Una línea de productos de software para acelerar la programación de robots industriales con microcontroladores Arduino

Abstract

En la actualidad, los sistemas robóticos industriales han tomado gran importancia en la sociedad, debido a que se utilizan en muchos dominios como la robótica de servicios, la industria de manufactura y las ciencias de la salud, entre otros. Sin embargo, hay un aumento en la complejidad del software requerido por parte de estos sistemas electromecánicos. Como respuesta, las universidades han diseñado programas de formación relacionados con esta área de conocimiento. En particular, la construcción de robots en el ámbito académico se ha centrado en la realización de prototipos, que permiten a los estudiantes comprender el dominio y sus principales bases teóricas y prácticas. Estos prototipos suelen utilizar microcontroladores (Arduino o Raspberry Pi) para dotar de inteligencia a los dispositivos electrónicos, lo que permite emular el desarrollo de software en la industria y cómo influye en el hardware subyacente. Aunque se han realizado esfuerzos para incorporar metodologías de reutilización de software en el dominio de Arduino, no se reportan muchas investigaciones que lo hagan en robots industriales que utilicen estos microcontroladores. Por lo tanto, se hace evidente la necesidad de fomentar y aplicar enfoques de reutilización que mejoren el desarrollo de software para robots industriales con Arduino, de manera que los desarrolladores (estudiantes) puedan beneficiarse de la reutilización planificada, además, de entender y familiarizarse con estos enfoques de ingeniería de software desde su formación académica, permitiendo así que la reutilización en la industria sea más factible en estos dispositivos cuando sea necesaria. Para resolver el problema planteado, se propuso como solución una línea de productos de software (IRArduino-SPL) enfocada en robots industriales con Arduino, desarrollada a través de dos iteraciones dentro de este enfoque de reutilización, la primera para observar la viabilidad de la propuesta en el dominio y la segunda para refinar la línea en base a la experiencia adquirida e incrementar el nivel de abstracción. Posteriormente, IRArduino-SPL demostró su viabilidad en el dominio mediante una prueba de concepto y su utilidad en términos de reutilización a través de un estudio de caso, logrando reutilizar aproximadamente entre el 38 y el 41% del total de las líneas de código necesarias para el funcionamiento de un robot industrial con Arduino.

Nowadays, industrial robotic systems have taken great importance in society because they are used in many domains such as service robotics, manufacturing industry, and health sciences, generating an increase in the software complexity these electromechanical systems require. In response, universities have designed training programs related to this area of knowledge. In particular, the construction of robots in academia has focused on realizing prototypes, which allow students to understand the domain and its main theoretical and practical bases. These prototypes typically use microcontrollers (Arduino or Raspberry Pi) to provide intelligence to the electronic devices, allowing emulating software development in industry and how it influences the underlying hardware. Although efforts have been made to incorporate software reuse methodologies in the Arduino domain, it reported no research on industrial robots using these microcontrollers. Therefore, the need to encourage and apply reuse approaches that improve software development for industrial robots with Arduino becomes transparent so that developers (students) can benefit from planned reuse. Besides understanding and becoming familiar with these software engineering approaches from their academic background, thus allowing reuse in the industry to be more workable in these devices when needed. To solve the problem posed, a software product line (IRArduino-SPL) focused on industrial robots with Arduino was proposed as a solution, in which two iterations of this reuse approach were developed, the first one to observe the feasibility of the proposal in the domain and the second one to refine the line based on the experience gained. Subsequently, IRArduino-SPL showed its feasibility in the domain through a proof of concept and its usefulness in reusability through a case study, reusing approximately 38-41% of the total lines of code required for the operation of an industrial robot with Arduino.