虛實(shí)結(jié)合的低延時(shí)工業(yè)機(jī)器人監(jiān)控調(diào)試系統(tǒng)①

禹鑫燚 應(yīng)皓哲 鄭 坤 王 犇 歐林林

(浙江工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院 杭州310023)

0 引言

機(jī)器人作為一種高效率、智能化的生產(chǎn)工具,應(yīng)用范圍涉及工業(yè)制造、航空航天和醫(yī)療護(hù)理等各個(gè)領(lǐng)域,在我國(guó)具有很高的使用占比。其中工業(yè)機(jī)器人與“工業(yè)4.0”提倡的“無(wú)人工廠(chǎng)”、“智能制造”等理念完美貼合,是實(shí)現(xiàn)實(shí)體制造行業(yè)從傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集、資源密集向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)變的重要推動(dòng)力量[1-2]。但是隨著工業(yè)機(jī)器人使用場(chǎng)景的增多,工作場(chǎng)景內(nèi)設(shè)備量的增加,工作環(huán)境愈發(fā)復(fù)雜。隨之帶來(lái)了安全隱患增加、故障排查困難等問(wèn)題,大量設(shè)備的同時(shí)運(yùn)行也增加了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷、惡化了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,對(duì)搭建有效、穩(wěn)定且低延時(shí)的監(jiān)控系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)[3]。如何提前預(yù)防和有效解決工業(yè)機(jī)器人自身運(yùn)行安全以及人機(jī)安全問(wèn)題,同時(shí)減少網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響,具有很高的應(yīng)用和研究?jī)r(jià)值。

目前國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[4]針對(duì)工業(yè)機(jī)器人提出了一種生命周期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方案。文獻(xiàn)[5]基于云計(jì)算對(duì)噴涂機(jī)器人設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控以及診斷系統(tǒng),能夠匹配到不同的故障類(lèi)型。文獻(xiàn)[6]結(jié)合機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人協(xié)同的動(dòng)態(tài)視覺(jué)監(jiān)測(cè)。文獻(xiàn)[7]基于Unity 3D 虛擬現(xiàn)實(shí)引擎開(kāi)發(fā)B/S 架構(gòu)下的三維虛擬監(jiān)控系統(tǒng),能實(shí)時(shí)再現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的真實(shí)狀態(tài)。文獻(xiàn)[8]利用具有空間分辨率的觸覺(jué)地板作為監(jiān)測(cè)空間安全的傳感器,通過(guò)地板顏色提示空間的安全區(qū)域。在監(jiān)控系統(tǒng)的通信方式上,文獻(xiàn)[9]通過(guò)WiFi 模塊采集傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù),并以以太網(wǎng)傳輸。文獻(xiàn)[10]以消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議(message queuing telemetry transport,MQTT)進(jìn)行客戶(hù)端和服務(wù)端間的通信,傳輸機(jī)器人角度數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)[11]利用TCP/IP 協(xié)議的遠(yuǎn)程通信網(wǎng)關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程工業(yè)設(shè)備控制。文獻(xiàn)[12]基于以太網(wǎng)通過(guò)Socket 和Ethernet KRL 接口,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與上位控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。

目前研究所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)大多將重心放在對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控上,缺乏對(duì)于人機(jī)安全的監(jiān)控手段。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)以及延遲等負(fù)面因素的影響,導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)的整體性能大打折扣。因此高效的工業(yè)機(jī)器人多類(lèi)安全問(wèn)題監(jiān)控方案具有較高的研究?jī)r(jià)值。

本文在此研究背景下面向工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)環(huán)境,設(shè)計(jì)了基于“云-邊-端”架構(gòu)的虛實(shí)結(jié)合的低延時(shí)工業(yè)機(jī)器人監(jiān)控調(diào)試系統(tǒng),在“云”層以瀏覽器/服務(wù)器模式(browser/server,B/S)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了交互控制界面,實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控。在機(jī)器人數(shù)據(jù)監(jiān)控的基礎(chǔ)上,以現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面實(shí)時(shí)監(jiān)控結(jié)合虛擬仿真環(huán)境同步運(yùn)行的形式對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)多維度監(jiān)控;同時(shí)結(jié)合部署在“邊”層帶算力的嵌入式設(shè)備,對(duì)生產(chǎn)環(huán)境下的人和運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像處理,實(shí)現(xiàn)人機(jī)安全監(jiān)測(cè)。根據(jù)所評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)做出警告信息和安全決策。最后構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),以一系列實(shí)驗(yàn)對(duì)虛實(shí)結(jié)合的低延時(shí)工業(yè)機(jī)器人監(jiān)控調(diào)試系統(tǒng)進(jìn)行功能驗(yàn)證和性能分析,驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。

