智云機(jī)器人兼容控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

曹昭

摘 要：智云兼容控制系統(tǒng)由機(jī)器人數(shù)據(jù)提取軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站、管理服務(wù)器、云管理存儲(chǔ)系統(tǒng)、手機(jī)端應(yīng)用程序等組成。解決機(jī)器人生產(chǎn)線調(diào)試時(shí)間過長(zhǎng)；針對(duì)不同品牌、型號(hào)的機(jī)器人無(wú)法協(xié)同作業(yè)；解決不同品牌、型號(hào)機(jī)器人不同協(xié)議造成無(wú)法統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；解決機(jī)器人生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常，需技術(shù)員長(zhǎng)期值守或無(wú)人及時(shí)處理。智云機(jī)器人兼容控制系統(tǒng)的研發(fā)，可以兼容各大品牌的各型號(hào)機(jī)器人控制系統(tǒng)，進(jìn)行機(jī)器人數(shù)據(jù)傳輸、智云分析、監(jiān)控管理。為應(yīng)用企業(yè)提供各種型號(hào)的機(jī)器人實(shí)時(shí)管理，從而達(dá)到對(duì)機(jī)器人的使用和機(jī)器人產(chǎn)線的保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、效率化。

關(guān)鍵詞：智云運(yùn)維；工業(yè)機(jī)器人；兼容控制；遠(yuǎn)程監(jiān)控；智能制造

中圖分類號(hào)：TP242.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）14-0019-03

Abstract： The Intelligent Cloud compatible control system， composed of robot data extraction software system， data transfer station， management server， cloud management storage system， mobile phone applications and so on， solves problems such as robot production line debugging time is too long； robots of different brands and models can not work together； different protocols of robots of different brands and models fail to make data statistics； anomaly in robot production needs technicians to be on duty for a long time

or no one can handle it in time. The research and development of the compatible control system of the Intelligent Cloud robot can be compatible with each model of the robot control system of each major brand， carry on the robot data transmission， Intelligent Cloud analysis， monitor and control management， to provide various types of real-time robot management for the application enterprises， so as to achieve the standardization and efficiency in the use of the robot and the maintenance of the robot production line.

Keywords： Intelligent Cloud operation and maintenance； industrial robot； compatible control； remote monitoring； intelligent manufacturing

1 項(xiàng)目實(shí)施的背景和意義

1.1 智云機(jī)器人兼容控制系統(tǒng)項(xiàng)目的先進(jìn)性

工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的自動(dòng)化裝備，代表著未來(lái)智能裝備的發(fā)展方向。推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用和發(fā)展，對(duì)于改善勞動(dòng)條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，帶動(dòng)相關(guān)學(xué)科發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新能力提升，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、發(fā)展方式轉(zhuǎn)變和工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重要意義。

從應(yīng)用領(lǐng)域看，搬運(yùn)機(jī)器人銷售占總銷量的53%，位居第一位，同比增長(zhǎng)109%；焊接與釬焊機(jī)器人銷量占比為19%，位居第二位，同比增長(zhǎng)32%。從應(yīng)用行業(yè)看，化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)、汽車制造業(yè)、橡膠和塑料制品業(yè)及電氣機(jī)械和器材制造業(yè)應(yīng)用較為集中，共計(jì)占銷售總量的58%。其中：黑色金屬冶煉和壓延工業(yè)、教育、橡膠和塑料制品業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)、專用設(shè)備制造業(yè)、家具制造、3C、服裝、服飾業(yè)以及酒、飲料和精制茶制造業(yè)增速較快。

工業(yè)機(jī)器人的核心技術(shù)主要為控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素。在控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)方面，主要研究重點(diǎn)是功能劃分和功能之間信息交換的規(guī)范。為了克服現(xiàn)有的機(jī)器人信息管理交互的技術(shù)諸多不足，提出一種解決方案，即智云機(jī)器人兼容控制系統(tǒng)。兼容市面上大部分的常用機(jī)器人型號(hào)和廠家，比如 EPSON，ABB，KUKA 等多品牌機(jī)器人，把這些品牌機(jī)器人運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一在一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)下歸類，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸。

