شبیه سازی ربات؛ کاهش هزینه‌ها و افزایش سرعت پروژه‌ها

سرعت، قدرت، گاها ابعاد و همیشه قیمتِ بالای ربات‌های صنعتی ایجاب می‌کند که در مورد آن‌ها ریسک نکنیم! هر اشتباهی که در مورد انتخاب نوع ربات صنعتی، ایجاد تنظیمات و یا نحوه‌ی نصب ربات مرتکب شویم می‌تواند ده‌ها میلیون تومان خسارت به ما وارد کند. تازه این غیر از خسارتی است که از وقفه‌ی خط تولید می‌تواند متوجه کسب‌وکارمان شود. دقیقا به همین دلیل تولیدکنندگان ربات صنعتی برای این مشکل چاره‌ای اندیشیده‌اند و شبیه ساز ربات صنعتی را اختراع کرده‌اند. انواع نرم افزار شبیه سازی ربات این امکان را به ما می‌دهند تا همه‌ی اتفاقاتی که برای یک مدل خاص از ربات صنعتی می‌افتد به همراه فضای صنعتیِ اطرافش و کاربردی که قرار است ربات برای آن مورد استفاده قرار بگیرد را شبیه‌سازی کنیم.

در این مقاله می‌خواهیم نگاهی بیندازیم به اینکه شبیه سازی رباتیک چیست و چرا به شبیه ساز رباتیک نیاز داریم و در ادامه مروری بر شبیه‌سازهای رباتیکی که در جهان تولید شده‌اند داشته باشیم. پس اگر شما هم خوشبختانه به فکر اتوماسیون خط تولید افتاده‌اید، این مقاله را از دست ندهید.

شبیه ساز رباتیک چیست؟

شبیه‌سازی رباتیک یک فرآیند است که در آن یک محیط مجازی برای تست، طراحی، و آزمایش ربات‌ها و سیستم‌های رباتیک ایجاد می‌شود. این محیط‌ها معمولاً شامل ویژگی‌های واقعیت‌مجازی هستند که به برنامه‌نویسان و مهندسان این امکان را می‌دهند تا بدون نیاز به استفاده از ربات‌های فیزیکی، الگوریتم‌ها و کنترل‌های خود را تست کنند و بهینه‌سازی کنند. این فرآیند به کاهش هزینه‌ها و زمان مورد نیاز برای توسعه ربات‌ها کمک می‌کند.

استفاده از شبیه سازی سریع برای توسعه پروژه‌‌های رباتیک بسیار مفید است. و عملا به طراحان این اجازه را می‌دهد تا سریعا ایده‌های خود را ببینند و داده‌ها را به ربات واقعی انتقال دهند. استفاده از نرم‌افزار برای شبیه سازی وقت بسیاری را ذخیره می‌کند. و به طراح این امکان را می‌دهد تا احتمالات بیشتری را مد نظر قرار دهد. بنابراین کنترل زمان و کیفیت، نتیجه استفاده از نرم افزار شبیه سازی ربات است.

A robotics simulator places a virtual robot in virtual environments to test the robot’s software without requiring the physical robot. And the latest simulators can generate datasets to be used to train machine learning models that will run on the physical robots.

یک شبیه‌ساز رباتیک یک ربات مجازی را در محیط‌های مجازی قرار می‌دهد تا نرم‌افزار ربات را بدون نیاز به ربات فیزیکی آزمایش کند. و جدیدترین شبیه سازها می‌توانند مجموعه داده‌هایی را برای آموزش مدل‌های یادگیری ماشینی که روی روبات‌های فیزیکی اجرا می‌شوند، تولید کنند.

منبع:

blogs.nvidia.com

چرا به شبیه سازی رباتیک نیاز داریم؟

شبیه‌سازی رباتیک به چند دلیل اساسی ضروری است.

1- جلوگیری از اشتباه در انتخاب ربات

یکی از مهم‌ترین کاربردهای شبیه سازی ربات، این است که کسب و کارها بتوانند ربات مد نظر خود را در شرایطی که باید در آن کار کند بررسی کند. ربات‌ها باید برای شرایط متنوع و کاربردهای مختلفی قابل استفاده باشند. هم‌چنین انواع مختلفی از ربات برای کارهای مختلفی متناسب‌تر و بهینه‌تر هستند. بنابراین لازم است قبل از به‌کارگیری و خرید ربات از طریق شبیه‌سازی آن‌ها را بررسی کنید. شاید نتیجه‌ی شبیه‌سازی تصمیم شما را عوض کرد و شما تصمیم به خرید مدل دیگری از برند ربات مد نظر خودتان کردید. مثلا شاید شبیه سازی رباتیک تصمیم شما را عوض کرد و شما به‌جای استفاده از بازوی رباتیک تصمیم به استفاده از ربات اسکارا گرفتید.

