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【中国机器人峰会】欧德神思王伟:怎样才能控制住机器人?

机器人峰会2019-01-09 10:55:23


第四届中国机器人峰会于5月17日召开九大专题性论坛,研讨机器人发展大计的方方面面。其中,核心零部件作为机器人发展中十分关键的竞争着力点,“机器人核心零部件”专题论坛受到了机器人行业的专家、企业家的高度重视,参与人数火爆。


今天与大家分享的是欧德神思软件系统(北京)有限公司项目部副总监王伟在“机器人核心零部件”论坛所作的演讲《面向智能工厂的开放式工业机器人软件开发平台技术》,以欧德神思为例,介绍了控制机器人的重要技术和方案,一起来看看来自德国的欧德神思在软件开发和核心零部件的研究上能给我们哪些启发吧!



王伟,2016年-2017年欧德神思软件系统(北京)有限公司任产品部经理,负责软件产品应用及开发项目。2017年至今任项目部副总监,负责工业自动化领域:工业机器人、数控装备、非标自动化控制器开发项目;从事多年的控制器产品开发及自动化控制器应用研发工作。



以下是演讲全部内容:


各位专家、同志好!今天我的演讲题目是《面向智能工厂的开放式工业机器人软件开发平台技术》。


3S在机器人控制系统和面向多个机器人工厂、智能工厂中用哪些方案?给大家做一下介绍,主要包括产品和功能的介绍、后期工业领域方案以及安全的介绍。


3S公司总部在德国的巴伐利亚州,公司在大中华区是子公司。虽说是外企,但是提供的产品是一个开放性非常强的平台。产品主要是做什么呢?是提供我们开发机器人控制系统的一个平台,可以通过我们所选的各种工业总线接触去带伺服电机,控制器给伺服电机发送指令,这样电机可以去完成相应指令,电机后面加一些相应的例如传感器或者增加一些相应的传感信号它就可以做一些对应的高级控制。这张图就是介绍在面向工业软件,开发的时候我们都要去做哪些工作。


首先看到最中间偏右的就是实时系统。其实如果说自己开发工业机器人,也是开发这样一个实时系统,就是调用所选的一个硬件CPU的资源,运行系统其实就是做任务,做一个实时系统。运行系统往上它要求做什么?模块化编程让客户使用起来非常方便,但是如果要去开发一个可重复利用的可编程的机器人控制系统,上位就要配一个编程工具。这个编程工具可以被选择需要对哪种模型的机器人进行开发,开发的时候这个机器人到底选择学习哪些动作,它到底执行码垛动作还是搬运动作还是执行动态的一个抓取,还是进行焊接、双机协同,这一部分都可以在上位的编程环境这一层进行编程。同时对于用户看到的实际上是一个人机界面,这个时候人机界面层就是给用户提供一个对应编程的接口,我们通过点按钮,通过在上面输一些参数,给一个启动按钮,这个时候机器就可以控制了。


至于安全,什么是安全呢?对于底层,对于一个伺服驱动机器层的安全就是伺服驱动上面加一些安全模块,这样做底层安全。对于一个机器人系统它需要做什么样的安全?它们就需要在底层针对于一些机器人安全进行标准,对于控制器安全等级目前有四个等级:SIL1、SIL2、SIL3、SIL4,过后可以根据所选的安全等级,应用场合去规化SIL安全控制器。这样的话就可以做到控制器层的安全。这个安全它不是去预防某一种危险情况发生,而是当某一种危险情况发生的时候,它会去按照你预先设定好的一些安全状态做一些安全停机。


关于开放式机器人控制系统平台各模块,首先我们讲编程,用户肯定是喜欢编程效率越快越好的。面向OEM客户提供一个开放的软件工具,也提供了工具可以在编程上用IEC61131-3编程语言对机器人控制进行编程。这样在后期做控制器应用的时候,这个控制器只能设定一个6轴或者设定一个4轴,所以说要控制什么样类型的机器人,只需要在编程的时候选择对应的一个定义好的资源库就可以了,这个机器人是完全没有限制的。



如果做4轴或者做6轴,只需要在上位编程的时候做一个简单的配制,编程端就可以去使用标准的编程语言,进行一个配制。如果说要控制一个3轴和4轴的和控制一个6轴的,这个性能,控制器价格非常高,选了一个工控机进行控制一个3轴有点大材小用。这样的话前期规划平台的时候就可以规划一个2平台的控制器。每一个伺服可以根据尚未编程的去分配给机器人的一个轴组,做一个多机型的控制。一个控制器可以控制两台或者三台工业机器人。


