برنامه نویسی ربات های صنعتی
برنامه نویسی رباتیک چیست ؟ هر آنچه باید بدانید فرادرس مجله
اپراتور میتواند از طریق پنل در نقاط موردنظر بهصورت تعاملی حرکت کند. این شیوه بهدلیل سادگی و بصریبودن یکی از محبوبترین شیوههای برنامهنویسی رباتهای صنعتی بهخصوص در رباتهای مشارکتی است. در این بخش نحوه استفاده از یک فریمورک توسعه ربات پایتون برای توسعه نرمافزار کنترلی رباتی شبیهسازی شده آموزش داده میشود. زبان برنامه نویسی پایتون یکی دیگر از زبانهای برنامه نویسی رباتهای صنعتی است و یکی از سادهترین زبانهای برنامه نویسی برای یادگیری و در عین حال یکی از محبوب ترین زبانها در کنار زبانهای C و ++C است. در این مقاله به بررسی زبان برنامه نویسی ربات های صنعتی، بهترین زبان، روش برنامه نویسی رباتهای صنعتی و بهترین روشها برای برنامه نویسی رباتهای صنعتی خواهیم پرداخت. در طول این فرآیند یک اپراتور به طور فیزیکی یک ربات را از طریق یک کار مورد نظر حرکت می دهد.
این زبان میتواند انتخابی مناسب برای ساخت برنامههای کاربردی و پیچیده باشد. البته هزینههای کتابخانه Java بالاست به همین دلیل نمیتوان از اولویتها برای برنامهنویسی رباتیک باشد. در واقع یک ماشین مجازی Java دستورت این زبان را تفسیر میکند و به کدها اجازه میدهد بر روی رایانه رباتها اجرا شوند. دسترسی های Java طوریست که اپراتور خیلی راحت میتواند مطابق با نیازهای خود انواع الگوریتمها ایجاد کند. طبق آمار Python با 14.82 درصد در جایگاه اول محبوبترین زبان برنامهنویسی رباتیک قرار دارد. این زبان یکی از سادهترین زبانهای برنامهنویسی برای یادگیری و استفاده است.
برنامه نویسی یک جنبه کلیدی برای هر سیستم روباتیک و ربات های صنعتی است. این اطلاعات مهم را به یک ربات صنعتی منتقل می کند و آن را قادر به عملکرد و انجام وظایف ویژه می کند. برنامه نویسی رباتیک زمانی بسیار پیچیده و دلهره آور تلقی می شد زیرا به خطوط پیچیده کد نیاز داشت. خوشبختانه، پیشرفتها در رباتیک منجر به توسعه روشهای برنامهنویسی دیداری شده است که حتی برای تازهکارترین اپراتورها نیز کاربرپسند هستند. این برنامهها میتوانند شامل شروط، حلقهها، رویدادها و عملگرهای منطقی باشند.
تمام برنامه نویسیها باید به گردشهای کاری خاص تجزیه شوند و همچنین باید به گونهای باشند که به راحتی درک شوند. یک برنامه نویس آفلاین به رباتها یا سایر برنامه نویسان اجازه میدهد تا دادههای برنامه و مسیر را مستقیماً از مدل قطعاتی که در حال پردازش هستند، ایجاد کنند. برنامه نویسی با استفاده از خود ربات انجام شده، به این معنا که ربات نمیتواند به صورت مولد عمل کند. برنامه نویسان یا اپراتورها، از آویز آموزشی استفاده میکنند که یک جعبه کنترل به منظور برنامه ریزی حرکات یک ربات است. گزینههای برنامه نویسی همه منظوره مانند ROS Industrial، در سالهای اخیر، محیط های برنامه نویسی استانداردتری را ارائه دادهاند.
