Das Open Source Framework ROS bietet mit seiner Offenheit und Modularität eine ideale Grundlage für industrielle Service-Robotik-Applikationen.

Das Open Source Framework ROS bietet mit seiner Offenheit und Modularität eine ideale Grundlage für industrielle Service-Robotik-Applikationen. Pilz

ROS, das steht für Robot Operating System, ist ein Open Source Framework, um Software für Robotik-Anwendungen zu schreiben. Dieses Programmiergerüst besteht aus einer Sammlung von Funktionalitäten, Treibern sowie einer Kommunikationsschicht. Programmierer erstellen in diesem „Rahmen“ eigene Pakete. Die fertigen ROS-Pakete stellen bestimmte Funktionalitäten und Treiber dar und werden den Anwendern zur Verfügung gestellt. Beispielsweise kann das eine Bahnplanung sein, die vom Anwender an die individuelle Applikation, etwa eine Pick-and-Place-Anwendung angepasst wird. Die einzelnen Pakete sind modular und dadurch vielseitig für die Hardware unterschiedlicher Hersteller einsetzbar.

Gemeinsam ans Ziel

Entstanden ist ROS im universitären und forschenden Umfeld. Dort hat es sich zum Standard für Forschungsprojekte innerhalb der Robotik entwickelt. Ein Vorteil des Open Source Frameworks ist die Zusammenarbeit in der ROS-Community mit Spezialisten aus verschiedenen Bereichen. Gemeinsam sind sie in der Lage auch komplexe Robotik-Anwendungen zu programmieren. Diese Online Community arbeitet zusammen an den ROS-Paketen und unterstützt sich gegenseitig. Dazu gehört beispielsweise die ausführliche Dokumentation der Pakete, das Bearbeiten von sogenannten Pull-Requests, also Anfragen zur Zusammenführung des Codes von mehreren Programmierern, und das Erstellen von Tutorials.

Gerüstet für die Industrie

Die Vorteile von ROS umfassen neben dem Open Source Charakter, also der offenen Verfügbarkeit des Quelltextes, die Verwendung von modernen Programmiersprachen wie Python oder C++. Damit bietet ROS eine ideale Grundlage für komplexe industrielle Applikationen. ROS bietet das ideale Framework für Applikationen, in denen verschiedene Sensoren und Aktoren beliebiger Hersteller unterschiedliche Aufgaben übernehmen und komplexe Algorithmen die Entscheidungen treffen. Dafür wird eine standarisierte Kommunikationsschicht benötigt. ROS lässt sich also herstellerübergreifend einsetzen und bietet – ganz im Sinne von Industrie 4.0 – ein vernetztes, interoperables System.

ROS by Pilz

Anwender können mit den Service Robotik Modulen ihre individuelle Service-Robotik-Applikation zusammenstellen.

Anwender können mit den Service Robotik Modulen ihre individuelle Service-Robotik-Applikation zusammenstellen. Pilz

Mit seinen Pilz Service Robotik Modulen hat der Automatisierungsexperte Pilz aus Ostfildern auf der Automatica 2018 einen Baukasten vorgestellt, aus dem sich Anwender ihre individuelle Robotik Applikation zusammenstellen können. Das funktioniert nur dank Offenheit und den passenden Schnittstellen. Deshalb nutzt Pilz ROS für seine Service Robotik Module. Dabei umfassen ROS Module Pakete, die als Robotersteuerung für das Manipulator-Modul notwendig sind. Viele Roboterhersteller lassen ihre ROS Pakete von Forschungseinrichtungen entwickeln. Im Fall von Pilz kommen die Pakete dagegen direkt vom Hersteller und ROS übernimmt die Steuerung – und nicht nur das Absetzen von Befehlen an die herstellerspezifische Robotersteuerung. Die Antriebselektronik ist im Manipulator integriert und reagiert direkt auf die Sollwerte von ROS. Das bietet dem Kunden alle Freiheiten bezüglich der Bahn- und Bewegungsplanung. Pilz unterstützt zudem aktiv die ROS Community, nicht nur durch Programmierung, sondern mit Pull-Requests und der Dokumentation von zentralem Code im ROS Wiki.

Anwenderfreundliche Offenheit

Die fertigen ROS-Pakete stellen bestimmte Funktionalitäten und Treiber dar. Das kann eine Bahnplanung sein, die vom Anwender an die Applikation, z.B. eine Pick-and-Place-Anwendung, angepasst wird.