高科技：智云機(jī)器人兼容控制系統(tǒng)，可以兼容各大品牌的各型號(hào)機(jī)器人控制系統(tǒng)，進(jìn)行機(jī)器人數(shù)據(jù)傳輸、智云分析、監(jiān)控管理。包涵了C#、VB、VC++、LINUX控制系統(tǒng)開發(fā)、TCP/IP通信、RFID、GPS、工業(yè)設(shè)計(jì)等多學(xué)科的高新技術(shù)。

高穩(wěn)定：使用智云機(jī)器人兼容控制系統(tǒng)解決方案可以避免維護(hù)人員的疲憊以及人員技術(shù)不一等原因帶來(lái)的管理問題。本項(xiàng)目的研發(fā)可以讓機(jī)器人生產(chǎn)過程更加穩(wěn)定，順暢。

高效率：系統(tǒng)把事后才能發(fā)現(xiàn)，解決的事情，修正成自動(dòng)事前發(fā)現(xiàn)，事中及時(shí)報(bào)告，事后歸檔，為機(jī)器人的使用和機(jī)器人產(chǎn)線的保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、效率化。智云機(jī)器人兼容控制系統(tǒng)目前主要是解決人工成本上漲、效率低下、安全隱患高等問題。

開放性：將獲取到的生產(chǎn)信息和內(nèi)部獲取的機(jī)器人本體信息，如軸，關(guān)節(jié)等通過開放式的網(wǎng)關(guān)提供給第三方系統(tǒng)完成進(jìn)一步的智能化。

兼容性：系統(tǒng)能兼容市面上大部分的常用機(jī)器人型號(hào)和廠家，比如EPSON，ABB，KUKA等機(jī)器人，把這些品牌機(jī)器人運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一在一個(gè)平臺(tái)下歸類，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸。

1.2 智云機(jī)器人兼容控制系統(tǒng)項(xiàng)目的必要性

工業(yè)大國(guó)提出機(jī)器人產(chǎn)業(yè)政策，如德國(guó)工業(yè)4.0、日本機(jī)器人新戰(zhàn)略、美國(guó)先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃、中國(guó)十三五規(guī)劃與《中國(guó)制造2025》等國(guó)家級(jí)政策，皆納入機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展為重要內(nèi)涵，將促使工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)。綜上所述，未來(lái)機(jī)器人必然是多樣化的，在面對(duì)各種各樣的機(jī)器人時(shí)，如何去操作，這又是一個(gè)大的難題。需要一個(gè)可以兼容各大品牌機(jī)器人的控制系統(tǒng)，這是一個(gè)必然的過程，因此智云機(jī)器人兼容控制系統(tǒng)是非常具有一定的開拓性和前瞻性。

在項(xiàng)目面向的領(lǐng)域中，由于技術(shù)和應(yīng)用成本均屬于起步階段的原因，其市場(chǎng)潛力巨大。智云機(jī)器人兼容控制系統(tǒng)所擁有的專利核心技術(shù)，高性能的開放性、兼容性和解決問題的能力，使得本項(xiàng)目取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

如下圖1所示：

1.3 智云機(jī)器人兼容控制系統(tǒng)項(xiàng)目解決方案

智云機(jī)器人兼容控制系統(tǒng)的研發(fā)，可以兼容各大品牌的各型號(hào)機(jī)器人控制系統(tǒng)，進(jìn)行機(jī)器人數(shù)據(jù)傳輸、智云分析、監(jiān)控管理。為應(yīng)用企業(yè)提供各種型號(hào)的機(jī)器人實(shí)時(shí)管理，從而達(dá)到對(duì)機(jī)器人的使用和機(jī)器人產(chǎn)線的保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、效率化。

（1）解決不同品牌、型號(hào)機(jī)器人不同協(xié)議造成無(wú)法統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；能夠兼容市面上大部分的常用機(jī)器人型號(hào)和廠家，將EPSON，ABB，KUKA等多品牌機(jī)器人，把這些品牌機(jī)器人運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一在一個(gè)平臺(tái)下管理。