Arduino نیز به طور مکرر برای کنترل ربات در سطح پایین استفاده میشود. روشهایی که در بالا به آن اشاره شد، رایجترین روشهایی هستند که تنظیم برنامه نویسی ربات های صنعتی به وسیله این روشها انجام میشود. این روش توسط بسیاری از تکنسینهای ربات صنعتی، مورد استفاده قرار میگیرد. با اینکه این روش بسیار محبوب است، تعداد کمی از شرکتها از آن استفاده میکنند.، چون هنوز در مرحله اولیه پیشرفت است. از جمله مزایای این زبان برنامهنویسی برای کنترل رباتهای یاسکاوا، میتوان به تعریف انواع متغیرها، وجود توابع شرطی آماده و… اشاره کرد. شبیهسازی در برنامهنویسی رباتیک بسیار مهم است چرا که باعث میشود قبل از پیادهسازی کدها در محیط فیزیکی آنها در محیط مجازی آزمایش کرد.
دسترسی مستقیمی که این زبان به قسمتهای مختلف سیستم مثل حافظه میدهد باعث میشود تا اپراتور بتواند کدهایی مفید بنویسد. طراحی و ساخت ربات یک چیز است ولی زندهکردن و پویایی ربات چیز دیگری است. دقیقا اینجاست که زبان برنامهنویسی رباتهای صنعتی اهمیت پیدا میکند. در واقع این زبانها هستند که باعث میشوند ماشینها به همان نحوهای که انسان فکر میکند وظایف خود را انجام بدهند. تعداد زبانهای برنامهنویسی رباتهای صنعتی زیاد است و خیلی از رباتها زبان برنامهنویسی مخصوص خود را دارند. در ادامه به برخی از محبوبترین این زبانها و علت محبوبیت آنها میپردازیم.
این شامل تصمیمگیری در مورد حسگرها، محرکها و سیستمهای خارجی است که ربات با آنها تعامل خواهد داشت. نقطه مرکز ابزار ربات میتواند در طول محورهای X، Y یا Z سیستم مختصات جهانی ربات حرکت کند. چرخش ابزار حول این محورها نیز بهآسانی و با استفاده از این سیستم مختصات انجام میشود. در این نوع تعریف، سیستم مختصات جهانی ربات معمولاً در پایه ربات تعریف میشود. برای تنظیم برنامهریزی و برنامهنویسی در این حالت، اپراتور تعدادی سوئیچ و توقفهای سخت را تنظیم میکند. این حالت به همراه دستگاههای دیگری مانند کنترلهای منطقی که قابل برنامهریزی هستند، استفاده میشود.
رباتهای خدماتی در محیطهای غیرصنعتی کار میکنند و به انسانها در فعالیتهای روزمره کمک میکنند. سادهگی و سرعت برنامهنویسی با استفاده از این رویکرد انتقال از یک محصول یا فرآیند به فرآیند دیگر را تسهیل کرده و به رباتها کمک میکند تا مقرونبهصرفه و بسیار انعطافپذیر باشند. برای اطلاع بیشتر درباره برنامهنویسی آنلاین و آفلاین رباتهای صنعتی با تیم حرفهای تی اس ویژن تماس بگیرید. اما برنامهنویسی آفلاین، نیاز به استفاده از حرکات ربات برای ایجاد یک برنامه را برطرف میکند و برنامهنویسی را به یک محیط مجازی منتقل میکند. برنامهنویس هنوز کد را مینویسد، اما همه این موارد درون یک مدل مجازی از ربات انجام میشود. مختصات ابزار، سیستم مشابه سیستم مختصات جهانی است، ولی با این تفاوت که محورهای ربات به نقطه مرکز ابزار (TCP) متصل هستند و بنابراین با آن حرکت میکنند.
رباتهای صنعتی معمولاً در محیطهایی که ارتباط با سیستمهای دیگر مهم است، عمل میکنند. برنامهنویسان باید قادر باشند برای رباتهای صنعتی سیستمهای ارتباطی را طراحی و پیادهسازی کنند، مانند استفاده از پروتکلهای شبکه، اتصال به سرورها و سیستمهای ابری، و ارسال و دریافت دادهها از راه دور. محققین آزمایشگاه رسانه MIT این زبان برنامه نویسی ساده را طرحی کرده اند. اسکرچ به طور خاص برای برنامه نویسی کودکان و نوجوانان عرضه شده تا مهارت های لازم برای ورود به صنعت رباتیک را فرا بگیرند.برنامه نویسی ربات با اسکرچ نوعی زبان برنامه نویسی بصری و بلوکی است. آموزش ها به گونه ای طراحی شده تا کودکان بتوانند با آن ارتباط برقرار کنند. برنامه نویسی رباتیک با اسکرچ بسیار جذاب است و با شرایط ذهنی و توانایی های کودک هماهنگی دارد.