Die fertigen ROS-Pakete stellen bestimmte Funktionalitäten und Treiber dar. Das kann eine Bahnplanung sein, die vom Anwender an die Applikation, z.B. eine Pick-and-Place-Anwendung, angepasst wird. Pilz

Wie profitiert der Anwender von der Offenheit? Dank unterstützenden Tutorials kann der Nutzer sich sehr schnell in die Pakete einarbeiten. Für Anwender, die die geläufigen Programmiersprachen aus der Industrie nicht kennen, ist es von Vorteil, das ROS Pakete unter anderem mit der Programmiersprache Python realisierbar sind. Denn Python gilt als einfach zu erlernen. Eine Python Programmierschnittstelle erlaubt außerdem die einfache Verwendung der MoveIt!-Schnittstelle – einem Tool zur Bahn- und Bewegungsplanung. MoveIt! plant anhand eines Umgebungsmodells und der Zielposition die Bahn des Manipulators. Pilz stellt die Roboterkinematik bereit, damit der Manipulator in der Visualisierung (RViz) oder in einer Simulationsumgebung (z.B. Gazebo) vor der Kaufentscheidung bewegt werden kann. Da die Applikation sehr früh modelliert werden kann, spart der Anwender Zeit und Kosten bei der Inbetriebnahme des realen Roboters. In Verbindung mit den Pilz Service Robotik Modulen ist anschließend eine schnelle Inbetriebnahme nach dem Plug-and-Play-Prinzip möglich. So erhalten Kunden ihre individuelle Service-Roboter-Applikation.

Standards für die industrielle Nutzung

Open Source birgt auch Herausforderungen: Grundsätzlich kommen ROS-Pakete innerhalb der Community von unterschiedlichen Autoren. Deshalb reichen die Pakete von undokumentierten Bausteinen bis zu professionellen und qualitativ hochwertigen Projekten. Ein hoher Qualitätsstandard seiner ROS Module ist Pilz sehr wichtig, deshalb wird die Software nach den industriellen Qualitätskriterien und den Anforderungen des ROS Industrial Consortiums entwickelt und getestet. Das ROS Industrial Consortium ist ein Zusammenschluss von Industrieunternehmen, die ROS für Anwendungen in der Industrie einsetzen und fördern wollen. Die Initiative zählt weltweit rund 40 Mitglieder vom Startup bis zum Konzern und von Forschungseinrichtungen bis zum industriellen Endanwender. In Europa werden die Aktivitäten vom Fraunhofer IPA koordiniert. Durch die Mitgliedschaft im ROS Industrial Consortium, die Kooperation mit Forschungseinrichtungen und die Mitarbeit an ROSIN, einem EU-geförderten Projekt zur Erhöhung der Qualität von ROS, setzt Pilz Standards für die Nutzung im industriellen Bereich.

Baukasten für Service-Robotik

Die Pilz Service Robotik Module umfassen zu Beginn das Manipulatormodul PRBT, das Steuerungsmodul PRCM sowie das Bedienmodul PRTM und ROS-Module.

Die Pilz Service Robotik Module umfassen zu Beginn das Manipulatormodul PRBT, das Steuerungsmodul PRCM sowie das Bedienmodul PRTM und ROS-Module. Pilz

Mit den Service Robotik Module von Pilz können sich Anwender ihre individuelle Service-Roboter-Applikation zusammenstellen. Die Module umfassen zu Beginn das Manipulatormodul PRBT, das Steuerungsmodul PRCM sowie das Bedienmodul PRTM und die ROS Module. Wesentliche Merkmale sind Offenheit, des Software-Frameworks ROS, anwenderfreundliche Bedienung und schnelle Inbetriebnahme. Manipulatormodul, Steuerungsmodul sowie Bedienmodul bilden zusammen ein von der DGUV zertifiziertes Paket nach ISO10218-1 und bringen damit alle Voraussetzungen für die Umsetzung sicherer Roboterapplikationen mit. Das erleichtert den Weg zur obligatorischen CE-Kennzeichnung. Zu den Einsatzgebieten gehören beispielsweise Pick-and-Place-Anwendungen sowie modulare Roboterzellen in der Industrie. Das sechsachsige Manipulatormodul ist ein von Pilz entwickelter Roboterarm mit einer Traglast von 6 kg und einem Gewicht von 19 kg.

SPS IPC Drives 2018: Halle 9, Stand 370