2- کاهش هزینه‌ها

شبیه سازی ربات این امکان را فراهم می‌کند که الگوریتم‌ها و نرم‌افزارهای کنترلی بدون نیاز به ربات فیزیکی روی یک ربات در یک محیط مجازی تست و ارزیابی شوند. در صورت نیاز به نصب فیزیکی ربات این هزینه‌ها بسیار بیشتر هستند بنابراین شبیه‌سازی هزینه‌ی آزمایش را به شدت کاهش می‌دهد.

3- پیش‌بینی چالش‌ها

شبیه‌سازی به مهندسان این امکان را می‌دهد که محیط‌ها و شرایط مختلف را برای آزمون ربات‌ها شبیه‌سازی کنند. این امکان باعث می‌شود تا ربات‌ها بهتر بتوانند به چالش‌های واقعی در محیط‌های مختلف پاسخ دهند.

4- بررسی الگوریتم‌های جدید

شبیه‌سازی به محققان این امکان را می‌دهد که به صورت مکرر و با دقت ایده‌ها و الگوریتم‌های جدید را آزمایش کنند و بهبود آن‌ها را انجام دهند. این امر از اهمیت زیادی برای پیشرفت در زمینه رباتیک به عنوان یک حوزه پیچیده و تکنولوژیک است.

5- صرفه‌جویی در زمان

نصب یک یا چند سلول رباتیک و آزمایش آن‌ها نیاز به زمان دارد. این در حالی است که در اتوماسیون‌های تولید هر روز وقفه در شروع کار می‌تواند باعث ضرر قابل توجهی شود. استفاده از شبیه‌سازها این زمان را بسیار کاهش می‌دهد.

6- جلوگیری از هزینه‌های ناخواسته

قرار گرفتن ربات فیزیکی در فضای واقعی، قبل از محاسبات و شبیه‌سازی، می‌تواند دردسرساز باشد. برای این‌کار سرعت زیاد، برخورد غیرقابل پیش‌بینی و مشکلاتی از این قبیل می‌تواند باعث خساراتی به خود ربات، افراد یا محیط اطراف آن شود. با استفاده از شبیه‌سازی می‌توان از این خسارت‌ها جلوگیری کرد. با شبیه‌سازی سرعت مناسب و برنامه‌های حرکتی ربات تعیین شده و از طریق نرم‌افزار به ربات منتقل می‌شود تا طبق آن‌ها حرکات ربات تنظیم شود.

تفاوت شبیه‌ساز آفلاین و برنامه نویسی آنلاین ربات چیست؟

برنامه نویسی یک مرحله ضروری برای خودکارسازی برنامه ها با روبات های صنعتی است. یک برنامه رباتیک اساساً مجموعه ای از دستورالعمل ها برای چگونگی انجام یک کار خاص توسط یک ربات صنعتی است. برای اینکه FANUC Arcmate 120ic جوشکاری خودکار را انجام دهد، باید برنامه ریزی شود. اکثر برنامه نویسی رباتیک به صورت آنلاین انجام می شود، به این معنی که ربات از تولید خارج می شود و در حالت آموزش قرار می گیرد. برنامه نویسی آنلاین نیاز به حضور ربات دارد. در حالی که این رایج‌ترین روش برنامه‌نویسی است، ممکن است کاربردی‌ترین روش برنامه‌نویسی نباشد، زیرا می‌تواند شامل دوره‌های طولانی توقف باشد. در دنیای تولیدی پرشتاب امروز، بسیاری از شرکت ها نمی توانند بهره وری خود را کاهش دهند. بسیاری از شرکت ها نیز به دنبال انتقال به کارخانه های تمام اتوماتیک هستند. خوشبختانه، برنامه نویسی ربات از راه دور اکنون به واقعیت تبدیل شده است.

