烏爾姆應用科技大學服務機器人研究中心正在開發一種模塊化軟件框架以便簡化機器人編程。此框架旨在提供通用軟件組件，例如，根據需要替換不同制造商的機械夾持臂，從而通過即插即用方式實現新機器人解決方案。烏爾姆大學的團隊依靠康佳特(congatec)具有高擴展性和標準化的嵌入式計算硬件來滿足需求。
      如今的先進機器人大都是含有多個子系統的高度復雜結構。它們所用的機械手臂兩端裝有特定工具、夾持系統或測量儀器的各種軸和驅動裝置，例如：在取放應用中，還需其他傳感器系統，用來控制運動、識別物體和位置。隨著自動化、協作機器人的出現（與人類在同一工作區內工作），任務數量與構建塊也大量增加。例如，在工業環境中對移動機器人進行定位和導航以及安全人機交互。在工業4.0環境中，也需要針對周圍機器和系統的M2M接口，其目標就是互相協調任務。各種類型的機器人（自動、合作、協作）均需要功能強大的軟件組件和高性能嵌入式系統。

1  智能機器人的極大市場需求
      在未來幾年內，智能機器人的市場需求將大幅增長。例如，預計至2023年 ，自動機器人系統市場的年復合增長率將達到23.7%，協作機器人的新市場領域將增長兩倍（每年平均增長多達59%）。OEM廠商為了搭上這高市場增長的便車，承受著快速開發并在成熟市場中推出此類新系統的巨大壓力。但是，對于OEM廠商、系統集成商和用戶而言，軟件開發是一項極大挑戰。為了讓極其復雜的自動機器人解決方案變得相互協作和/或合作，必須在其中集成更多子系統。
2  軟件挑戰
      如今，機器人軟件仍然經常作為封閉系統執行，通常使用ASICS或FPGA等各種定制的x86或ARM硬件。通常，軟件均針對各機器人定制，導致難以重復使用。而機械手控制、導航、機器視覺、任務協調、HMI等所有任務均為同個編程。因此，目前幾乎無法更換軟件組件（即使對于最常需要的功能）或在其他硬件平臺上使用軟件組件。這意味著，對于每項新設計，都需重新實現機器人軟件，此實現過程不但容易出錯且非常耗時，還可能大幅延遲推出急需的創新解決方案，更不用說導致操作員必須對每個機器人進行特定編程的麻煩了。

3  模塊化與重復使用
      烏爾姆應用科技大學服務機器人研究中心Schlegel教授的研發團隊將使用模塊化軟件方法替代封閉系統方法，因為封閉系統方法不斷為系統集成商和用戶創建新軟件項目，模塊化軟件方法則將整個復雜的機器人系統分成幾個單獨的功能單元，然后將指定各單元通過充分且明確限定的接口進行交互。此概念被稱為SmartSoft，通過與工業及研究領域合作伙伴的合作，它已在歐洲（EU H2020項目“RobMoSys - 機器人系統的可組合模型和軟件”）和全國范圍（BMWi PAiCE項目“SeRoNet - 服務機器人解決方案的聯合開發平臺”）進行推廣并得到暢銷。本質上，此方法旨在實現經由全面開發和測試的模塊化軟件構建塊匯編機器人系統。這樣，軟件開發人員可以將重點放在各功能模塊上，而不必考慮其他組件的內部構件。更重要的是，它可以采用模塊化方法合并功能，例如合作或協作組件、特定操作器的邏輯單元，甚至可以合并不同制造商實現的功能。最后，它還削減了系統集成商和終端用戶進行客戶定制程序改編所需的工作，將大幅推動機器人的普及。

  假設您的機械手由A公司提供，機架由B制造商提供，立體機器視覺系統由C制造商提供。得益于高層級抽象化且僅需進行少量調整，在內部物流應用等情況中使用的專用控制系統可以由現成的軟件組件匯編。此應用絕不是幻想，它已經在現實世界中經過測試。例如，烏爾姆團隊已經實現服務機器人組合Larry和Robotino，此組合在Transpharm Logistik GmbH的醫藥內部物流應用中全自動地裝配各托盤上的藥物包裝，然后將它們放入指定交貨點。配置稍作改變，這兩個機器人便可自動接收咖啡訂單并將做好的咖啡放到客戶的桌子上。由于軟件組件是現成的且可以自由組合，重新設計僅需要幾小時。
4  明確定義接口的容器
     為了實現組件的幾乎所有匯編，烏爾姆應用科技大學服務機器人研究中心的團隊開發出一款服務組件架構的軟件版本，以及適用于Eclipse開發環境的模型驅動開源軟件工具鏈。此環境為組件開發人員提供一些工具，他們可以使用這些工具為各功能單元編寫自己的代碼，然后，使用自動生成的組件容器保護這些算法。這些容器與相同通信接口的其他容器進行通信。此外，包裝也保護了組件開發人員的IP。此團隊已開發幾款類似功能模塊并在自己的項目中使用它們。這些模塊包括導航模塊、機器視覺、HMI、機械手控制和任務協調等，這些只是其中的一小部分而已。作為一種統一的通信接口，SmartSoft亦依賴于OPC UA。這樣，制造商可以將重點放在特定容器上，并培養其相關核心能力，更靈活的服務讓客戶受益匪淺。

5  通入嵌入式硬件代替專有設計
      對于邏輯硬件，烏爾姆團隊使用x86技術盡量削弱軟件開發與任何特定硬件的關系。憑借合適的膠連邏輯，此方法可以透過x86技術輕松地執行，此類系統在后期的遷移也可以如此執行。
      由于具有高標準化和完整文件編制，嵌入式x86硬件也特別適合此環境。外形規格合乎標準，除了尺寸外，應用編程界面也合乎標準。這樣，倘若板子符合PICMG的eAPI規范或SGET的UIC標準，硬件更換變得方便。在這些情況下，甚至可以按照應用需求自由切換不同尺寸外形（例如主板與嵌入式計算機模塊），無需大幅更改在遷移中訪問硬件的方法。非常重視此標準化及其文件編制與最簡單的硬件集成的一家供應商就是康佳特(congatec)，烏爾姆應用科技大學服務機器人研究中心在項目中便使用了此供應商的產品。