python также требуется меньше строк кода, что делает его более быстрым в использовании и изучении, чем C, C++ и Java. Python сокращает время программирования, устраняя необходимость определять и приводить типы переменных и позволяя кодировать движения в одном скрипте. Учитывая его широкое использование и популярность, Python также имеет большое сообщество разработчиков, которое может стать отличным ресурсом для новичков, к которому можно подключиться на этапе обучения.

Различные типы языков программирования роботов | Технология автоматизации предприятий

Обзор рынка робототехники

С помощью роботов человеческие усилия по выполнению сложных работ становятся проще и точнее. При этом многие компании проявляют интерес и инвестируют в роботов из-за их преимуществ.

«По данным ResearchAndMarkets, ожидается, что рынок Industrial Robotics вырастет на 48 166,9 млн долларов США к 2025 году с 16 847,6 млн долларов США в 2017 году».

В то время как роботы традиционно используются в структурированных средах с известными и регулируемыми входами и выходами, промышленные роботы набирают обороты в последние годы. При этом люди проявляют интерес к программированию, и любой, у кого есть некоторый опыт в программировании, хочет воспользоваться преимуществами программирования роботов. Прогнозируется, что спрос на программистов роботов значительно вырастет в течение оставшейся части десятилетия.

Рисунок 1: Статистика промышленных роботов

Программирование роботов:

Для выполнения определенного действия роботы программируются либо с помощью руководства, либо с помощью автономного программирования. Большинство промышленных роботов программируются путем направления робота от точки к точке на этапах операции, при этом каждая точка сохраняется в системе управления роботом.

Роботы получают инструкции с помощью компьютерных команд, и это называется автономным программированием на уровне манипулятора. Использование автономного программирования включает языки более высокого уровня, в которых действия роботов определяются задачами или целями.

Программисты роботов должны иметь знания о различных типах языков программирования, поскольку переход от компьютеров к роботам не является плавным переходом, как могут подумать многие разработчики/программисты.

Различные типы языков программирования роботов

Языки программирования оказывают существенное влияние на интеграцию роботов в промышленные машины. Нет предела возможностям роботизированного промышленного применения. Роботизированное программное обеспечение играет ключевую роль в выполнении сложных операций и точных функций. Чтобы начать программировать в робототехнике, вы должны начать изучать различные типы языков, чтобы заставить робота работать. Хотя робототехника — сложный предмет, изучение этих языков программирования поможет вам разработать проект для создания простых в использовании интерфейсов.

В мире существует более 1500 языков программирования, которые используются для изучения и реализации. Вот лучшие и самые популярные языки программирования в робототехнике:

1) C/C++

Выбор изучения C и C++ — лучший старт для начинающих робототехников, поскольку это язык программирования общего назначения, который содержит императивные, объектные -ориентированные и общие функции программирования.

Почему C++ является языком программирования номер 1 в робототехнике?

C++ обеспечивает взаимодействие с оборудованием низкого уровня, а также производительность в реальном времени. C и C++ — очень зрелые языки программирования. Для обеспечения наилучшей производительности робота лучше использовать C++.

Поскольку робототехника очень зависит от производительности в реальном времени, C и C++ являются лучшими вариантами для робототехников.

Пример: проект шаблона простого робота по умолчанию

Источник: 2014 FRC Control System

Теперь давайте изучим код, содержащийся в каждом разделе. Есть три основные части:

Конструктор: Здесь запускается код инициализации для создания класса. В этом случае он будет запущен при первом запуске программы, до включения робота. Конструктор помогает инициализировать датчики и создавать другие объекты WPILib.

При инициализации нельзя использовать конструкторы для позиционирования приводов, так как двигатели не будут работать.

Автономный метод: этот метод используется для запуска кода в течение автономного периода. Автономный метод будет запускаться каждый раз, когда робот будет переведен в автономный режим. Программист должен быть очень осторожным при запуске этого метода, так как он не будет остановлен в конце автономного периода.

Метод OperatorControl: этот метод вызывается, когда робот входит в часть телеуправления матча. Код включает в себя цикл, который считывает значения интерфейса оператора (джойстики и переключатели) и управляет исполнительными механизмами до тех пор, пока не закончится период телеуправления.

Определение переменных для образца робота:

Источник: FRC Control System, 2014 г. объекты типа RobotDrive (myRobot) и Joystick (стик). Этот раздел кода делает три вещи:

•    Определяет переменные как члены нашего класса RobotDemo
•    Инициализирует переменные как часть конструктора с помощью списка инициализации
.
•    Выполняет инициализацию робота (в этом случае устанавливает истечение таймера безопасности для объекта myRobot на 0,1 секунды, см. следующий шаг для объяснения таймеров безопасности двигателя).