شبیه سازی آفلاین

برنامه نویسی ربات صنعتی از راه دور از طریق نرم افزار آفلاین امکان پذیر شده است. نرم افزار برنامه نویسی آفلاین رباتیک برنامه ها را از طریق رایانه شخصی توسعه می دهد. برنامه ها بدون دخالت ربات واقعی بر روی کامپیوتر ایجاد می شوند و می توانند از راه دور خارج از محیط تولید انجام شوند. دستورالعمل های برنامه از طریق رایانه شخصی نوشته می شود. یک تکرار سه بعدی از ربات و محیط کار از طریق شبیه سازی به منظور آزمایش و اشکال زدایی برنامه پس از نوشتن ایجاد می شود. پس از آزمایش و بهینه سازی برنامه، می توان آن را در ربات دانلود کرد.

مزایای شبیه‌سازی آفلاین یا برنامه‌نویسی از راه دور بر برنامه‌نویسی آنلاین چیست؟

. صرفه‌جویی در زمان

توانایی برنامه ریزی از راه دور بازوهای رباتیک به طور قابل توجهی زمان خرابی مربوط به توسعه برنامه را کاهش می دهد. ربات ها می توانند در حین توسعه برنامه های کاربردی جدید فعال بمانند. این امر بهره وری را بالا نگه می دارد و به ویژه برای شرکت هایی با حجم تولید بالا مفید است. Yaskawa MH50 می تواند برنامه جدیدی را در عرض چند ساعت به جای چند روز اتخاذ کند. تغییرات تولید می تواند با سرعت کمتری برای برنامه ریزی مجدد انجام شود.

. خط تولید چراغ خاموش (کارخانه تاریک)

برنامه نویسی از راه دور نیز برای کسانی که به دنبال راه اندازی یک مرکز تولید چراغ خاموش (خط تولید با کم‌ترین دخالت انسان) هستند مفید است. برنامه‌نویسی آفلاین به این معنی است که کارخانه‌ها می‌توانند بدون حضور کارگر کاملاً خودکار کار کنند. هنگامی که برنامه ها نیاز به تغییر یا تنظیم دارند، می توان از بیرون از محیط تولید این تغیرات یا تنظیمات را انجام داد.

. ایمنی

برنامه‌نویسی ربات‌ها از راه دور همچنین دقت و ایمنی برنامه‌های روباتیک را بهبود می‌بخشد زیرا می‌توان آن‌ها را از طریق شبیه‌سازی آزمایش و اشکال زدایی کرد. قبل از اینکه برنامه ها به صورت زنده گرفته شوند، کاربران می توانند آنها را اجرا کنند و می توانند هر گونه خطا را تصحیح کنند. این امر احتمال هرگونه برخورد، نقض مشترک و نتایج ضعیف را از بین می برد.

مهم‌ترین نرم افزارهای شبیه ساز رباتیک کدامند؟

نرم افزارهای آفلاین مختلفی برای برنامه نویسی رباتیک از راه دور وجود دارد. هر چهار تولید کننده بزرگ رباتیک نرم افزار برنامه نویسی آفلاین خود را توسعه داده اند که معمولاً به عنوان گزینه با روبات های صنعتی آنها در دسترس است.

نرم افزار آفلاین شرکت فانوک،  ROBOGUIDE نام دارد.

نرم افزار آفلاین Yaskawa Motoman برنامه MotoSim آنهاست.

https://www.youtube.com/watch?v=WPFEEt8AeTQ

شبیه ساز رباتیک motosim

RobotStudio نرم افزار برنامه نویسی آفلاین است که توسط ABB توسعه یافته است.

در حالی که KUKA سه برنامه نرم افزار آفلاین مختلف، KUKA.OfficeLite، KUKA.Sim و SafeOperation را توسعه داده است.

همچنین چندین نرم افزار آفلاین مختلف وجود دارد که توسط شرکت های شخص ثالث توسعه یافته اند که در ادامه به آن‌ها خواهیم پرداخت.

برنامه نویسی ربات از راه دور از طریق نرم افزار آفلاین می تواند ROI ربات شما را به حداکثر برساند. کاهش زمان بیکاری و خطاهای برنامه نویسی عملکرد ربات های صنعتی را بهینه می کند و امکان بهره وری بیشتر را فراهم می کند.

