robotrendszerek programozása

Tarsoly Sándor és Galambos Péter

EA1 - robotprogramozási alapfogalmak

robotkonfiguráció:

• mozgás
• I/O
• megszakítások

robotprogram

technológia   --->    cella   --->   művelet és       --->   kódolt
utasítás              terv           logikai terv            program

robot cella:

ipari robotalkalmazás setén feladatot megoldó elhatárolt (1...n) robot egység a robot cella

robot nyelvek:

• Pascal alapú:
  • Karen
  • AES
  • ASEA
  • rapid
• KUKA -> KRL
  • sunrise
  • moonrise
• universal
  • URCAP
  • URSCRIPT
• fanuctp
• robodk offline
• val3

robot nyelvek feladata:

• mozzgási funkciók jól átgondolt ésszerű funkciók esetén
• mozgás sebessége
• gyorsulás
• interpolációs üzemmódok
• csuklóinterpoláció
  • nem kooridnált
  • körintelpoláció
• technológiai utasítás: kapuk, terek, leírás, megfogalmazás
• cella terv: gépész munka robot kiválasztás
• logikai terv: állapot - átmenet gráf, lépésenkénti teszt
• robot program: programozás után lépésenkénti teszt

önálló, vagy összetett robotrendszer - megoldható problémák:

• struktúrált: egy robottal megoldható
• nem struktúrált: több robot szükséges

EA2 -I/O csatornák

I/O csatornák

• analóg - 0-10V /-10+10V /420V
• digitális - 24V

gyártók:

• peperland flux

• omron

• badlux

• szenzorok:

  • jelnelét érzékelők; lehet: optikai, ultrahang, digitális, stb
  • közelség érzékelők; lehet: optikai, ultrahang, digitális, stb
  • kamerák: lidar, rgb, pontfelhő, stb

• aktivátorok:

  • megfogó pneumatikus
  • egyszeres, kétszeres működésű
  • elektromos működésű
    • motoros
    • solenoidos
    • servo
  • vákuumos
  • rotációs
  • többujjas - dextrose gripper

• csatolók:

  • ethenet
    • TCP/UDP
      • kafka, mqtt, grpc, znq, rest, mosquito
  • UART
  • RS32
  • RS485

EA3

elosztott szolgáltatások:

MQTT:

három féle üzenetküldés van:

• QoS 0 - nem baj ha kiesik egy üzenet
• QoS 1 - lgealább egyszer visszaigazolás az üzenetküldésről
• QoS 2 - pontosan egyszer érkezzen meg az üzenet

gRPC

• formalizált kontraktus
• interface definíció
• függvény prototípusok melyeket átadunk
• google adatközpontban kezdték el fejleszteni

mások

• corba

DDS

• a gRPChez hasonló
  • fizetős
  • ROS2.0 alapon free

Kafka

• párhuzamos üzenetküldés akárp árhuzamos hardwaren
• nagy méretű csomagok küldése

Node-RED

• node.js alapú kommunikáció konffigurátor

maxwhere

Online robotprogramozás

• műhelyben a robotra elkészítjük a programot
• könnyű robotalkalmazást fejleszetni olcsóbban

Offline robotprogramozás

• egy virtualizált környezetben készítjük el a robot programot
• a modellben kipróbáljuk a működését
• kell hozzá:
  • logikai modell
  • geometriei modell
  • modellezésben lehet tesztelni
• a végén a műhely programozással kell végigvenni a digitális modell pontatlanságait és eltéréseit
• csökkenthető a minimális idő a projektkezdéstől a gyártásig

közvetlen betanítás

• pont-pont működés alapján betanítás
• a kezelő által adott utasítások rögzülnek és köhögi vissza a robot
• learning by demostration: mikor a feladatokat tanítjuk be a robotnak

EA4 - moduláris bobotszoftverek

• alacsony késleltetésű nagy sávszélű hálózatok
• elosztott szoftverrendszerek
• felhő alapú számítások
• LiDARok, térérzékelés, kinect
• VR / AR
• fogalmi szintű következtetés, ontológiák, nlp
• gépi tanulás
• akkumlátor technológiák

• http://www.robothalloffame.org/
• https://everydayrobots.com/
• https://www.unlimited-robotics.com/
• https://www.flr.io/

komponens rendszerek:

• Robot Technology Middleware:
  • https://www.corba.org/
  • RTC 1.1
  • point-point komunikációs modell
  • name service IP címre küldhető adatfolyamok
• microsoft robotics developer studio
  • SOAP
  • statefull kapcsolatra épít
  • 2015-ben leállt
• ROS
  • XMLRPC http://wiki.ros.org/xmlrpcpp
  • tipizált topicok

moduláris keretrendsterek kommunikációi:

• data flow
  • egyirányú
  • pipeline
  • ROS-ban publish-subscribe filozófián alapul
• remote procedure call
  • a fogyasztó használja a szolgáltató általa adott szolgáltatásokat
  • szerializáltan történik
  • adattípusok és interfészek nyelvfüggetlen kódolása
  • protocol buffer
  • felhasználás pl: adatstreamek visual servoingnál

komponensk keretrendszerke kapcsialktait tekintve a ROS és az RTM kapcsolatai megfeleltethetőek egymásnak

Interface definition language (IDL)

ROS1 VS ROS2

ROS1	ROS2
ros core	DDS - service discovery, interoparibilitás
ros modulok -> paraméter szerver	ros modulok -> leterjednek a változtatások a nodeokba a paraméter szerverből

EA 5 - interpolációs módszer

Joint space motion (point to point motion; joint interpolation)

