Analysis of the language component in software products of collaborative robotics for solving technological tasks

Технічна інженерія DOI: https://doi.org/10.26642/ten-2023-1(91)-50-56 УДК 681.2 А.Р. Кравчук, аспірант Державний університет «Житомирська політехніка» Аналіз мовної складової в програмних продуктах колаборативної робототехніки для вирішення технологічних завдань (Представлено: д.т.н., проф. Кирилович В.А.) На фоні всезростаючого попиту на колаборативну робототехніку змістом статті є висвітлення загальних проблем, які виникають під час програмування колаборативних промислових роботів. Виконано стислий аналітичний огляд мов програмування, які можуть забезпечити розв’язання ряду задач колабаротивної робототехніки в цілому і в тому числі в механоскладальних виробництвах машино- та приладобудування. Проведено загальний аналіз мов програмування C++, Java та Python щодо їх переваг, недоліків та особливостей застосування в процесі програмування колаборативних роботизованих систем. Узагальнено представлено вказану вище інформацію у вигляді таблиці, де стисло вказано аналізовані особливості зазначених мов програмування та розділено їх на підгрупи для кращого сприйняття інформації. Результати проведеного аналізу мов програмування C++, Java та Python на основі доступних інформаційних джерел показали, що на сьогодні не існує універсальної мови програмування, яка б могла забезпечити виконання найпоширеніших вимог у колаборативній робототехніці у виробничій сфері. Проте розвиток колаборативних технологій та вказаних вище мов програмування невпинно продовжується завдяки інженерним та дослідницьким спільнотам, open source проєктам та стартап-проєктам, які активно засвоюють та розвивають нові інформаційні технології і впроваджують їх в колаборативні технології. Ключові слова: робототехніка; колаборативність; промисловий робот; програмування; мехатроніка; кінематика; автоматизація; гнучке виробництво. Актуальність теми. На сучасному етапі розвитку промислового виробництва промислові роботи (ПР) стають все більш затребуваними на різногалузевих виробництвах завдяки своїй високій функціональності, продуктивності, надійності тощо. Цей тип технологічного обладнання позитивно зарекомендував себе в автоматизованих технологічних процесах у різних галузях, в тому числі в приладо- та машинобудуванні. Хоча застосування ПР та автоматизація забезпечує високу ефективність, продуктивність та безпеку виробництва, існують технологічні процеси, де замінити людину ПР неможливо. Саме тому зараз набуває популярності особливий вид ПР, який розроблений для спільної роботи з людиною, що дає можливість зайняти вільну нішу в різноманітних технологіях, де класичні ПР не задовольняють вимоги, а людина малоефективна (непродуктивна). Такий вид ПР називається колаборативний промисловий робот (КПР). Тому парадигма сучасної промислової робототехніки у частині її колаборативності передбачає все більш зростаючу роль людини при реалізації відповідних технологічних процесів [1, 2]. Популярність КПР щорічно зростає, а статистичні дані Міжнародної федерації робототехніки (International Federation of Robotics – IFR) (рис. 1) вказують на зростання їх попиту на світовому ринку близько 50 % у період з 2020 до 2021 року [3]. Рис. 1. Діаграма зростання кількісті продажів ПР та КПР на світовому ринку [3] © А.Р. Кравчук, 2023 50 ISSN 2706-5847 № 1 (91) 2023 Колаборативні роботизовані технології перш за все знаходять широке застосування у невиробничій сфері, в так званій сфері обслуговуючої робототехніки (service robotics) [4], яка позитивно проявила себе в сфері медицини, маркетингу (рекламі), в соціальних сферах тощо. Проте саме в сучасних галузях приладо- та машинобудування колаборативна робототехніка найповніше розкриває серйозні перспективи широкого впровадження та подальшого розвитку. Однією з перспективних технологій з використанням КПР у співпраці з людиною є складальні або механоскладальні технології, які поєднують високу ефективність, гнучкість, надійність тощо. У колаборативній робототехніці, яка орієнтована на співпрацю між людиною та роботом, окрім спеціально розробленої апаратної складової, вирішальним фактором для досягнення ефективного функціонування системи є використання відповідних мов програмування та алгоритмів. Однак при виборі мови програмування для колаборативної робототехніки з’являється ряд проблем, що передбачає вирішення ряду техніко-технологічних завдань. Метою статті є стислі узагальнення змісту доступних інформаційних джерел щодо використання найбільш поширених мов програмування, що використовуються в наявних проблемно орієнтованих програмних продуктів з метою їх потенційного використання під час розв’язування задач промислової колаборативної робототехніки. Викладення основного матеріалу. Одною з головних проблем у колаборативній та класичній робототехніці є несумісність мов програмування між різними моделями ПР та КПР. Робототехніка на сьогоднішній день ще не має єдиної стандартизованої мови програмування, яка була б загальноприйнятою для всіх типів роботів. У найближчі роки навряд щось зміниться в цьому напрямі через бізнес, політику та ряд юридичних аспектів компаній-виробників. Майже кожна компаніявиробник ПР та КПР використовує власну мову програмування або власне програмне середовище, які функціонально та апартно адаптовані під конкретні моделі чи модельні ряди роботів. Також є зворотний ефект: конкретні моделі ПР та КПР відомих компаній-виробників працюють лише з офіційними програмними продуктами. Тобто, створена так звана закрита технічна система. Така ситуація ускладнює розробку програмного забезпечення, позв’язаного з колаборативною робототехнікою в різних її проявах. Зазвичай це призводить до використання декількох мов програмування або до використання специфічних інженерних рішень, наприклад, конвертація команд між різними мовами, використання додаткового комп’ютерного обладнання тощо. Іншою особливістю є необхідність інтеграції колаборативних технологій з іншими технологіями та системами. Колаборативна робототехніка може вимагати взаємодії з іншими системами, такими як комп’ютерні візуальні системи, штучний інтелект або хмарні сервіси [5–7]. Це ставить вимоги до мов програмування, які здатні до інтеграції та обміну даними з різними технологічними рішеннями. Окрім того, колаборативна робототехніка вимагає гнучкості та можливості легко адаптуватися до змінних умов та вимог. КПР повинні бути здатні до швидкої реконфігурації та зміни своїх функцій для виконання нових завдань або співпраці з новими користувачами. Тому мови програмування мають підтримувати гнучкість, модульність, легкість впровадження змін тощо. Ще одним важливим аспектом є доступність навчання та розробки програмного забезпечення для КПР. Мови програмування повинні мати зручні інструменти для розробників, які дозволяють швидко навчитися та впроваджувати програми для КПР. Це сприяє залученню більш широкого кола фахівців до розробки КПР. Узагальнюючи вказане вище, можна стверджувати, що використання мов програмування в колаборативній робототехніці має ряд невирішених взаємопов’язаних проблем. Несумісність мов програмуванн (...truncated)