1 系統(tǒng)需求及總體框架設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的虛實(shí)結(jié)合的低延時(shí)工業(yè)機(jī)器人監(jiān)控調(diào)試系統(tǒng)主要用于解決工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)環(huán)境中傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控手段單一、監(jiān)控信息不夠全面、故障時(shí)故障原因排查困難以及遠(yuǎn)程監(jiān)控高延時(shí)等問(wèn)題。從系統(tǒng)硬件構(gòu)成和系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)兩方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì),系統(tǒng)總體框架如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

系統(tǒng)硬件構(gòu)成方面,所需的系統(tǒng)硬件主要包括部署在生產(chǎn)環(huán)境內(nèi)網(wǎng)的機(jī)器人及其控制臺(tái)、帶算力和豐富接口的嵌入式設(shè)備、攝像頭和工業(yè)路由器及高性能的云服務(wù)主機(jī)。對(duì)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括對(duì)設(shè)備進(jìn)行選型、系統(tǒng)環(huán)境構(gòu)建和連接調(diào)試等操作。

系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)方面,為了增加系統(tǒng)的及時(shí)性和安全性,采用邊-云協(xié)同的系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。在“云”層,為了給用戶(hù)提供可視化界面以顯示多維度的監(jiān)控信息,以及提供簡(jiǎn)單易操控的交互控制界面,采用Vue.js 對(duì)交互式Web 客戶(hù)端進(jìn)行編寫(xiě)。為了在前端實(shí)現(xiàn)對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備的同步仿真,使用3D 引擎three.js 在頁(yè)面中嵌入機(jī)器人設(shè)備的3D模型?？紤]到前后端的快速通信需求,采用GoLang語(yǔ)言和Beego 框架進(jìn)行后臺(tái)功能開(kāi)發(fā)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面實(shí)時(shí)監(jiān)控,在后臺(tái)部署基于快速UDP 互聯(lián)網(wǎng)連接(quick UDP Internet connection,QUIC)協(xié)議的實(shí)時(shí)消息傳輸協(xié)議(real time messaging protocol,RTMP)直播服務(wù)器,接收視頻推流并在前端播放。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)“端”層設(shè)備的控制以及數(shù)據(jù)交互操作,集成ModBus 協(xié)議通訊進(jìn)行遠(yuǎn)程交互,封裝MoveJ和SpeedJ 指令控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng),在進(jìn)程間采用Redis 數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存,采用MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)持久化存儲(chǔ)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備在“云”與“邊”層的分布式部署,并實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的低延時(shí)通信調(diào)度功能,采用遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用(remote procedure call,RPC)分布式框架實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不同層級(jí)進(jìn)程間通訊的功能,并在通信協(xié)議上采用QUIC 協(xié)議代替TCP 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,降低通信延時(shí)以增加系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。為了確保生產(chǎn)環(huán)境的人機(jī)安全,通過(guò)向部署的YOLO模型中輸入生產(chǎn)環(huán)境圖像,對(duì)機(jī)器人和工作人員進(jìn)行識(shí)別框定,并根據(jù)空間位置關(guān)系生成警報(bào)信息和機(jī)器人控制決策。為了增加監(jiān)控系統(tǒng)的及時(shí)性和安全性,將上述監(jiān)測(cè)計(jì)算和控制決策功能從“云”層的云服務(wù)器移到“邊”層的嵌入式設(shè)備上進(jìn)行計(jì)算。

以分布式調(diào)度框架實(shí)現(xiàn)云端系統(tǒng)和邊緣設(shè)備的協(xié)同工作,實(shí)現(xiàn)以下功能:(1)實(shí)現(xiàn)對(duì)多類(lèi)工業(yè)機(jī)器人設(shè)備的遠(yuǎn)程連接、數(shù)據(jù)采集和運(yùn)行控制功能;(2)針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的機(jī)器人運(yùn)行安全以及人機(jī)安全問(wèn)題進(jìn)行監(jiān)控,及時(shí)進(jìn)行異常警報(bào)和決策控制;(3)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同設(shè)備、進(jìn)程和語(yǔ)言的功能模塊進(jìn)行低延時(shí)通信和分布式調(diào)度;(4)為用戶(hù)提供可視化前端,包括直觀的監(jiān)控界面和簡(jiǎn)潔操作面板。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件總體方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件總體架構(gòu)如圖2 所示,系統(tǒng)以“云-邊-端”三層構(gòu)成。“云”層為高帶寬大存儲(chǔ)容量的云服務(wù)主機(jī),向上接受用戶(hù)的指令操作并可視化監(jiān)控信息,向下進(jìn)行功能調(diào)度和數(shù)據(jù)采集;“邊”層為帶算力的嵌入式設(shè)備,作為內(nèi)網(wǎng)設(shè)備的工業(yè)網(wǎng)關(guān)與外網(wǎng)通信,同時(shí)采集攝像頭數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算監(jiān)控;“端”層由部署在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境內(nèi)網(wǎng)的一系列工業(yè)機(jī)器人以及監(jiān)控?cái)z像頭組成。