برنامه نویسی ربات های صنعتی یا همان رباتیک صنعتی، فرایند طراحی، توسعه و برنامهریزی رباتها برای استفاده در صنعت و بخصوص در محیطهای صنعتی است. این رباتها میتوانند در فعالیتهای مختلفی مانند اتوماسیون خطوط تولید، جابجایی و مناقصهای، حمل و نقل، جستجو و نجات، بررسی و تعمیرات، جراحی و دیگر کاربردهای صنعتی به کار گرفته شوند. برای رباتهای صنعتی، نیاز است که یک سیستم کنترلی قدرتمند و پیچیده برای کنترل حرکتها، حسگرها و اعمال مکانیکی ربات طراحی شود. برنامهنویسی ربات شامل نوشتن کدها و الگوریتمها است که به ربات اجازه میدهد با محیط ارتباط برقرار کند و وظایف مشخصی را انجام دهد. این کدها معمولاً با استفاده از زبانهای برنامهنویسی مانند C++، Python یا Java نوشته میشوند. در دنیای صنعت، رباتهای صنعتی بهعنوان ستون فقرات صنایع مدرن شناخته میشوند.
در این مورد به خصوص، سختافزار مربوطه شامل حسگر حرکتی، دوربین و کامپیوتری میشود که پایگاه داده حاوی تصاویر افراد آشنا و مجاز را در خود نگهداری میکند. این کامپیوتر مخصوصاً برای اجرای عملیات بسیار ساده باز کردن قفل در مورد نیاز خواهد بود. چنین رباتهایی روی سختافزارهای مختلفی مثل کامپیوترها، تبلتها و گوشیهای هوشمند قابل اجرا و استفاده هستند. هیچ یک از این رباتهای تجارت ارز در فارکس، دارای بدنه فیزیکی نیستند، بلکه تنها الگوریتمهایی به حساب میآیند که برای تجارت ارزهای مختلف مطابق با قوانین تعیین شده به کار گرفته میشوند. البته به رباتهای نرمافزاری بیشتر «بات» (Bot) گفته میشود که در مطلب «رباتیک چیست» هم به این نکته اشاره شده است.
C++ کنترل و عملکرد بهتری را فراهم میکند و از نظرپردازش و سازگاری با برنامهنویسی سطح پایینبرتری دارد. سیستمهای هوش مصنوعی و بینایی ماشین میتوانند به طور مؤثری به حل این مشکل کمک کنند. سپس اپراتور پارامترهایی را که ربات باید رعایت کند (زاویههای کار و سفر، انحرافات، بافت، و غیره) انتخاب میکند. الگوریتمهای ریاضی به طور خودکار مسیرهای ربات را تولید میکنند، معمولاً در چند دقیقه یا حتی کمتر. این حالت تنظیم برنامه نویسی ربات های صنعتی، بیشتر اوقات در تحقیقات رباتیک بهکار میرود. این تحقیقات برای اطمینان از درستی عملکرد الگوریتمهای پیشرفته، قبل از آزمایش آن روی ربات واقعی کاربرد دارد.
تنها راهی که می توانید تولید را به مدت 24 ساعت ادامه دهید، شیفت کاری است. از سوی دیگر، رباتها میتوانند برای روزها بدون حتی یک استراحت کار کنند. یک سلول کاری مونتاژ هوشمند می تواند کاری انجام دهد که معادل 4 نفر کار همزمان باشد. مشاغل ساختمانی کار فشرده هستند و ماشین آلات سنگین زیادی را شامل می شوند که می تواند برای کارگران انسانی خطرآفرین باشد. قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی مضر نیز می تواند تأثیرات مضری بر سلامت افراد داشته باشد. بازوهای روباتیک صنعتی تا حد زیادی این خطر را کاهش داده اند، زیرا آنها می توانند در هر شرایطی کار کنند زیرا آنها ماشین های بی جان هستند.