（2）針對(duì)不同品牌、型號(hào)的機(jī)器人無(wú)法協(xié)同作業(yè)；把事后才會(huì)發(fā)現(xiàn)、解決的事情，修正成事前發(fā)現(xiàn)，事中及時(shí)報(bào)告，事后歸檔，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的使用和機(jī)器人產(chǎn)線的保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、效率化。

（3）將獲取到的生產(chǎn)信息和內(nèi)部獲取的機(jī)器人本體信息，如軸、關(guān)節(jié)等，通過開放式的網(wǎng)關(guān)提供給第三方系統(tǒng)完成進(jìn)一步的智能化。

（4）機(jī)器人本體出現(xiàn)故障，緊急停止問題，由事后發(fā)現(xiàn)改為事先檢測(cè)。提前預(yù)警，減少同類型故障95%發(fā)生率； 避免維護(hù)人員的疲憊以及人員技術(shù)不一等原因帶來(lái)的管理問題，可以讓機(jī)器人生產(chǎn)過程更加穩(wěn)定、順暢，一個(gè)時(shí)間段內(nèi)一個(gè)人就能實(shí)時(shí)管理多條機(jī)器人生產(chǎn)線設(shè)備，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常，需技術(shù)員長(zhǎng)期值守或無(wú)人及時(shí)處理。

1.4 采用的技術(shù)方案和路線

將機(jī)器人的應(yīng)用進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，建立任務(wù)性能標(biāo)準(zhǔn)可以使員工快速學(xué)習(xí)定好把各機(jī)器人廠家協(xié)議對(duì)接，統(tǒng)一化管理。機(jī)器人兼容控制系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)云端大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算和反饋。

技術(shù)路線：

（1）數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站接收各家機(jī)器人的數(shù)據(jù)；通過使用服務(wù)器軟件VB、C#、C++等語(yǔ)言開發(fā)，通信協(xié)議包含了DEVICE NET、PROFIBUS、EtherNet IP、EtherBus以及CAN總線，讀取機(jī)器人運(yùn)行數(shù)據(jù)。

（2）完成應(yīng)用GPS/RFID對(duì)機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程定位搜索；管理服務(wù)器從數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站獲取數(shù)據(jù)并判斷產(chǎn)線是否工作正常以及是否有需要提前維護(hù)的機(jī)器人。

（3）手機(jī)客戶端APP使用JAVA開發(fā)，開通GPRS、WIFI連接方式；發(fā)現(xiàn)問題，提出警報(bào)，并提示在第幾條生產(chǎn)線第幾號(hào)工位，維護(hù)人員快速前往處理；解決維護(hù)人員的疲憊以及人員技術(shù)不一等原因帶來(lái)的管理問題，讓機(jī)器人生產(chǎn)過程更加穩(wěn)定，順暢。

（4）問題處理完畢，維護(hù)人員填寫報(bào)告，報(bào)告將通過數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站傳遞到云服務(wù)器；云服務(wù)器存儲(chǔ)工廠機(jī)器人的所有狀態(tài)和內(nèi)部數(shù)據(jù)，一方面?zhèn)鬟f給管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一方面可以對(duì)大量的機(jī)器人實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究開發(fā)。

（5）將機(jī)器人的應(yīng)用進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，建立任務(wù)性能標(biāo)準(zhǔn)使員工快速學(xué)習(xí)定好把各機(jī)器人廠家協(xié)議對(duì)接，統(tǒng)一化管理。

2 項(xiàng)目的主要技術(shù)創(chuàng)新及實(shí)施

2.1 項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新

智云兼容控制系統(tǒng)由機(jī)器人數(shù)據(jù)提取軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站、管理服務(wù)器、云管理存儲(chǔ)系統(tǒng)、手機(jī)端應(yīng)用程序等組成。

（1）機(jī)器人數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)，安裝在機(jī)器人編程維護(hù)電腦上，或者作為一個(gè)嵌入式模塊安裝在機(jī)器人旁邊，對(duì)不同類型的機(jī)器人的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換并提取機(jī)器人狀態(tài)信息，然后把信息傳遞給數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站。