对于总线层我们提供了各种主流的软件协议栈。如果想选用特定的主站只需在前期规划硬件的时候具备一个接口就可以。比如硬件平台具备网口驱动,通过CODESYS对应的软件主站,可以把网口变成一个实施的以太网口。


可视化是人机界面,比如说用西门子的或者用欧姆龙的,会首先配一个PLC或者运动控制器,再配一个人机界面,示教器通过TTP/IP通讯。随着控制器CPU性能及图形驱动性能的增加,我们可以实现将图形控制和PLC实时控制做成一体,开发集人机界面及控制一体的控制系统。


对于机器人来说的话,离不开运动控制。目前CODESYS完全支持PLCOpen标准下的PART1、PART2、PART4部分,PART4就是轴值的概念。上位编程环境里面,想要开发3轴、4轴、6轴控制系统完全由编程决定,在程序中配置自己选,前提CPU性能够,就可以去配置两个或者三台机器人,在系统中,同时对这三个或者四个机器人进行编程也都可以实现。


对于自动化工厂,如果说在一个工厂中有多个机器人的话,怎么样对多个机器人进行管控。当然也随着我们讲到了工业生产和智能制造这个概念,可以把这思想分成两点。


首先第一点就是数据,数据的监控。怎么样去获取当前设备中所有机型的数据量,数据状态现场的一个产现的信息。很多DCS都实现了这些功能。CODESYS方案它更多面向的是机器人应用的管理,怎么样的机器人应用。


对于网络服务器它有两种方法,如果我们想去做自己的工厂管理的话,我们可以做一个本地服务器。就是自己在本地做一个云服务器,针对于工厂的云方案,针对你的本地云端,是不往外对接的,当然你也可以做一个共用云,私有云、共有云的方案可以去选。因为我们提供的是一个软件开发方式,其实对接共有云的同时,我们也提供了一个对接你自己的云方案的开发工具。就是可以将你底层的所有产品间的信息通过一个中间对接的方式,发到你私有云或者共有云上。


当然对于共有云可以去做哪些控制,就是所有机器人的控制系统的当前的状态,都可以在云方案里面去实现。因为底层的信息是可以进行采集的,当然这是都是基于OPC UA协议的。对于所有当前机器人运行系统中做的应用,都可以放在云里面,这样后期机器人再做不同产线匹配的时候,都可以去把事先已经开发好的应用接入进来,而不像传统开发应用的时候,还要去改代码,这样开发起来非常麻烦。很多层次的工作放在C代码的开发上,很多工作也都是重复性的。同时可以做在线监控,当前我们机器人所有运行状态,可以在云方案里面去实现,当然还包括备份,备份的话就可以保证你应用程序的一个安全性。



当然硬件其实它的成本不是很高的,硬件可以换,里面的核心软件才是整个自动化解决方案的价值所在,可以备份放在云方案里面。那也包括认证,认证可以说是我们公司自己的认证,也可以放到云方案里面,也包涵用户管理。当然也包涵一些测试工具,在云方案里可以放一些测试工具,分析当前机器人应用是否是效率最大优化应用的一些代码。这是一个高级分析的软件。


还有一个特点就是当我们到工厂里面,如果控制器非常多,机器人系统非常多,一个系统配的话可能就要配个一小时、两小时。通过云方案的话,当控制器接收互联网,或者接入本地的私有云,就可以通过云里面去找到对应当前这个应用直接对程序进行复制下载,快速做成自动化方案。备份,当你的控制器一旦死机可以去换一个硬件,这个硬件之后可以去云方案里面把你进行软件的应用放进来。


最后介绍一下安全解决方案,安全解决方案它主要是针对控制器层,而不是面向伺服系统方案,安全由IEC61508它对应的四种等级。


机器人系统更多的是面向可以用到SIL2和SIL3的方向。那么满足SIL2和SIL3对控制器软件有哪些需求?首先第一点就是满足控制器面向于对应危险的发生,它会按照设定的控制系统做一个安全的动作,同时也需要一个编程软件,能去完成这个按键程序的编程,传统上安全模块就是市场上遇到的那种黄色的那种模块,就是那种安全IO模块,之前做安全方案都是分开的,就是一个标准的控制器和一个安全的控制器,现在可以运行在同一个控制器,这个控制系统就可以做安全控制,又可以做标准的操作控制,随着总线技术发展,可以在一个总线里面又有安全系统,又有标准系统,所以说我们也就是基于这个总线技术发展提出了这样一个安全控制系统。


最后一点就是说如果说做安全机器人系统编程的,它整个安全部分也都是集中在同一个上位标准的开发软件里面,可以在开发软件里面进行一个安全程序的开发,也可以进行一个非安全标准代码的开发。


我的介绍就是到这里了。谢谢大家!




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