قابلیتها و ویژگیهای خاص پیادهسازی شده به ربات Khepera III مربوط میشوند، اما میتوان به سادگی این قابلیتها را در ربات جدید Khepera IV هم به کار گرفت. ربات های صنعتی به نوعی از ربات ها گفته می شود که منحصراً به عنوان ربات های تولیدی استفاده می شود. آنها خودکار و قابل برنامه ریزی با قابلیت حرکت در امتداد سه یا چند محور هستند. به طور خلاصه، آنها بازوهای رباتیکی دارند که می توانند به اطراف بچرخند. کارهای معمولی که این ربات های صنعتی درگیر هستند عبارتند از جوشکاری، رنگ آمیزی ماشین آلات دیگر، مونتاژ، بسته بندی، و برچسب زدن، از جمله وظایف دیگر.
حتی در برخی جاها، به کارگیری خدمات ربات ها در یک شغل حساس که همان است، جزء الزامات است بسته بندی و انبارداری. مزایای استفاده از ربات ها در فرآوری مواد غذایی احتمال آلودگی کمتری وجود دارد زیرا روباتها دقیق و سریع هستند. قرار دادن غذا در بخش ها و اندازه های مناسب نیز به ویژگی بارز آن تبدیل شده است پردازش رباتیک مواد غذایی. صنایعی که از ربات ها در تولید استفاده می کنند تولید به صورت تصاعدی افزایش یافته است. تا زمانی که آنها به طور منظم سرویس می شوند، صرف نظر از اینکه شرایط چقدر سخت باشد، به کار مداوم خود ادامه می دهند. همین موضوع را نمی توان در مورد کارگران انسانی مستعد ابتلا به بیماری و خستگی گفت که در نهایت بر تولید آنها تأثیر می گذارد.
این تیکرها امکان شمارش و بررسی تعداد چرخش هر یک از چرخهای ربات را به ما میدهند؛ به این صورت که هر چرخش رو به جلوی یک چرخ برابر با ۲۷۶۵ تیک است. البته مدل جدیدتر آن دارای ۸ حسگر مادون قرمز و ۵ حسگر مجاورتی فراصوت است که به صورت دور تا دور در هر جهت تعبیه شدهاند. حسگرهای بیشتری در جلوی ربات نسبت به پُشت آن وجود دارند، زیرا معمولاً اینکه ربات بداند چه چیزی در مقابلش قرار دارد نسبت به آگاهی داشتن نسبت آنچه پُشت آن قرار گرفته اهمیت بیشتری دارد. به علاوه، رباتها ممکن است با حسگرهای خارجی ارتباط داشته باشند که در خصوص مواردی که خودشان مستقیماً نمیتوانند مشاهده کنند به آنها اطلاعات میدهند. شبیهسازی که برای این آموزش ساخته شده، به زبان پایتون نوشته شده است و به طور بسیار هوشمندانهای مشابه شبیهساز «Sobot Rimulator» است که میتوان آن را در گیتهاب یافت [+].
این زبانها، اغلب کارآمد و قدرتمند هستند و هر برنامه نویس یا دولوپری (Developer) که میخواهد با رباتها کار کند، باید آنها را فراگرفته باشد. اگر یک برنامه نویس بداند که چگونه با یک برند خاص ربات کار کند، ممکن است نتواند با برند دیگری کار کند. دستورالعملها به سیستم کنترل ربات وارد میشود، سپس موتورها یا محرکهای موجود در هر محور را به حرکت در میآورد. تمام حقوق این سایت برای شرکت اتوماسیون صنعتی فریان faryan industrial group محفوظ است. پس از آزمایش و بهینهسازی برنامه، میتوان آن را بر روی ربات واقعی پیادهسازی کرد.