圖2 硬件總體架構(gòu)圖

近年來(lái)科技高速發(fā)展,設(shè)備的存儲(chǔ)和計(jì)算能力都得到了迅速的進(jìn)步,以帶算力的嵌入式設(shè)備代替云計(jì)算主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):(1)將計(jì)算和存儲(chǔ)由邊緣設(shè)備執(zhí)行,能夠降低云端的負(fù)荷,提升系統(tǒng)整體的計(jì)算速度,降低數(shù)據(jù)傳輸導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)延遲;(2)將數(shù)據(jù)在邊緣端處理,同時(shí)將決策處理從云端移至邊緣端,降低分布式拒絕服務(wù)(distributed denial of service,DDoS)惡意攻擊的風(fēng)險(xiǎn),增加系統(tǒng)的安全性;(3)增加系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展升級(jí),只需通過(guò)增加或升級(jí)邊緣設(shè)備,而不需要對(duì)云服務(wù)器進(jìn)行資源升級(jí);(4)降低云服務(wù)端故障、網(wǎng)絡(luò)中斷等意外因素帶來(lái)的危害性,增加系統(tǒng)的可靠性。

2.2 系統(tǒng)硬件選型與分析

針對(duì)上述設(shè)計(jì)需求,選擇TP-LINK TL-SG1024DT千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行局域網(wǎng)組網(wǎng);選用螢石C6C 攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控;嵌入式設(shè)備的選型需求為:作為網(wǎng)關(guān)設(shè)備需要有豐富的接口資源,同時(shí)要強(qiáng)勁的算力對(duì)監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。綜合考慮算力、成本、硬件資源等因素,最終選擇ATLAS 200 計(jì)算卡結(jié)合擴(kuò)展系統(tǒng)載板RTSO-7001 進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建,拓展載板如圖3 所示。利用系統(tǒng)載板RTSO-7001 上多網(wǎng)口的優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)關(guān)設(shè)備的功能;利用計(jì)算卡ATLAS 200 的22 TOPS INT8 算力以及最高16 路30 幀1080P 視頻的編解碼能力的優(yōu)勢(shì),作為局域網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算節(jié)點(diǎn),對(duì)所采集的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,實(shí)時(shí)輸出監(jiān)控結(jié)果。ATLAS 200 與系統(tǒng)載板RTSO-7001 結(jié)合作為“邊”層的通信計(jì)算節(jié)點(diǎn),將產(chǎn)生的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)上報(bào)至云端。而云端對(duì)各個(gè)嵌入式端節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總、處理、存儲(chǔ),并在前端界面進(jìn)行可視化顯示。

圖3 擴(kuò)展載板

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)軟件總體方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用“邊-云”協(xié)同的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),依照功能邏輯將云端分為節(jié)點(diǎn)通信模塊、遠(yuǎn)程控制模塊、可視化監(jiān)控模塊和數(shù)據(jù)采集模塊,將邊緣節(jié)點(diǎn)分為節(jié)點(diǎn)通信模塊、實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊和決策控制模塊,功能結(jié)構(gòu)如圖4 所示。云端監(jiān)控中心通過(guò)節(jié)點(diǎn)通信模塊與遠(yuǎn)端的邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)通信,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互以及任務(wù)的分布式調(diào)度。在此基礎(chǔ)上通過(guò)云端以及邊緣節(jié)點(diǎn)上的監(jiān)控模塊協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備運(yùn)行狀況的可視化監(jiān)控;通過(guò)云端以及邊緣節(jié)點(diǎn)上的控制模塊協(xié)同工作,實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境中機(jī)器人設(shè)備的遠(yuǎn)程調(diào)試功能,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)。

圖4 功能結(jié)構(gòu)圖

基于上述“邊-云”協(xié)同的分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想,設(shè)計(jì)如圖5 所示的軟件系統(tǒng)框架,包括云端監(jiān)控中心以及邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)2 個(gè)層級(jí)。以2 個(gè)層級(jí)協(xié)同工作的模式,將系統(tǒng)以核心服務(wù)為劃分,抽離出節(jié)點(diǎn)通信子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程工業(yè)機(jī)器人的監(jiān)控。

圖5 軟件系統(tǒng)框架圖

3.2 節(jié)點(diǎn)通信子系統(tǒng)

本文中的節(jié)點(diǎn)通信子系統(tǒng)采用GoLang 語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā),為了實(shí)現(xiàn)在不同語(yǔ)言、不同設(shè)備運(yùn)行的進(jìn)程間互相通信,設(shè)計(jì)RPC 服務(wù)端和客戶(hù)端進(jìn)行任務(wù)的分布式調(diào)度。為了減少業(yè)務(wù)在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)耗時(shí),在傳輸層采用QUIC 協(xié)議代替?zhèn)鹘y(tǒng)的TCP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3.2.1 協(xié)議選擇

