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Embedded Computing

Britischer Robotik-Entwickler hebt mit Embedded Development Plattform erhebliche Effizienzpotenziale

| Redakteur: Wolfgang Leppert

Die 2005 gegründete NeuroRobotics realisiert Robotik-Lösungen mit Schwerpunkt auf ferngesteuerten Varianten, kundenspezifischen Manipulatoren und haptischen Interfaces. Eine typische Lösung vereint Elektronik, Mechanik und Informatik und stellt entsprechend hohe Ansprüche an die Flexibilität des Designs, die Entwicklungszeit und die Kosten. Mit der Embedded Development Plattform von RS hat NeuroRobotics beste Erfahrungen gemacht.

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Eine NeuroRobotics-Lösung beinhaltet typischerweise Elektronik, Mechanik und Informatik — mit EDP-Unterstützung können die Briten nun deutlich effizienter entwickeln und fertigen
Eine NeuroRobotics-Lösung beinhaltet typischerweise Elektronik, Mechanik und Informatik — mit EDP-Unterstützung können die Briten nun deutlich effizienter entwickeln und fertigen
( Archiv: Vogel Business Media )

Besonders transparent wurden die Vorteile der Embedded Development Plattform (EDP) für NeuroRobotics bei der Entwicklung eines Roboters, der in für Menschen gefährlichen Umgebungen zum Einsatz kommen soll — so etwa bei der Kampfmittelräumung. Der Roboterausleger ahmt die Bewegungsmöglichkeiten der menschlichen Hand und des Armes nach und ist um volle 360 Grad drehbar.

Jeder Roboter der britischen Entwickler macht eine spezielle Abstimmung von Sensoren, Antrieben, Kommunikationsmodulen, Human to Machine-Interfaces und anderen elektronischen Komponenten erforderlich. Sie müssen in das Gesamtkonzept integriert und zusammengeschaltet werden. Im konkreten Fall bringt das Robotik-System die elektronische Hardware von 17 verschiedenen Herstellern mit Hilfe eines selbstentwickelten Schaltplans zusammen. Jeder einzelne Schaltkreis ist für ein spezielles System von Steckverbindern ausgelegt und hat seine eigene Art der Befestigung. Schon allein aus der Aufgabe, die unterschiedlichen Kabel und Steckverbindungen miteinander in Einklang zu bringen, ergibt sich eine beträchtliche Komplexität. Dazu kommt, dass jede Prozessor-basierte Einheit mit einem eigenen Betriebssystem funktioniert, das mit keinem der anderen Bausteine übereinstimmt und sein eigenes Software-Entwicklungskit sowie Fehleranalyseprogramm mitbringt.

Schwer kombinierbare Einzelkomponenten müssen eine harmonische Einheit werden

Damit nun die Abläufe des Roboters miteinander harmonieren, müssen von unterschiedlichsten Software-Bausteinen Anweisungen an einzelne Stellen der in unterschiedliche Teilsysteme gegliederten Hardware-Architektur gegeben werden. Der Aufbau der Architektur kann dabei hierarchisch, flach, dezentral oder zentralisiert sein — auch Mischformen sind möglich. Endergebnis ist ein Gesamtsystem, das eine große Zahl unterschiedlicher elektronischer Schaltkreise umfasst, die alle mit elektrischer Energie versorgt werden wollen und miteinander in Kommunikation zu bringen sind.

Jede Anwendungsschaltung und jedes Teilsystem muss zudem getestet werden, denn eine einzige inkompatible Komponente kann die Funktion des Gesamtsystems gefährden. Vor dem Einsatz der EDP beanspruchte dieser Prozess bei NeuroRobotics für jeden einzelnen Roboter 30 zusätzliche Arbeitsstunden. Gleichzeitig mussten verschiedene Entwicklungskits und spezielle Komponenten angeschafft werden, um die verschiedenartigen Baugruppen miteinander in Einklang zu bringen.

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Die Entwicklung der Software ist eine gewaltige und hoch komplexe Aufgabe

Weitere Komplexität stammt aus der Softwareentwicklung: Unterschiedliche Systeme müssen in C, Basic, Java oder sogar in Sprachkombinationen programmiert werden; einige sind durch Einstellung unterschiedlicher Modi spezifischer Betriebsprogramme, andere durch Jumper- oder DIP-Schalter zu konfigurieren. Und ist ein System erst einmal vollständig verdrahtet — und damit die Verbindungen zur Stromversorgung und Kommunikation geschlossen — beginnt die Phase der Software-Entwicklung auf der Windows-Ebene. Myriaden von Treibern für die unterschiedlichsten Geräte sowie Software-Tools müssen in der richtigen Konfiguration und Reihenfolge installiert werden. Hinzu kommen Inkompatibilitäten. Auch wenn ein Unternehmen ein interdisziplinäres Team haben mag, das sich um jedes Teilsystem kümmert, ist sich oft allein der übergeordnete Entwickler des Gesamtsystems der vielfältigen Wechselwirkungen aller Abläufe bewusst.

Das anschließende Justieren der elektronischen Schaltungen ist eine weitere gewaltige Aufgabe: Während der Entwicklung und Fehlerbehebung müssen Schaltungen oft entfernt, verändert oder über Jumper-Schaltstellungen geändert werden. Dies kann für den Entwickler mit großem Aufwand verbunden sein, wenn er mit verschiedensten Steckverbindern und Kabelführungen für I2C, SPI, analoge und digitale Stromversorgung, Digital-IO, RS232, JTAG Fehlersuche-Terminals sowie für Sensorik und Motorsteuerung konfrontiert ist. Abgesehen von der Elektromechanik kann ein wiederholtes Aus- und Einstecken auch zu Schäden durch statische Entladung, Verschleiß der Kontakte oder sogar Einstecken der falschen Baugruppen in den falschen Sockel führen.

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