|
Spark – okamžité intuitivní řízení různých mechanismů
Projekt Spark se zabývá vývojem softwarových prostředků pro řízení průmyslových robotů, manipulátorů a výrobních strojů. Tyto prostředky jsou sdruženy do stejnojmenného softwaru (řídicího systému), který ukazuje možnosti jejich využití. Záměrem projektu je řešit problémy v řízení, které trápí nejen výrobce robotů, ale i samotné uživatele, a které současné systémy málokdy řeší.
1. Řízení různých kinematických mechanismů
Výrobce robotu, manipulátoru či výrobního stroje potřebuje pro toto zařízení řídicí systém, který si může vyvinout, popř. zakoupit a upravit. Častokrát to ovšem znamená nemalé investice do vývojových prací, které pochopitelně závisejí na kinematice stroje.
Jednou z myšlenek projektu Spark bylo odbourat tyto výdaje vytvořením vhodného systému schopného řídit jakýkoliv mechanismus bez nutnosti zasahovat do řídicího softwaru a složitě jej programovat.
V rámci projektu tedy byla vyvinuta technologie adaptování řídicího systému (Adapting of Control System – ACS). Díky ní je možné připojit řídicí systém k libovolnému mechanismu a ten okamžitě řídit. Princip je založen na načtení dat mechanismu, vytvořených v CAD, popř. využití předem připravené databáze strojů. Tak se v prostředí řídicího systému vytvoří virtuální model, s nímž uživatel pracuje stejně jako s reálným strojem (obr. 1).
Program rozpozná jakýkoliv mechanismus s maximálně deseti pohybovými osami. Tyto osy mohou být rotační i translační a mechanismus může obsahovat jejich různé kombinace. Technologie víceosého řešení interpolací (Spark Multi Axes Interpolation Solving – SMAIS) dokáže pro tyto kombinace řešit interpolace a další potřebné výpočty.
Výrobce manipulátorů tedy nemusí pro každý typ svého zařízení vyvíjet speciální software nebo jej upravovat, ale je schopen celou sérii řídit ze stejného prostředí, stejným řídicím systémem, dokonce z jednoho počítače, a to pouhým načtením potřebných geometrických dat.
2. Řízení inteligentních mechanismů
Stále častěji bude požadována větší přizpůsobivost robotů a strojů prostředí, ve kterém pracují, a to tím, že uživatel bude modifikovat mechanickou stavbu tohoto zařízení, např. vymění rameno pro manipulaci s těžší součástkou, místo svařovací hlavice nasadí brousicí apod., popř. tyto úkony vykoná sám stroj. To vše znamená okamžitou změnu rozměrů, někdy i kinematiky. Takovouto změnu mnohdy není možné stávajícím řídicím systémem akceptovat. Podobný problém nastává u robotu modulární stavby, kdy si uživatel robot sestaví z různých samostatných modulů zcela podle svých potřeb.
Technologie Spark řeší i tento problém. Lze ihned načíst modifikaci modelu, kterou je možné pohodlně vytvořit v jakémkoliv systému CAD (doporučujeme prostorový CAD), popř. ji získat přímo od výrobce zařízení, a výpočty interpolací okamžitě nový model akceptují.
3. Řízení více než standardních šesti os ve speciálních úlohách
U složitějších mechanismů, které mají více pohybových os, než je stupňů volnosti, je zřejmý problém s matematickým výpočtem interpolací (pohybů ramen). I takový mechanismus je Spark schopen řešit díky technologii SMAIS (víceosé řešení interpolací), která využívá principy fuzzy logiky.
4. Obsluha řídicího systému
Zvládnout řídicí systém pro obsluhu často znamená zdlouhavé a obtížné zaškolení, mnohdy i náročnou tvorbu programů, pro firmu náklady na kvalifikovaný personál a nižší produktivitu práce. Proto bylo navrženo intuitivní ovládání přes grafické rozhraní systému Windows s využitím OpenGL (obr. 2). Uživatel pracuje s virtuálním modelem stejně jako se skutečným strojem. Takový systém nevyžaduje znalost programovacích jazyků pro roboty a požadovaný pohybový program je možné vytvořit velmi rychle.
5. Simulace vytvořeného pohybu
Ověření činnosti stroje je často požadováno pro bezproblémové zavedení nového programu, bez zdlouhavých prostojů stroje.
Myšlenka simulačního režimu je v projektu Spark řešena s ohledem na interakci obsluhy a stroje. Zařízení je simulováno na virtuálním modelu, který se chová stejně jako reálný stroj. Stejné prostředí a úkony jako při simulaci (příkazy start, stop, vpřed atd.) později fungují i přesto, že obsluha spustí provozní režim (obr. 3).
6. Nároky na hardware a software
Hardware řídicího systému je často značně nákladný a specializovaný. Mnohdy je nutné, aby obsluha vytvářela programy přímo u stroje.
Spark je navržen tak, aby pracoval na běžném PC pod operačním systémem Windows, který není nikterak upravován. Je možné vytvářet a simulovat pohybové úkony stroje kdekoliv, kdykoliv a na jakémkoliv počítači s tímto operačním systémem. Vzhledem k tomu a také vzhledem k snadnému ovládání je program pro řízení robotu schopen vytvořit kdokoliv s uživatelskou znalostí ovládání PC. Pro samotný řídicí počítač, který provádí přímé řízení, je doporučena sestava Pentium IV 1,4 GHz, 256 MB RAM a komunikační karta CANOpen.
7. Přímé řízení z Windows a hardware servopohonů
Vzhledem ke schopnosti řídit jakýkoliv mechanismus pomocí ACS je nutné umět pracovat s různými servopohony použitými na konkrétním stroji. To je i záměrem projektu Spark, který v této první fázi zatím podporuje pouze servoměniče Kollmorgen-Seidel, ale chystá se i rozšíření pro Atlas Copco, Lenze atd. Ke komunikaci se využívá sběrnice CANOpen a speciální technologie Spark connection, která poskytuje univerzální rozhraní a komunikaci on-line pomocí paralelního vlákna Windows s „inteligentním“ cyklováním. Rychlost komunikace (zasílání informací o polohách servomotorů) je řádově 14 ms.
8. Internet
V současné době je vyvíjen import formátu VRML do řídicího systému, který se používá k vytváření prostorových virtuálních světů na internetu. Tato data bude možné využít pro řízení, ale stejně tak bude možné z řídicího systému kdykoliv přenést řízenou realitu na internet.
Podrobné informace o popisovaných technologiích lze nalézt na http://spark.hyperlink.cz, kde je možné si stáhnout i testovací betaverzi programu Spark.
Tento projekt není a nebyl sponzorován žádnou firmou, není zatížen grantem, popř. dalšími závazky, a jeho výsledky jsou k dispozici v rámci testování všem zájemcům. V současné době se testuje systém v řízení robotů na dvou pracovištích v České republice.
Ing. Michal Valný
(michal.valny@seznam.cz)
|