2) Python

Python — язык программирования высокого уровня, играющий ключевую роль в построении и испытательные роботы . Python — хорошая платформа для автоматизации, обучения и постобработки программ роботов. Многие люди выбирают этот язык программирования, поскольку мы можем написать сценарий, который вычисляет, записывает и моделирует всю программу робота вместо того, чтобы вручную обучать робота каждому оператору. Это помогает быстро протестировать и визуализировать решение в моделировании, а также уточнить программу и ее логику.

Почему Python является наиболее используемым языком программирования в робототехнике?

•    По сравнению с C, C++ и Java на Python можно написать меньше строк кода.
•    Изучение Python – это необходимое руководство по созданию автономного мобильного робота с использованием популярных программных платформ для робототехники.
•    Этот язык используется при проектировании встроенных систем и является неотъемлемой частью операционной системы Robot.
•   Главной задачей Python является простота использования, и требуется меньше времени для программирования, такого как определение и приведение типов переменных.
•    Когда от вас требуется реализовать какой-то базовый функционал, для него существует огромное количество бесплатных библиотек, а значит, вам не придется «изобретать велосипед».

Пример программы:

В этом примере размещение всех объектов выполняется автоматически через Python. Мы можем легко разместить любой объект программно благодаря Python API.
Используя Python API, мы можем создавать, изменять или удалять любые объекты. Кроме того, мы также можем запрограммировать движения робота в том же скрипте Python, это позволит нам автоматически генерировать программу робота.

3) Java

Для выполнения задач, подобных человеческим, робототехнические системы должны быть снабжены функциями через языки программирования. Чтобы наделить роботов этими функциями, можно использовать язык Java, поскольку он предлагает набор API-интерфейсов, адаптированных к потребностям области робототехники. Распознаватели команд и элементов управления, системы диктовки и синтезаторы речи могут быть созданы с использованием Java Speech API, а Java Media Framework может использоваться для получения и обработки визуальных изображений.

Почему Java является наиболее используемым языком программирования в робототехнике?

•   Java содержит все функции высокого уровня, необходимые в робототехнике, особенно когда речь идет об искусственном интеллекте.
•    С помощью Java можно создавать высокоэффективные алгоритмы машинного обучения, поисковые и нейронные алгоритмы, языковую обработку и т. д.
•    Виртуальная машина Java интерпретирует инструкции во время выполнения
.
•    Java позволяет пользователям использовать один и тот же код на разных машинах благодаря виртуальной машине Java.
•    Он предоставляет все функции высокого уровня, необходимые для работы с различными аспектами робототехники.

Пример кода для создания прослушивателя голоса роботов с использованием файла формата грамматики:              

4) C#/.NET

C#/.NET — это собственный язык Microsoft, используемый для разработки приложений в Visual Studio. Примеры включают Netduino, СЭЗ Rhino и другие). Он предоставляет начинающим программистам прочную основу, на которой они могут работать в различных областях. C#/.NET обычно используется в программировании на уровне портов и сокетов.

Почему C#/. Net является наиболее используемым языком программирования в робототехнике?

•   C#/.NET позволяет использовать несколько языков и обладает горизонтальной масштабируемостью.
•   .NET создает единую среду, позволяющую разработчикам роботов создавать программы на C++, Java или Virtual Basic
.
•    Все инструменты и IDE прошли предварительное тестирование и легко доступны в Microsoft Developer Network.
•    Языковая интеграция не вызывает затруднений, так как вы можете вызывать методы из C# в VB.NET 9.0003

Пример:

Источник: RoboWiki. Разработчикам роботов необходимо изучить MATLAB, если они хотят анализировать данные, создавать расширенные графики или внедрять системы управления.

MATLAB и его родственники с открытым исходным кодом, такие как Octave, очень популярны среди некоторых инженеров-робототехников для анализа данных и разработки систем управления.

Программирование робота требует разработки контроллера, управляющего поведением робота. Моделирование и симуляция стали жизненно важными для понимания того, как контроллер взаимодействует с восприятием окружающей среды, мобильностью и взаимодействием робота.

Почему MATLAB является наиболее используемым языком программирования в робототехнике?

•   MATLAB очень полезен при проектировании всей роботизированной системы.
•    Он широко используется в индустрии робототехники, поскольку глубоко укоренился в создании и разработке роботов.
•    Это инструмент моделирования, с помощью которого вы можете предоставить свой алгоритм или схему, и он моделирует результат.
•    С другой стороны, моделирование помогает инженерам усовершенствовать конструкцию системы и устранять ошибки перед разработкой прототипов оборудования.

Пример: Моделирование и имитация робота Kuka kr6.

Какой из них лучший?

Изучение этих языков программирования поможет вам разработать робота или получить работу в индустрии робототехники.