Investice do robotů není malá, přesto se stále více firem pro jejich využití rozhoduje. Ve výrobě tak dochází ke zlepšení kvality a úrovně celého procesu. Dalším významným důvodem je i snížení provozních nákladů či zvýšení flexibility výrobních linek. Aby byly všechny funkce robota plně využity, je nutné mít přesně naprogramovány veškeré pracovní úkony. Významnou úlohu při programování pohybu hraje simulační software.

Naprogramovat pracovní úkony robota znamená nasimulovat jeho pohyb přesně tak, jak se má později pohybovat v reálném výrobním prostředí s mnoha možnými překážkami. Při projektování nákladově optimalizovaného uspořádání a řešení automatizovaného provozu s podporou robotů je simulaci přikládán velký význam. Aby se předešlo kolizi robota s překážkami v jeho pracovním okolí, je nutné simulovat veškeré pracovní podmínky z reálného prostředí. Tedy simulovat nejen chování robota, ale i jednotlivých strojů a zařízení včetně dopravníkových systémů a jejich souhru při zajišťování konkrétního úkolu.
Pomocí trojrozměrného zobrazení na monitoru či displeji je možné optimalizovat pohyby robotů a stanovit optimální uspořádání komplexní výrobní linky nebo buňky. Přitom simulace výroby je jen jedna ze tří částí systému tzv. digitální továrny (Digital Factory, DF). Oblasti využití systémů DF jsou velmi široké a pokrývají všechny etapy plánování výroby od převzetí modelů výrobků z CAD systémů až po poskytnutí dat potřebných k řízení výroby do ERP systémů.
Vedle vlastní simulace výroby zahrnují tedy systémy DF i plánování a ověřování výroby. Vlastní systémy pro simulaci výroby poskytují především nástroje pro vývoj, tvorbu a nasazení výrobních zdrojů a simulaci jejich činnosti. Umožňují definovat veškeré zdroje, tedy nejen roboty, ale i stroje, nástroje, přípravky, prvky automatického řízení, či dokonce osoby. Simulace, případně modulace, se využívá nejen při programování činnosti robota od daného výrobce.
Simulační SW výrobci robotů nabízejí i svým zákazníkům. Většinou se SW balíček skládá z řady programových modulů, s jejichž pomocí lze naplánovat a předem vypočítat procesy v konkrétní výrobě, což usnadňuje přípravu nového systému bez přerušení výroby.

Simulace zaměřená na produktivitu
Velké množství SW aplikací, ať již pro řešení rutinních procesů či nových systémových řešení, má ve své nabídce přední výrobce robotů, společnost KUKA Robot Group. Vedle operačního systémového SW KUKA, který je jádrem celého řídicího systému (obsahuje veškeré základní funkce, které jsou potřebné pro provoz robotického systému), nabízí společnost i další programy uplatňující se v robotice.
Pro snadné a procesně spolehlivé programování nabízí široký výběr hotového aplikačního softwaru (např. KUKA.ConveyorTech, KUKA.Pallet Layout / KUKA.Pallet Pro, KUKA.PlastTech a mnohé další), koncipovaného pro nejběžnější robotické aplikace. Software při tom může být optimálně přizpůsoben výrobnímu prostředí buď pomocí offline programování, nebo přímo prostřednictvím ovládacího panelu KUKA Control Panel. Další možností jsou softwarové balíčky z oblasti provázaných technologií. Ty mají velkou výhodu, že je lze používat u každého robotu KUKA nezávisle na mezní zátěži, provedení či oblasti použití. Nechybí ani SW pro simulaci, plánování a optimalizaci. Pomocí simulačních programů řady KUKA.Sim lze robotické buňky plánovat přesně podle originálu. Ideálním nástrojem pro koncipování systémů je KUKA.Sim Layout. Pomocí rozsáhlé konstrukční knihovny, ve které jsou kromě všech robotů KUKA také úchopná zařízení, dopravníky, ochranná oplocení atd., lze rychle a jednoduše simulovat a vzájemně srovnávat různá uspořádání, koncepce a úlohy robotů. V trojrozměrné podobě lze pohodlně a názorně zjišťovat kolize, kontrolovat dosažitelnost a vizualizovat pohyby robotu. Sim Layout bývá i součástí SW Kuka.Sim Pro, který je koncipován pro offline programování a simulaci robotů KUKA. Umožňuje profesionálně vytvářet a prezentovat simulace robotů, ale také s jejich pomocí znázornit v reálném čase naprogramované průběhy pohybů a vyhodnotit je z hlediska dob cyklů. Zajímavou aplikací je např. KUKA.Load. V tomto případě se jedná o nástroj pro dimenzování zátěže robotů KUKA. Buď lze kontrolovat, zda nedochází k přetížení robotu, nebo zvolit robot vhodný pro určité konkrétní zatížení.