在通信協(xié)議的選擇上,傳統(tǒng)傳輸層協(xié)議包括TCP、UDP 等協(xié)議,TCP 協(xié)議面向連接,強(qiáng)調(diào)的是傳輸?shù)目煽啃?但連接開(kāi)銷(xiāo)大、效率低。UDP 協(xié)議是無(wú)連接方式的協(xié)議,效率高速度快,但是傳輸不可靠?；诒O(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)需求,采用QUIC 協(xié)議作為通信協(xié)議進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。QUIC協(xié)議由Google 定制,基于UDP 實(shí)現(xiàn),其集成了TCP協(xié)議和UDP 協(xié)議的優(yōu)勢(shì),可以在保證穩(wěn)定傳輸?shù)耐瑫r(shí)有效減少網(wǎng)絡(luò)延遲[13]。在本文中采用QUIC 協(xié)議代替?zhèn)鹘y(tǒng)協(xié)議進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)有以下優(yōu)點(diǎn):(1)傳統(tǒng)協(xié)議內(nèi)置于系統(tǒng)內(nèi)核中實(shí)現(xiàn),而QUIC 基于客戶(hù)端實(shí)現(xiàn),在后續(xù)升級(jí)中,無(wú)需進(jìn)行操作系統(tǒng)層級(jí)的修改,方便進(jìn)行系統(tǒng)的迭代更新;(2)在協(xié)議性能上,與TCP 協(xié)議相比QUIC 采用多路復(fù)用設(shè)計(jì),可以通過(guò)一個(gè)連接同時(shí)進(jìn)行多個(gè)請(qǐng)求,減少時(shí)間和連接資源的浪費(fèi);采用TCP Fast Opend 的設(shè)計(jì),在已建立過(guò)連接的情況下無(wú)需握手就可以再次建立連接,減少等待時(shí)延;在重傳機(jī)制上采用前向糾錯(cuò)(forward error correction)機(jī)制恢復(fù)傳輸中丟失的數(shù)據(jù),減少重傳造成的阻塞;對(duì)于擁塞控制、數(shù)據(jù)加密等機(jī)制也做了進(jìn)一步的優(yōu)化。使用QUIC 協(xié)議可以保證系統(tǒng)在穩(wěn)定安全地傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí),極大地提升訪(fǎng)問(wèn)速度增加系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性?；谠赪eb 端實(shí)時(shí)顯示直播現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面的監(jiān)控需求,修改視頻推流協(xié)議RTMP 的傳輸層協(xié)議以提升系統(tǒng)監(jiān)控性能。QUIC 協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)傳輸中的層級(jí)關(guān)系如圖6所示,將RTMP 的底層實(shí)現(xiàn)協(xié)議從傳統(tǒng)的TCP 協(xié)議修改成QUIC 協(xié)議,達(dá)到降低推流卡頓的效果。

圖6 QUIC 協(xié)議層級(jí)關(guān)系圖

3.2.2 RPC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于本文的應(yīng)用場(chǎng)景,需要在云端遠(yuǎn)程調(diào)用C++接口的目標(biāo)檢測(cè)推理引擎,實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)圖像的實(shí)時(shí)檢測(cè)。因此所實(shí)現(xiàn)的RPC 功能需要在跨設(shè)備的同時(shí)實(shí)現(xiàn)跨語(yǔ)言的服務(wù)調(diào)度,而GoLang 語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供的net/rpc 包所實(shí)現(xiàn)RPC 框架不能實(shí)現(xiàn)跨語(yǔ)言服務(wù)調(diào)用,同時(shí)底層協(xié)議的實(shí)現(xiàn)也已經(jīng)封裝好難以修改,不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求。因此在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行以下擴(kuò)展設(shè)計(jì)。

(1)為了解決通訊問(wèn)題,以QUIC 協(xié)議為基礎(chǔ),建立客戶(hù)端與服務(wù)端間的通信鏈路。

(2)為了解決服務(wù)尋址問(wèn)題,為通信進(jìn)程雙方綁定固定的IP 地址和端口號(hào)解決設(shè)備尋址問(wèn)題;為服務(wù)方法綁定唯一的UUID 號(hào),并將UUID 號(hào)注冊(cè)至服務(wù)列表中,實(shí)現(xiàn)服務(wù)的尋址。

(3)為了實(shí)現(xiàn)跨語(yǔ)言的數(shù)據(jù)交互,在兩端進(jìn)程中維護(hù)相同的JSON 結(jié)構(gòu)用于封裝通信的數(shù)據(jù)。同時(shí)由于在底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中數(shù)據(jù)以二進(jìn)制數(shù)據(jù)的形式傳遞,需要將傳遞的數(shù)據(jù)進(jìn)行序列化,因此采用封裝了通用編碼協(xié)議的GO 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)"net/rpc/jsonrpc"包對(duì)JSON 數(shù)據(jù)進(jìn)行序列化和反序列化操作。

上述RPC 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)后端進(jìn)程間跨語(yǔ)言、跨內(nèi)存、跨設(shè)備服務(wù)的相互調(diào)用。RPC 進(jìn)程調(diào)用流程如圖7 所示,在此基礎(chǔ)上即可實(shí)現(xiàn)云端與邊緣設(shè)備的協(xié)同工作。