لازم است حتی برای سادهترین کارهای مربوط به رباتها، یک یا بیش از یک زبان برنامه نویسی را مثل C++ ،C، پایتون، LISP یا جاوا مورد استفاده قرار داد. میکروکنترلر آردوینو از یک زبان برنامه نویسی مبتنی بر C استفاده می کند و راهی عالی برای یادگیری اصول اولیه این زبان مهم در حین انجام روباتیک عملی است. از زمان ظهور رابطهای گرافیکی فرآیند برنامهریزی رباتها بسیار سادهتر و کاربرپسندتر شده است. در واقع رابطهای گرافیکی میتوانند برنامهنویسی ربات را بدون نوشتن کد انجام دهند. یعنی افرادی که تخصصی نسبت به این فرآیند پیچیده و دقیق ندارند میتوانند از این شیوه استفاده کنند. به بیان دیگر، برنامه نویسی ربات شبیهسازی شده، مشابه برنامه نویسی ربات واقعی است.
برنامه نویسی ربات های صنعتی، بخش از خدمات شرکت اتوماسیون صنعتی فریان است. این کمپانی، زبان برنامهنویسی RAPID که بسیار قدرتمند است را در سال۱۹۹۴ به همراه کنترلرS4 وارد بازار کرد. از مزایای این زبان برنامهنویسی، میتوان به انواع روتین و توابع آماده اشاره کرد که برنامهنویسی ربات را تا حد زیادی آسان میکند. همچنین آموزش این حرکت میتواند بهوسیله یک مدل، با پوشیدن بازوی ربات نیز آموزش داده شود. برای مثال رباتهای نقاشی، توسط نقاشهای ماهر با این روش برنامهنویسی میشوند. برای تنظیم حالت برنامه نویسی ربات های صنعتی در این روش، تمام مفصلهای ربات بهطور همزمان حرکت میکنند.
ربات ها قابل اطمینان و سریع هستند و همه اطلاعات مشتریان را جمع آوری می کنند.برنامه نویسی رباتیک پیش از این توسط فیسبوک مورد توجه قرار گرفت. تلگرام نیز از این تکنولوژی عقب نمانده و ربات تلگرام در این پلتفرم نیز استفاده می شود. ربات های تلگرامی برنامه های سوم شخص هستند که با کاربران ارتباط موثر دارند. بیش از 500 میلیون کاربر تلگرام روزانه با این ربات ها در حال تعامل هستند. چت بات ها همان ربات های تلگرامی هستند که از جدیدترین تکنولوژی های روز به حساب می آیند. بهترین زبانهای برنامهنویسی رباتیک شامل C/C++، Python، Java و C# هستند.
وجود کتابخانهای که در آن استانداردهایی مثل جریانها، رشتهها، الگوریتمها و اشارهگرها تعریف شده است میتواند کدنویسی را راحتتر کند. با استفاده از C++ میتوان مفاهیم شیگرا را مثل اشیا، کپسولهسازی و چندشکلی را تعریف کرد. استفاده از این زبان بدون دردسر است چرا که یکی از سازگارترین زبانهای برنامهنویسی رباتیک با انواع مختلفی از سیستمها است. در واقع در برنامهنویسی رباتهای صنعتی دستورالعملهای خاصی برای ربات تعریف میشود. این دستورالعملها به ربات میگوید وظیفهاش چیست و چطور باید این وظیفه را انجام دهد. این دستورات سیستم ربات را کنترل کرده و بر حرکت موتور و سایر اجزا نظارت میکند.
در تصویر زیر نرم افزار کمپانی فانوک با نام Roboguide قابل مشاهده میباشد. بله؛ رباتهای صنعتی بسیار انعطافپذیرند و میتوان آنها را برای کارهای مختلف مجددا برنامهنویسی کرد. حالا که از اهمیت این موضوع باخبر شدید، ممکن است قصد داشته باشید یک ربات با برنامهنویسی منحصربهفرد به خط تولید خود اضافه کنید و یا برنامهنویسی ربات خود را تنظیم کنید. راهکار چیست؟ ارتباط با کارشناسان کاربلد مجموعه ما میتواند شما را در مسیر درست یاری کند. در برنامهنویسی به روش پیشرو، ربات به صورت فیزیکی به وسیله اپراتور حرکت میکند. یک دلیل منطقی برای منسوخ شدن این روش این است که امروزه، رباتهای بزرگی در صنعت رایج شدند که حرکت دادن آنها بهوسیله اپراتور، تقریبا غیرممکن است.
