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congatec GmbH

Data Modul AG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

E.E.P.D. Electronic Equipment Produktion & Distribution GmbH

Serviceorientierte Funktionsmodule vereinfachen die Entwicklung

Um das Ziel der weitestgehend freien Komposition der Elemente zu ermöglichen, hat das Team des Service Robotics Research Centers ein Softwaremodell mit einzelnen serviceorientierten Komponenten und eine modellgetriebene Open-Source Software-Toolchain für die Eclipse Entwicklungsumgebung entwickelt. Dieses Environment stellt Komponentenentwicklern Werkzeuge bereit, mit denen sie ihren eigenen Code für die jeweiligen Funktionseinheiten erstellen können und diese Algorithmen dann in automatisch erzeugte Komponenten-Container sichern können.

Diese Container kommunizieren mit anderen Containern auf Basis einheitlicher Kommunikationsschnittstellen. Zusätzlich sorgt das Wrapping auch für einen Schutz der IP des Entwicklers der jeweiligen Komponente. Aktuell hat das Team bereits verschiedene solcher Funktionsmodule entwickelt und stellt sie für die Nutzung in eigenen Projekten zur Verfügung. Dazu zählen unter anderem Module zur Navigation, Maschine-Vision, HMI, Manipulator-Steuerung und Aufgabenkoordinierung, um nur einige Beispiele zu nennen.

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Als vereinheitlichende Kommunikationsschnittstelle setzt SmartSoft auch auf OPC-UA. Hersteller können sich also auf spezifische Container fokussieren und hier ihre Kernkompetenzen aufbauen. Kunden profitieren von einem deutlich flexibleren Angebot.

Generische Embedded-Hardware statt proprietärer Designs

Bei der Hardware für die Logik setzt das Service Robotics Research Centers der Hochschule Ulm auf x86er-Technologie, um die Softwareentwicklung möglichst weit von spezifischer Hardware entkoppeln zu können. Beim Einsatz entsprechender „Glue Logic“ ist ein solcher Ansatz nämlich mit x86er Technologe besonders einfach umsetzbar – auch was die spätere Migration solcher Systeme betrifft. Hierbei empfiehlt sich zudem auch Embedded x86 Hardware. Dies insbesondere wegen der hohen Standardisierung und ihrer umfassenden Dokumentation.

So sind die Formfaktoren nicht nur in ihren Abmessungen sondern auch hinsichtlich des Application Programming Interfaces standardisiert, was den Austausch der Hardware erleichtert – vorausgesetzt die Boards entsprechen der sogenannten eAPI-Spezifikation der PICMG beziehungsweise dem UIC-Standard der SGET. In einem solchen Fall kann man nämlich sogar unterschiedliche Formfaktoren wie beispielsweise Motherboards und Computer-on-Modules dem Applikationsbedarf entsprechend frei variieren, ohne bei der Migration deutlich die Art und Weise des Zugriffs auf die Hardware verändern zu müssen.

Ein Anbieter der auf diese Standardisierung und ihre Dokumentation sowie die möglichst einfache Integration der Hardware hohen Wert legt, ist die Firma congatec, deren Produkte das Service Robotics Research Center der Hochschule Ulm in seinen Projekten einsetzt.

„Neben den Grundanforderungen wie höchste Rechenleistung, Energieeffizienz und Zuverlässigkeit ist für uns auch eine hohe Standardisierung und damit universelle Migrierbarkeit wichtig“, erklärt Matthias Lutz, von der Hochschule Ulm. „Jede zusätzliche Abstraktionsebene in der Software benötigt auch immer zusätzliche Rechenperformance, deshalb arbeiten wir aktuell mit leistungsfähiger Dualcore-Technologie. Eine standardisierte Ansprache von Boardkomponenten und GPIOs zur Steuerung der Robotik-Module bietet uns die geforderte Abstraktion, sodass wir auch zur Ebene der Embedded Computing Technologie hin unabhängig sind.“

Vorteile des Mini-ITX Carrierboards conga-IC175

Die Wahl fiel letztlich auf das durchgängig industriegerechte Mini-ITX Carrierboard conga-IC175. Für die Entwicklung der Prototypen der innovativen Softwaremodule in reale Systeme bietet der standardisierte Mini-ITX-Formfaktor nämlich viele Vorteile: So integriert er bereits alle Interfaces auf einem standardisierten Board, und die Stromversorgung kann bei congatec sowohl über Standard-ATX-Netzteile erfolgen wie auch industrielle 12V Zuspeisung oder SMART-Batterien, was für mobile Roboter wie Robotino und Larry zwingend erforderlich ist.

Erweiterungen lassen sich zudem schnell und effizient über PCIe-Erweiterungskarten umsetzten. Dabei ist das Board höchst energieeffizient und setzt auf robuste Embedded-Komponenten, sodass es auch ohne aufwendige Kühlung betrieben werden kann.

Zukünftige kommerzielle Roboter-Designs aus Ulm sollen auf Computer-on-Module umgesetzt werden. Aber ganz gleich ob Mini-ITX Motherboard, Modul mit Standard Mini-ITX Carrier, Modul und individuellem Carrier oder Full-Custom Design: entscheidend sind für OEM letztlich die TCO und diese wird beim modularen Einsatz von Software auch durch den Softwaresupport der Hardware bestimmt. Damit sich zukünftig auch weitere Funktionalitäten noch einfacher einbinden lassen, schadet deshalb ein umfassender Support von Echtzeit-Hypervisor-Technologie nichts. So haben Kunden nämlich die Möglichkeit, zusätzliche Funktionalitäten wie beispielsweise ein eigenes IoT Gateway zu integrieren, ohne eine dedizierte Hardwareplattform hierfür einsetzen zu müssen, was Kosten bei der Hardware spart.

„Wir sehen in solchen modularen Ansätzen klare Vorteile, denn sie unterstützen auch den modularen Ansatz unserer Software. Insofern ist es sehr interessant zu sehen, dass congatec nun mit der Akquisition von Real-Time Systems quasi direkten Zugriff auf die Hypervisor-Technologie dieser Robotik- und Automatisierungsexperten hat“, schließt Lutz ab. Gepaart mit dem neuen Technical Solution Center (TSC), in dem congatec aktuell seine Services für OEM in diesem Rahmen dieser Aufgabenstellungen zusammengeführt hat, ergibt sich für Kunden wie das Service Robotics Research Center der Hochschule Ulm oder auch Transpharm Logistik ein rundes Gesamtpaket.

Roboter HoneyBot ködert Hacker und schützt so Fabriken

Wie Stromversorgungslösungen die Robotik verändern

* Zeljko Loncaric ist Marketing Engineer bei congatec

* Prof. Dr. Christian Schlegel und Matthias Lutz sind Mitarbeiter der Forschungsgruppe Servicerobotik, Hochschule Ulm

Artikelfiles und Artikellinks

Link: Dieser Beitrag ist im Sonderheft Embedded System Development + IoT II der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS erschienen (Download PDF).

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