圖7 RPC 進(jìn)程調(diào)用流程圖

3.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)

以“邊-云”協(xié)同的模式實(shí)現(xiàn)監(jiān)控子系統(tǒng),將計(jì)算工作放在邊緣設(shè)備上極大減少了數(shù)據(jù)上下行負(fù)擔(dān)和云端的資源消耗。以前后端分離的形式開(kāi)發(fā)Web系統(tǒng),基于Beego 框架實(shí)現(xiàn)前后端的通信,用戶(hù)能隨時(shí)隨地通過(guò)瀏覽器在可視化的前端界面中,對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和人機(jī)安全進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.3.1 數(shù)據(jù)采集模塊

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)生產(chǎn)環(huán)境中的工業(yè)機(jī)器人控制臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取、緩存和持久化存儲(chǔ),作為后續(xù)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控分析的數(shù)據(jù)支撐。本文設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集模塊采集機(jī)器人姿態(tài)數(shù)據(jù),通過(guò)RPC 框架在云端遠(yuǎn)程調(diào)用邊緣設(shè)備上封裝的數(shù)據(jù)采集協(xié)議,對(duì)UR5 機(jī)器人和ABB 機(jī)器人的控制臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,并將數(shù)據(jù)上傳至部署于云端的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)多類(lèi)工業(yè)機(jī)器人數(shù)據(jù)采集的通用化,首先在邊緣設(shè)備上通過(guò)Socket 連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊與機(jī)器人控制臺(tái)的數(shù)據(jù)通信,并以ModBus協(xié)議對(duì)工業(yè)機(jī)器人的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集;對(duì)不同機(jī)器人的寄存器地址進(jìn)行封裝注冊(cè),實(shí)現(xiàn)多個(gè)寄存器的讀取。由于部分機(jī)器人服務(wù)器端口不支持多連接的問(wèn)題,采用長(zhǎng)連接和短連接的機(jī)制,對(duì)于只支持單連接的服務(wù)器端口在每次讀寫(xiě)完畢后就斷開(kāi)連接;對(duì)于支持多連接的服務(wù)器端口,維護(hù)長(zhǎng)連接進(jìn)行通信以增加讀寫(xiě)速度。對(duì)于不同的機(jī)器人封裝不同的采集協(xié)議,對(duì)ModBus 協(xié)議返回的報(bào)文信息進(jìn)行解析轉(zhuǎn)換,以便獲取正確的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集流程圖如圖8 所示。

圖8 數(shù)據(jù)采集流程圖

采用非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)Redis 對(duì)讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存,以異步存取的方式,實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)采集、讀取通路,以提升系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率,同時(shí)為后續(xù)模塊提供交互物理信號(hào)。利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL對(duì)設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),允許用戶(hù)根據(jù)時(shí)間段對(duì)歷史數(shù)據(jù)查詢(xún),進(jìn)而對(duì)設(shè)備運(yùn)行歷史狀態(tài)進(jìn)行分析。

3.3.2 虛實(shí)協(xié)同監(jiān)控模塊

為了更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境中工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控,設(shè)計(jì)了虛實(shí)協(xié)同的監(jiān)控模塊。以傳統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控和視頻監(jiān)控模式為基礎(chǔ),加入對(duì)工業(yè)機(jī)器人的實(shí)時(shí)仿真。以現(xiàn)實(shí)物理設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)仿真環(huán)境中的虛擬3D 模型運(yùn)動(dòng),用戶(hù)能在仿真環(huán)境中拖動(dòng)視角對(duì)運(yùn)行設(shè)備在不同角度進(jìn)行觀測(cè),增加設(shè)備監(jiān)控的維度。

如圖9 所示,設(shè)計(jì)前端界面對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控信息可視化輸出,包括左側(cè)的視頻監(jiān)控模塊、右上角的數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊和右下角的3D 仿真模型。

圖9 虛實(shí)協(xié)同監(jiān)控前端界面

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控畫(huà)面的直播功能,在云端部署直播服務(wù)器,用于接受由邊緣設(shè)備上推流來(lái)的視頻流數(shù)據(jù)。在前端頁(yè)面中嵌入flv.js 插件,對(duì)直播服務(wù)器上的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行拉流,輸出視頻畫(huà)面。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,從Redis 數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),并設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可視化框?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行展示。

為了能實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)前端的機(jī)器人模型,使用3D引擎three.js 在頁(yè)面中嵌入機(jī)器人設(shè)備的3D 模型實(shí)時(shí)仿真。在后端讀取Redis 數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)時(shí)設(shè)備數(shù)據(jù),并通過(guò)Beego 框架傳輸?shù)角岸藢?xiě)入虛擬模型的數(shù)據(jù)標(biāo)簽中,驅(qū)動(dòng)虛擬模型運(yùn)動(dòng)。在設(shè)備故障時(shí),用戶(hù)可以根據(jù)時(shí)間信息從MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)出歷史數(shù)據(jù),驅(qū)動(dòng)模型進(jìn)行軌跡復(fù)現(xiàn),并在運(yùn)行時(shí)通過(guò)拖動(dòng)模型的視角在不同角度觀察設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),幫助進(jìn)行故障的分析。