انواع مدل‌های شبیه ساز ربات صنعتی

در اینجا به لیستی از شبیه‌سازهای رباتیک اشاره خواهیم کرد:

MotoSim EG (FANUC)

این شبیه‌ساز برای ربات‌های یاسکاوا طراحی شده است و امکانات متنوعی برای تست و طراحی فرآیندهای صنعتی فراهم می‌کند.

https://www.youtube.com/watch?v=mI3uVEgAoJY

فضای شبیه سازی ربات یاسکاوا در شبیه ساز Motosim

ROBOGUIDE

این شبیه ساز رباتیک برای ربات‌های فانوک طراحی شده است.

RoboDK:

RoboDK یک ابزار آفلاین است که به برنامه‌نویسان ربات این امکان را می‌دهد تا برنامه‌های رباتیک را در محیط ۳D بنویسند و آن‌ها را بر روی ربات‌ها اجرا کنند. این ابزار همچنین قابلیت مدل‌سازی دقیق دستگاه‌های CNC را نیز فراهم می‌کند.

RobotStudio (ABB)

RobotStudio یک شبیه‌ساز قدرتمند برای توسعه و تست برنامه‌های رباتیک برای ربات‌های ABB است. این ابزار امکانات متنوعی برای تست و طراحی فرآیندهای صنعتی فراهم می‌کند.

Visual Components

این ابزار قدرتمند مدل‌سازی و شبیه‌سازی خطوط تولید و سلول‌های کاری صنعتی را فراهم می‌کند. همچنین قابلیت ارتقاء بهبود فرآیندهای تولید صنعتی را دارد. مهندسان می‌توانند با استفاده از Visual Components فرآیندهای تولید صنعتی را بهینه‌تر کنند و مدل‌های دقیقی از خطوط تولید خود ایجاد کنند.

Process Simulate (سیمنز)

این شبیه‌ساز از ساختارهای تولید صنعتی پیچیده و فرآیندهای رباتیک پشتیبانی می‌کند. امکان بهبود بهره‌وری و افزایش دقت در فرآیندهای صنعتی را فراهم می‌کند. مهندسان می‌توانند با استفاده از Process Simulate فرآیندهای تولید را به صورت دقیق شبیه‌سازی کرده و بهینه‌سازی کنند.

Simulink (MATLAB)

MATLAB Simulink ابزاری قدرتمند برای مدل‌سازی، شبیه‌سازی و تحلیل سیستم‌های دینامیک است که به طور گسترده در رباتیک صنعتی و کنترل سیستم‌های پیچیده استفاده می‌شود. مهندسان می‌توانند با استفاده از Simulink مدل‌های پیچیده رباتیک را ایجاد و عملکرد سیستم‌های کنترلی را تحلیل کنند.

VPL  (Visual Programming Language)

این ابزارها مثل Blockly یا Scratch از زبان‌های برنامه‌نویسی تصویری برای توسعه و شبیه‌سازی الگوریتم‌ها و ربات‌ها استفاده می‌کنند. کاربران بدون نیاز به دانش عمیق برنامه‌نویسی می‌توانند با استفاده از VPL الگوریتم‌ها و برنامه‌های کنترلی را به راحتی ایجاد و تست کنند.

Gazebo

یک شبیه‌ساز متن‌باز و چندمنظوره برای توسعه و تست سیستم‌های رباتیک. برنامه‌نویسان و مهندسان می‌توانند در محیط ۳D محیط‌ها و ربات‌ها را مدل‌سازی و الگوریتم‌های کنترلی را آزمایش کنند.

Microsoft AirSim

یک شبیه‌ساز برای توسعه و آزمون الگوریتم‌های هوش مصنوعی در زمینه پرنده‌ها و خودروهای بی‌سرنشین. این نرم افزار توسط توسعه‌دهندگان در مایکروسافت تولید شده است.

Webots

یک شبیه‌ساز که به شبیه‌سازی ربات‌ها در محیط‌های سه‌بعدی مختلف می‌پردازد. این نرم افزار شبیه ساز توسط توسعه‌دهندگان در Cyberbotics ایجاد شده است.

ROS  (Robot Operating System)

یک سیستم عامل رباتیک شامل ابزارها و کتابخانه‌های متعددی برای توسعه ربات‌ها. این نرم افزار شبیه ساز رباتیک توسط مجتمع ROS توسعه‌دهندگان متعددی در سراسر جهان تولید شده است.