• a robot pálya csuklótér beli lineáris interpolációval történik
• Descartesi térben csak egyenest rajzolunk a térben

ahol

q1 = [q1A  q2A]
q2 = [q1B  q2B]

A kérdés az, hogy mennyi idő alatt teljesíti a csuklótér beli mozgást

Ezzel szemben ha cartesian térben maradok akkor a két pont között egy pályamenti sebesség profilt (trapezoid speed profiling)

Peter Corke féle Matlab toolboxal modellezhető.

information pool:

• Aktivátor szintű irányítás: mikor az impulzusok maguk fognak eljutni a kar végéig
• TOR(Task oriented robot programming): task oritned runtimban van a szemtanikus technológiai leírás -> létrejön runtimeban a robot utasításokat ->
• szemantikus robot képes lehet a task oriented robot programozásra

Virca: http://www.virca.hu/

EA 6 - UR (Universal robot)

UR Sim

Hogy aktív legyen a robot modell mindenképp be kell kapcsolni a robotkart a Robot Status menüben.

• payload tömege nem lehet üres
• a robotkar súlyát is bele kell számolni

robot program írása

1. startpozíció
   • mozgáscsoportok - egy csopportban 9 lehet
   • nyitott megfogóval kell indítani !
2. mozgás adott pozícióba koordináták szerint

• mozgáspontnak lehet neve
• joint interpolációt használunk a mozgáspontoknál
• control path-t használunk amozgás útja során
• kis kocka jelzi a tömeg változást

3. adott pozícióban a megfogók állapotát meg kell adni
   • várakozás is szükséges a megfogó mozgatás beállítása során amíg a megfogó mozog.
4. SubProgram -okba kiszervezés
5. mqtt_init("tcp_address") - el lehet inputra/outputra várakozni, vagy szenzort beolvasni
   • mqtt_qos = 2
6. 29900as porton kapcsolódik

EA 7 - UR - FANUC-roboguide

UR

• OVERVIEW OF CLIENT INTERFACES

• REMOTE CONTROL VIA TCP/IP

  • RPC (Remote Procedure Call method): XML-RPC is a Remote Procedure Call method that uses XML to transfer data between programs over sockets. With it, the UR controller can call methods/functions (with parameters) on a remote program/server and get back structured data. By using it, a complex calculation which is not available in URScript can be performed. In addition, other software packages can be combined with URScript.
  • RTDE (Real-Time Data Exchange): RTDE is designed as robust replacement for the real-time interface. This allows UR controller to transmit custom state data and accept custom set-points and register data.

• a robot kotorller mindig a biztonsági kerítésen kívűl helyezkedik el

• fanucnál egy robotkontorller több robotkart is vezérelhet, URnál egy robotkontroller csak egy kart vezérelhet.

• kulcsos kapcsoló állása:

  • auto: automata verzió
  • T1: van sebesség biztonsági korlátozás
  • T2: nincs sebesség biztonsági korlát

• kontorlleren biztonsági gombok is vannak amiket a betaníás ideje alatt nyomva tartunk

• group mask feladata, hogy adott mozgáspontokban az álapotokat definiáljuk

• robot kar szabadságfoka is állapota a robot pozíciónak, ezeket a pozíció utáni számokkal jelöljük

roboguide

• aktív és passzív elemek is megadhatóak, mint asztalok, emberek, kerítések, munkadarabok, eszközök, gépek.

ha koordináta rendszert szerkesztünk és hozunk létre akkor fontos, hogy a többi eszközzel használható legyen.

loopban fut mint az arduino

EA 8 Fanuc

• Fanuc webcontrol: https://github.com/ABC-iRobotics/fanuc-webcontrol
• fanuc webcontrol programozás natívan: https://github.com/ABC-iRobotics/fanuc-webcontrol/tree/master/karel

A roboguide használható akkor is ha nincs teach pad amivel közvetlen lehet

• Edit - a legutóbb szerkesztett programra ugrik
• kódban -- a komment

webcontrollerhttps://github.com/ABC-iRobotics/fanuc-webcontrol)

Karel progrramok már nem tartalmaznak mozgásutasításokat.

Enable vision engedélyezése szükséges.

kalibrálás:

• kalibrációs pontokhoz tudjuk ráirányítani a robot fejét.
• tized miliméternél nem lesz jobb eredmény várhatóan egy valós ipari környezetben

EA 9 robodk

EA 10 ROS

ROS1

debian alapon: https://wiki.ros.org/noetic

/opt/ros/noetic

• workspace
  • package
    • node1
    • node2
    • ...

roscore-> ROS launch file amivel a nodeok indíthatóak

• catkin create pkg [packagename] [dependency]
• catkin node

noetic

ROS master -> ROS node -> node1: publish topic1 -> node2: subscribe topic2

Minden node több topicba is tud publikálni, de előbb a masternél feliratkozik rá, és szolgáltatásokat végezhet/kérhet le, pl: subscribe, publish

ROS2

debian alapon: https://docs.ros.org/en/humble/

/opt/ros/humble

• workspace
  • package
    • node1
    • node2
    • ...

ros2 launch package launch.py file amivel a nodeok indíthatóak

ros2 pkg [packagename] [dependency]

Humble

Csak azonos hálózaton kell legyenek a nodeok és a kommunikáció megoldott a nodeok között, csak az alap beállításokat módosítani kell.

https://www.youtube.com/watch?v=aeOS9xqblrg

subscribe példa: http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/WritingPublisherSubscriber%28python%29

összeköthető rvizel is, ami egy robotvizualizációs eszköz