在監(jiān)控系統(tǒng)的并發(fā)性能上,考慮到服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備帶寬上限,視頻傳輸會(huì)成為系統(tǒng)并發(fā)數(shù)量的瓶頸,因此本系統(tǒng)將視頻數(shù)據(jù)與設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)分線(xiàn)程傳輸。對(duì)于視頻數(shù)據(jù),由前端播放器界面的開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)視頻推流的停啟,限制同一時(shí)刻最高傳輸4 路720P 的視頻監(jiān)控畫(huà)面,以保持系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定暢通;對(duì)于設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù),系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)采集所有與系統(tǒng)建立連接的設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù),并緩存于redis中等待前端頁(yè)面讀取。通過(guò)上述機(jī)制保障系統(tǒng)對(duì)于多機(jī)器人設(shè)備的并發(fā)監(jiān)控性能。

3.3.3 虛擬圍欄模塊

為了在生產(chǎn)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)人機(jī)安全監(jiān)控,設(shè)計(jì)虛擬圍欄模塊,通過(guò)分布式調(diào)度方法實(shí)現(xiàn)“邊-云”協(xié)同的監(jiān)控模式。在云端遠(yuǎn)程調(diào)用運(yùn)行在生產(chǎn)環(huán)境側(cè)邊緣計(jì)算設(shè)備上的推理引擎,實(shí)時(shí)檢測(cè)雙視角下的生產(chǎn)環(huán)境視頻數(shù)據(jù),進(jìn)而推理出人機(jī)的位置關(guān)系,并將檢測(cè)結(jié)果結(jié)合視頻數(shù)據(jù)推流至云端實(shí)時(shí)顯示,前端界面如圖10 所示。

圖10 虛擬圍欄前端界面

虛擬圍欄如字面意義所示,在運(yùn)行的機(jī)器人周?chē)鷮?shí)時(shí)框定一個(gè)3D 的工作空間,當(dāng)檢測(cè)到有人進(jìn)入虛擬圍欄的空間范圍內(nèi)時(shí),觸發(fā)報(bào)警并在距離過(guò)近時(shí)對(duì)機(jī)械臂下發(fā)急停指令以確保人機(jī)安全。將檢測(cè)結(jié)果以RTMP 推流的形式實(shí)時(shí)推送至云端直播服務(wù)器中播放,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境下的人機(jī)安全監(jiān)控。

基于文獻(xiàn)[14]的目標(biāo)檢測(cè)算法訓(xùn)練了目標(biāo)檢測(cè)模型對(duì)雙視角下的人員和機(jī)器人進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和框定,并在此基礎(chǔ)上生成機(jī)械臂周?chē)奶摂M圍欄,同時(shí)利用DeepSort 算法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤,解決遮擋問(wèn)題。首先拍攝不同角度姿態(tài)、遠(yuǎn)近和明暗的機(jī)器人設(shè)備和人物圖像共4800 張建立數(shù)據(jù)集,每類(lèi)檢測(cè)對(duì)象的圖片數(shù)量為1600 張,在標(biāo)定后將數(shù)據(jù)集分成80%的訓(xùn)練集和20%的測(cè)試集進(jìn)行訓(xùn)練。將訓(xùn)練后的模型利用華為的開(kāi)發(fā)工具鏈Mindstudio 轉(zhuǎn)換為Atlas 200 計(jì)算卡上能支持的om 格式離線(xiàn)模型。利用ACL 庫(kù)抽象出的C++功能接口實(shí)現(xiàn)推理引擎的開(kāi)發(fā),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)原始圖像數(shù)據(jù)的預(yù)處理、推理模型的調(diào)用、推理結(jié)果的后處理操作。

通過(guò)雙路攝像頭從2 個(gè)垂直的視角拍攝運(yùn)行中的機(jī)器人,并將兩路圖片幀送入推理引擎中即可根據(jù)運(yùn)行機(jī)器人的中心點(diǎn)生成3D 虛擬圍欄,同時(shí)可以推理出人員是否進(jìn)入機(jī)器人的工作空間中。

3.4 遠(yuǎn)程調(diào)試子系統(tǒng)

為了方便用戶(hù)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制,設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程調(diào)試子系統(tǒng),提供角度控制和虛擬調(diào)試2 種遠(yuǎn)程控制方式。設(shè)計(jì)前端交互控制臺(tái)供用戶(hù)操作,控制臺(tái)界面如圖11 所示。用戶(hù)可以在控制臺(tái)上以按鍵遠(yuǎn)程連接機(jī)器人、控制機(jī)器人停啟,拖動(dòng)滑塊來(lái)控制工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)角和運(yùn)動(dòng)速度。