Simulink (MATLAB)

ابزاری قدرتمند برای مدل‌سازی، شبیه‌سازی و تحلیل سیستم‌های دینامیک که توسط توسعه‌دهندگان در MathWorks تولید شده است.

آیا هر شبیه سازی که توسط یک شرکت رباتیک تولید شده فقط ربات های شرکت خودش را پشتیبانی میکند؟

خیر، این قاعده معمولاً صدق نمی‌کند. اکثر شبیه‌سازهای توسعه یافته توسط شرکت‌های رباتیک، قابلیت پشتیبانی از ربات‌ها و سیستم‌های رباتیک مختلف را دارند. این شبیه‌سازها اغلب از رابط‌ها و استانداردهای متداول در صنعت رباتیک استفاده می‌کنند، که این امکان را به توسعه‌دهندگان می‌دهد تا با محصولات مختلف از جمله ربات‌ها و سخت‌افزارهای مختلف ارتباط برقرار کنند.

مثلاً شبیه‌سازهایی که بر اساس استانداردهای ROS (Robot Operating System) ساخته شده‌اند، به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهند که با ربات‌هایی که از ROS پشتیبانی می‌کنند، سازگاری داشته باشند. همچنین بسیاری از شبیه‌سازها از رابط‌ها و استانداردهای دیگری همچون URDF (Universal Robot Description Format) برای تعریف مدل‌ها و اتصال به ربات‌ها استفاده می‌کنند.

بنابراین در اکثر موارد این شبیه‌سازها با ربات‌های متعددی از شرکت‌ها و حتی مدل‌های متفاوت از یک شرکت خاص سازگاری دارند.

جمع‌بندی

آزمون و خطا برای انتخاب و نصب ربات صنعتی می‌تواند باعث خسارات بسیار بالایی شود. متخصصین حوزه‌ی رباتیک و تولیدکنندگان ربات صنعتی برای جلوگیری از این خسارت‌ها شبیه سازی ربات را در نظر گرفته و انواع نرم افزار شبیه سازی ربات را تولید کرده‌اند. با استفاده از این نرم‌افزارها شما می‌توانید مدل خاص ربات مد نظر خود را در شرایط کارگاهی خودتان و برای هدف و کاربرد مد نظرتان شبیه سازی کنید. با کمک شبیه سازی رباتیک در فضای مجازی می‌توانید از نقائص و مشکلات کار خود قبل از هرگونه هزینه‌ی نصب و برنامه‌نویسی مطلع شوید.

شبیه سازی رباتیک یک کار تخصصی است و مهندسین حوزه‌ی رباتیک می‌توانند این کار را انجام دهند. اگر شما هم به فکر اتوماسیون تولید خود افتاده‌اید و در مورد شبیه سازی ربات سؤالی دارید حتما با متخصصین ما در تیم تی اس گروپ تماس بگیرید. متخصصین ما آماده‌ی ارائه‌ی مشاوره به شما هستند.

شماره تماس: 36148 25 98+

سوالات متداول

1- استفاده از شبیه‌سازی رباتیک چه مزایایی را به‌همراه دارد؟

استفاده از شبیه‌سازی رباتیک چندین مزیت را به شما ارائه می‌کند؛ شما می‌توانید سناریوهای پیچیده را بدون نمونه‌های اولیه فیزیکی امتحان کنید، هزینه‌های توسعه را کاهش دهید، مشکلات را در مرحله اول شناسایی کنید و به فرآیندهای طراحی سرعت بیشتری ببخشید.

2- شبیه‌سازی رباتیک بیشتر در چه صنایعی استفاده می‌شود؟

شبیه‌سازی رباتیک به‌طورگسترده در صنایع مختلفی مثل تولید، خودروسازی، مراقبت‌های بهداشتی، لجستیک و هوافضا استفاده می‌شود.

3- شبیه‌سازی رباتیک در مقایسه با آزمایش ربات در دنیای واقعی چقدر دقیق است؟

درحالی‌که شبیه‌سازی رباتیک می‌توانید نمایش بسیار دقیقی از دنیای واقعی را ارائه کند، ممکن است به‌خاطر عوامل فیزیکی مثل خواص مواد یا شرایط محیطی خاص تفاوت‌های کوچکی با آزمایش ربات در دنیای واقعی داشته باشد.