یکی از مهمترین تاثیرات رباتهای صنعتی بر بازار کار، کاهش نیاز به نیروی کار انسانی برای انجام وظایف تکراری و خطرناک است. همچنین با توسعه صنعت رباتیک در ایران، انتظار میرود که صنایع داخلی نیز از این فناوریها بهرهبرداری کنند و رشد اقتصادی کشور را تسریع بخشند. از آنجایی که آنها رایج ترین روش برنامه نویسی هستند که اکثر تکنسین ها با آنها آشنا هستند، بنابراین ممکن است به آموزش کمی نیاز باشد. علاوه بر این، اکثریت قریب به اتفاق رباتهای صنعتی دارای تیچ پندانت هستند که راهاندازی روباتها را بدون نیاز به خرید یا ادغام نرمافزار برنامهنویسی دیگر آسان میکنند. مزیت دیگر این دستگاه ها این است که امکان موقعیت یابی خاص را فراهم می کنند.
این ابزار یک نرمافزار پیشرفته تولید به کمک کامپیوتر (CAM) است که توسط شرکت SprutCAM Tech Ltd. توسعه یافته و برای برنامهنویسی آفلاین ماشینهای CNC و رباتهای صنعتی طراحی شده است. این نرمافزار با ارائه رابط کاربری کاربرپسند و قابلیتهای گسترده، امکان برنامهریزی عملیات ماشینکاری چندمحوره، برش، EDM و دیگر فرآیندهای تولیدی را فراهم میکند. این زبان برنامه نویسی رباتهای صنعتی، یک مدل رویداد محور را ارائه میدهد. PLC یک کامپیوتر صنعتی است که به طور خاص برای کنترل فرایندهای صنعتی و اتوماسیون صنعتی طراحی شده است. با استفاده از سیگنالهای ورودی از سنسورها و دستگاههای جانبی، PLC میتواند حرکات ربات را کنترل کند. برنامهنویسان میتوانند الگوریتمها و شرایط مختلفی را برای حرکتهای ربات در PLC برنامهریزی کنند.
رباتیک صنعتی امروز به لطف فناوریهای جدیدی مانند اینترنت اشیا در صنعت و صنعت 4.0 به اوج جدیدی رسیده است. ربات پارس توانسته است در زمینه طراحی و ساخت ربات های صنعتی و اجرا و راه اندازی خطوط تولید صنعتی رباتیک در صنایع گوناگون فعالیت کند. مدارها، عنصر مهمی در رباتیک هستند و HDL نقشی کلیدی در برنامه نویسی رباتیک دارند. برنامهنویسی رباتها میتواند بسیار پیچیده باشد، بهویژه زمانی که با سیستمهای زمان واقعی، ادغام حسگرها و هماهنگی چند رباتی سروکار داریم. ابزارهای محبوب برای برنامهنویسی ربات شامل کامپیوتر Raspberry Pi است که میتواند با ابزارهای جانبی مانند دوربینها برای عملکرد بینایی ماشین متصل شود.
آموزش برنامهنویسی رباتهای ABB و جوشکاری با ربات یکی از زمینههایی است که بسیاری از کارخانهها برای افزایش بهرهوری و کاهش خرابیها به آن اهمیت میدهند. رباتهای صنعتی اولین بار در دهه 1950 میلادی به کار گرفته شدند، اما با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی، عملکرد آنها بسیار پیشرفتهتر شد. از جمله پیشرفتهای اصلی میتوان به افزودن بینایی ماشین و هوش مصنوعی در رباتیک اشاره کرد که موجب شدند رباتها از وظایف ساده مکانیکی به وظایف پیچیدهتر مانند جوشکاری و مونتاژ پیشرفت کنند. در ادامه با بهترین زبانهای برنامه نویسی رباتهای صنعتی آشنا خواهیم شد. با پیشرفت تکنولوژی و نیاز روزافزون به اتوماسیون صنعتی، رباتهای صنعتی نقش بسیار مهمی در بهبود بهرهوری و کاهش هزینهها در صنایع مختلف ایفا میکنند. یکی از برندهای معتبر در این حوزه، ربات یاسکاوا است که با دقت و قابلیتهای بالای خود، کاربردهای گستردهای در صنایع دارد.
برنامه نويسي چيست