圖11 控制臺(tái)界面

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的關(guān)節(jié)控制,首先與機(jī)器人控制器建立Socket 通信連接,在此基礎(chǔ)上將機(jī)器人腳本命令封裝成MoveJ 和SpeedJ 指令,控制機(jī)器人實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)行效果。其中MoveJ 指令控制機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的角度值,SpeedJ 指令控制機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的速度值。

考慮到在Web 端遠(yuǎn)程調(diào)試機(jī)器人時(shí),不可避免會(huì)因數(shù)據(jù)傳遞延遲問(wèn)題導(dǎo)致操作延遲,在無(wú)監(jiān)督的情況下存在過(guò)調(diào)甚至損壞機(jī)器人的風(fēng)險(xiǎn),因此基于虛擬調(diào)試技術(shù)為系統(tǒng)加入虛擬調(diào)試功能。虛擬調(diào)試技術(shù)是在虛擬環(huán)境中調(diào)試控制設(shè)備的代碼,通過(guò)虛擬仿真測(cè)試和驗(yàn)證系統(tǒng)方案的可行性,再將調(diào)試代碼應(yīng)用到真實(shí)的場(chǎng)景中的技術(shù)[15]。

通過(guò)VNC 協(xié)議實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制部署于現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試主機(jī),在調(diào)試主機(jī)上運(yùn)行RoboDK 軟件構(gòu)建的生產(chǎn)環(huán)境虛擬仿真模型。在虛擬環(huán)境中進(jìn)行調(diào)試,將調(diào)試完畢的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡生成機(jī)器人離線(xiàn)程序,通過(guò)安全文件傳輸協(xié)議(secure file transfer protocol,SFTP)傳送到機(jī)器人服務(wù)器中執(zhí)行,完成對(duì)機(jī)器人程序的虛擬調(diào)試功能。從而通過(guò)瀏覽器就可對(duì)設(shè)備問(wèn)題、運(yùn)行方案等進(jìn)行虛擬調(diào)試實(shí)驗(yàn),虛擬調(diào)試界面如圖12 所示。

圖12 虛擬調(diào)試界面

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

基于本文所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括1 張華為ATLAS 200 計(jì)算卡、1張RTSO-7001 拓展載板、2 個(gè)螢石C6C 網(wǎng)絡(luò)攝像頭、1 臺(tái)路由器、1 臺(tái)千兆交換機(jī)、1 臺(tái)UR5 機(jī)器人及其控制臺(tái)、1 個(gè)阿里云服務(wù)器,以及1 臺(tái)筆記本電腦和若干網(wǎng)線(xiàn)。

4.1 設(shè)備遠(yuǎn)程連接實(shí)驗(yàn)

以UR5 機(jī)器人作為監(jiān)控對(duì)象,將邊緣設(shè)備的WAN 口通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)接路由器連接外網(wǎng)。將邊緣計(jì)算設(shè)備的LAN 口、機(jī)器人控制器網(wǎng)口和攝像頭通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接在同一交換機(jī)上,并配置IP 地址在同一網(wǎng)段下。在建立連接后通過(guò)電腦瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)部署在云端的Web 系統(tǒng)并登錄,結(jié)果如圖13 所示。通過(guò)頁(yè)面上的連接按鈕連接遠(yuǎn)程設(shè)備,前端獲取到了現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面,并遠(yuǎn)程連接到了機(jī)器人控制器中獲取到了關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)。

圖13 設(shè)備連接控制界面

4.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)驗(yàn)

通過(guò)Web 端監(jiān)控界對(duì)機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。在連接設(shè)備后,左側(cè)監(jiān)控開(kāi)啟獲取實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面,右側(cè)上半部分控制臺(tái)中獲取到當(dāng)前機(jī)器人姿態(tài)的關(guān)節(jié)數(shù)據(jù),右側(cè)下半部的仿真環(huán)境可以看到當(dāng)前機(jī)械臂處于的實(shí)時(shí)位姿,如圖14(a)所示。通過(guò)控制臺(tái)對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)角進(jìn)行調(diào)整,可以看到刀具位置、關(guān)節(jié)角度等數(shù)據(jù)隨機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)更新,同時(shí) 仿真環(huán)境中模型的姿態(tài)隨著實(shí)際機(jī)器人的變化而變化,結(jié)果如圖14(b)所示。

圖14 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在Web 端監(jiān)控界面對(duì)虛擬圍欄效果進(jìn)行驗(yàn)證。在連接設(shè)備后,界面左右兩側(cè)獲取到處理后的視頻流數(shù)據(jù),并對(duì)畫(huà)面中的機(jī)器人和人進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)框定,如圖15(a)所示,此時(shí)測(cè)試人員在虛擬圍欄范圍外。當(dāng)測(cè)試人員進(jìn)入虛擬圍欄的范圍內(nèi)時(shí),前端產(chǎn)生報(bào)警信息,并觸發(fā)機(jī)械臂的急停措施,結(jié)果如圖15(b)所示。