RobotStudio
Programování offline s využitím technologie virtuálního robotu využívá RobotStudio, software pro simulaci a offline programování od dalšího významného výrobce robotů, společnosti ABB Group. RobotStudio je založeno na virtuálním řídicím systému od ABB, který je přesnou kopií reálného programu, jenž řídí roboty ve výrobě. Proto umožňuje velmi realistické simulace s využitím reálných robotických programů a konfiguračních souborů identických s těmi, které jsou využívány ve výrobě. Do aplikace lze importovat data v hlavních formátech CAD včetně IGES, STEP, VRML, VDAFS, ACIS a CATIA. Sám SW obsahuje velké množství nástrojů, s jejichž pomocí je možné během velmi krátké doby automaticky generovat pozice robotu či optimalizovat jeho pohyb.
Významným vizuálním nástrojem pro optimalizaci pohybů robotu je simulační monitor. Červené čáry indikují, které cíle byste mohli zlepšit, aby se robot pohyboval co nejefektivněji. Je možné optimalizovat: rychlost TCP (středu pracovního bodu), zrychlení, singularity nebo osy, a zkrátit tak dobu cyklu. ABB v SW aplikaci dodává i velmi revoluční prvek VirtualRobot, který umožňuje, že se celý robotický program dá nahrát do reálného systému bez jakéhokoli přepočtu. Rozšířenou nadstavbou RobotStudia jsou tzv. Powerpacky, které rozšiřují možnosti tohoto softwaru směrem ke konkrétním aplikacím, např. ArcWeld pro obloukové svařování, Painting pro lakování, Machining pro opracovávání, MachineTending pro obsluhu obráběcích strojů, Bending ohraňovací lisy, a dále tzv. developer tools, jako například RobotStudio SDK, PC SDK, Screen Maker a OPC server.
Výhodou simulace pomocí offline programování je, že umožňuje dopředu připravit programy robotů, což zvyšuje celkovou produktivitu i vykonávání dalších souvisejících úkonů bez nutnosti přerušení výroby. Zároveň ABB používá simulace i při nabídkové fázi, kdy RobotStudia umožní velmi zpřesnit například požadované časy cyklů či trajektorie, zatížení jednotlivých os a dokonce aktuální spotřebu elektrické energie – výsledkem je tedy přesný popis řešení, ne jen jeho pouhý odhad.

Snadné a výkonné programování
Simulační SW nabízí i žlutý svět robotů od společnosti Fanuc Robotics. Systémy ROBOGUIDE umožňují výkonné programování s intuitivním a snadno použitelným rozhraním. Pomocí aplikace lze analyzovat doby cyklu, detekovat případné kolize i zobrazovat pracovní prostor. Dráha pohybu se zobrazuje jako mapa uzlů. Výstupem může být videosoubor ve formátu AVI. Funkce „teach pendant program profiler“ analyzuje časy jednotlivých programových kroků, aby bylo možné dosáhnout co nejoptimálnějších dob cel
ého cyklu. Snadná obsluha systému je díky virtuálnímu teach pendantu (stejné menu a displeje jako u skutečného robotu). Protože ROBOGUIDE je animační software robota vyvinutý speciálně pro podporu výroby a pro údržbu robotických systémů, lze jej použít jak v kanceláři, tak ve vlastním provozu.
Programování spolu s možností simulace je součástí každého SW balíku k robotu od daného výrobce. K významným hráčům patří i společnost Mitsubishi. Pro roboty od tohoto výrobce bylo navrženo programovací prostředí Cosirop. Po vytvoření programu, jeho otestování a optimalizování lze program přenést pouhým kliknutím myši do příslušné řídicí jednotky robotu buď přímo přes rychlé síťové připojení, nebo po sériové lince mezi počítačem a robotem. Pomocí četných kontrolních a diagnostických funkcí softwaru Cosirop je možné během provádění programu zobrazovat pohyby, charakteristiky a parametry ramene robotu. Pro simulaci robotu v trojrozměrné projekci slouží software Cosimir^®.
Uživatelsky přívětivými funkcemi simulace, komunikace a programování offline je znám i SW pro roboty od společnosti Motoman. I v tomto případě se jedná o balík SW aplikací využitelných v offline programování. Součástí SW aplikací je MotoSim EG. V tomto případě se jedná o offline výukový systém s 3D simulací pro průmyslové roboty MOTOMAN. MotoSim EG používá stejný kinematický model jako řídicí systém robotů i stejný programovací jazyk. Systém má k dispozici knihovnu produktů MOTOMAN (roboty, polohovadla, pojezdy atd.), a tak lze rychle a přesně vytvořit robotickou buňku včetně výpočtu přesné doby cyklu, analýzy dosažitelnosti a detekce kolize s jiným zařízením, součástí a obsluhou (bezpečnost).

Univerzální simulace
Všechny výše uvedené SW jsou určeny pouze k výrobkům konkrétních firem vyrábějících roboty. Vedle takovýchto „cílených“ SW existují i univerzální aplikace, které lze použít k simulaci. Asi nejznámější z těchto programů je Workspace. Jedná se o komplexní softwarový nástroj pro modelování, simulaci a offline programování robotických buněk, založený na OpenGL a plně kompatibilní s OS Windows. Nepřehlédnutelnou výhodou SW je, že podporuje průmyslové roboty včetně jejich programovacích jazyků prakticky všech významných výrobců (ABB, Fanuc, Kuka, Mitsubishi, Motoman aj.). Databáze nejnovější verze obsahuje více než 25 výrobců robotů z celého světa.
Vzhledem k tomu, že dnešní verze offline programovacích systémů ať již pro konkrétní roboty, či naopak univerzální produkty jako Workspace, pracují s velkou přesností, v drtivé většině nasimulovaných případů lze konstatovat, že jejich využití v současnosti prakticky nahradilo ještě v nedávné minulosti aplikované online systémy.

Jana Žižková,
Radek Zvelebil