（2）智云數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，綜合獲取到的機(jī)器人狀態(tài)信息，一方面把數(shù)據(jù)傳遞給管理服務(wù)器進(jìn)行狀態(tài)本地實(shí)時(shí)管理，一方面把數(shù)據(jù)傳遞給云服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)。

（3）智云兼容控制服務(wù)器，安裝在管理室內(nèi)，維護(hù)人員可以根據(jù)管理服務(wù)器的狀態(tài)提示進(jìn)行提前和及時(shí)的維護(hù)處理工作。

（4）智云管理存儲(chǔ)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)工廠的狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)更新APP應(yīng)用程序的狀態(tài)以及開放大數(shù)據(jù)接口給第三方研究開發(fā)。

（5）智云移動(dòng)終端APP應(yīng)用程序，如安裝在高層管理人員的手機(jī)上，可以實(shí)時(shí)獲取工廠的狀態(tài)以及工廠產(chǎn)量。

2.2 項(xiàng)目的技術(shù)實(shí)施步驟

（1）成立智云機(jī)器人系統(tǒng)項(xiàng)目組，對(duì)機(jī)器人現(xiàn)狀和市場(chǎng)需求做深入調(diào)研。收集客戶需求信息，整理分析以及市場(chǎng)評(píng)估，制定客戶需求表，確定項(xiàng)目的可行性和開發(fā)方向。

（2）組建項(xiàng)目開發(fā)團(tuán)隊(duì)，將調(diào)研結(jié)果轉(zhuǎn)換為研發(fā)設(shè)計(jì)指標(biāo)，進(jìn)行整體方案規(guī)劃和系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)。制定詳細(xì)的項(xiàng)目總體計(jì)劃書，明確時(shí)間節(jié)點(diǎn)和團(tuán)隊(duì)成員的工作任務(wù)與職責(zé)。

（3）對(duì)系統(tǒng)所涉及的硬件和軟件、包括產(chǎn)品選型、物料成本評(píng)估、關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)、器件資源評(píng)估，對(duì)各功能模塊，各技術(shù)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試評(píng)審，對(duì)系統(tǒng)部署測(cè)試中暴露的問題，進(jìn)行整改優(yōu)化；完成硬件和軟件開發(fā)；小批量樣機(jī)并操作應(yīng)用。

（4）系統(tǒng)基層架構(gòu)，前端后端核心分離技術(shù)，各個(gè)功能模塊的詳細(xì)開發(fā)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行系統(tǒng)基層架構(gòu)與各功能模塊、數(shù)據(jù)接口的對(duì)接設(shè)計(jì)開發(fā)。

（5）數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站接收各家機(jī)器人的數(shù)據(jù)；制定出硬件和軟件的總體設(shè)計(jì)方案，明確各個(gè)子模塊的功能和輸入輸出接口。

（6）服務(wù)器從數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站獲取數(shù)據(jù)并判斷產(chǎn)線是否工作正常以及是否有需要提前維護(hù)的機(jī)器人，發(fā)現(xiàn)問題后發(fā)出警報(bào)，并提示在第幾條生產(chǎn)線第幾號(hào)工位，維護(hù)人員快速前往處理；問題處理完畢，維護(hù)人員填寫報(bào)告，報(bào)告將通過數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站傳遞到云服務(wù)器。

（7）云服務(wù)器存儲(chǔ)工廠機(jī)器人的所有狀態(tài)和內(nèi)部數(shù)據(jù)，一方面?zhèn)鬟f給管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一方面可以對(duì)大量的機(jī)器人實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究開發(fā)。

（8）根據(jù)評(píng)審合格的系統(tǒng)軟件，進(jìn)行軟、硬件調(diào)試效果總結(jié)，確認(rèn)系統(tǒng)各功能和性能是否達(dá)到項(xiàng)目整體開發(fā)方案的預(yù)期目標(biāo)；軟件開發(fā)完成，技術(shù)歸檔、移交、技術(shù)培訓(xùn)；輸出各項(xiàng)量產(chǎn)文件，對(duì)大量的機(jī)器人實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究開發(fā)，形成標(biāo)準(zhǔn)文件和大數(shù)據(jù)。

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