圖15 虛擬圍欄監(jiān)控實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.3 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性實(shí)驗(yàn)

以本文系統(tǒng)作為測(cè)試平臺(tái),以UR5 機(jī)器人作為目標(biāo)連接對(duì)象,在4G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行實(shí)時(shí)性測(cè)試,所測(cè)試的性能指標(biāo)包括數(shù)據(jù)采集時(shí)間、指令響應(yīng)時(shí)間和視頻傳輸質(zhì)量測(cè)試。測(cè)試方式如下。

基于文獻(xiàn)[16]的方法,以WebSocket 協(xié)議為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)雙工數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸,實(shí)現(xiàn)所有功能模塊部署在一起的單一應(yīng)用架構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)。將該系統(tǒng)與本文系統(tǒng)在平均數(shù)據(jù)采集時(shí)間和平均指令響應(yīng)時(shí)間上進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。程序控制以30ms的時(shí)間間隔產(chǎn)生數(shù)據(jù)采集指令對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)角度采集,共計(jì)3000 次計(jì)算平均數(shù)據(jù)采集時(shí)間。用程序控制以2 s 一次的頻率產(chǎn)生角度控制指令,控制機(jī)器人以相同的速度和角度前后擺動(dòng),共計(jì)3000 次,計(jì)算出平均指令響應(yīng)時(shí)間。比較結(jié)果如表1 所示,由表1可知,以QUIC 協(xié)議替代TCP 協(xié)議,同時(shí)以分布式服務(wù)框架代替單一應(yīng)用框架可以為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)提升20%左右的實(shí)時(shí)性。

表1 數(shù)據(jù)采集和指令響應(yīng)實(shí)時(shí)性對(duì)比

基于文獻(xiàn)[17]的方法,搭建TCP 為協(xié)議基礎(chǔ)的流媒體服務(wù)器實(shí)現(xiàn)直播測(cè)試,將該系統(tǒng)與本文系統(tǒng)進(jìn)行視頻傳輸質(zhì)量測(cè)試對(duì)比。以1080P 的畫(huà)質(zhì)采集2 路監(jiān)控視頻,進(jìn)行處理和推流操作15 min。分別在畫(huà)面采集到時(shí)和在云端獲取到處理后的圖片幀時(shí)記錄時(shí)間戳,以時(shí)間戳相減獲取監(jiān)控延時(shí),并記錄緩存中圖片幀的堆積數(shù),當(dāng)超過(guò)10 幀時(shí)記錄為一次播放卡頓。比較結(jié)果如表2 所示,由表2 可知以QUIC協(xié)議替代TCP 協(xié)議,可以在畫(huà)面直播時(shí)減少延時(shí)和卡頓,提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

表2 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性對(duì)比

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)可知,該系統(tǒng)可以通過(guò)實(shí)時(shí)圖像處理和實(shí)時(shí)模型驅(qū)動(dòng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和人機(jī)安全進(jìn)行監(jiān)控;通過(guò)對(duì)多種協(xié)議的封裝實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的調(diào)試;通過(guò)QUIC 協(xié)議可以減少網(wǎng)絡(luò)延時(shí),同時(shí)結(jié)合分布式框架可以減少協(xié)議的封裝、增加代碼的執(zhí)行效率增加系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,可以高效地對(duì)工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)環(huán)境中的多類(lèi)安全問(wèn)題進(jìn)行監(jiān)控,有效地提升生產(chǎn)環(huán)境中的安全系數(shù)。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)結(jié)合的低延時(shí)工業(yè)機(jī)器人監(jiān)控調(diào)試系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了B/S 架構(gòu)的客戶(hù)端系統(tǒng),為用戶(hù)提供了直觀的可視化界面,能夠在只有一個(gè)瀏覽器的情況下對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制。通過(guò)在前端界面嵌入虛擬仿真環(huán)境,對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行多維度的監(jiān)控。通過(guò)目標(biāo)檢測(cè)算法為機(jī)器人加裝虛擬圍欄,能有效降低人機(jī)安全事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。而基于數(shù)字孿生的虛擬調(diào)試技術(shù),能在機(jī)器人發(fā)生故障后,通過(guò)虛擬仿真找出問(wèn)題根源,提高效率的同時(shí)降低成本。整套系統(tǒng)通過(guò)RPC 框架結(jié)合QUIC 協(xié)議實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定的分布式調(diào)度,實(shí)現(xiàn)了較好的實(shí)時(shí)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的虛實(shí)結(jié)合的低延時(shí)工業(yè)機(jī)器人監(jiān)控調(diào)試系統(tǒng)運(yùn)行效果良好,在面對(duì)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中機(jī)器人的安全問(wèn)題時(shí),已經(jīng)具備相當(dāng)程度的實(shí)際作用,為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中機(jī)器人提供了一種合適的方案。