智云機器人兼容控制系統的關鍵技術研究與應用

曹昭

摘 要：智云兼容控制系統由機器人數據提取軟件系統、數據中轉站、管理服務器、云管理存儲系統、手機端應用程序等組成。解決機器人生產線調試時間過長；針對不同品牌、型號的機器人無法協同作業；解決不同品牌、型號機器人不同協議造成無法統計數據；解決機器人生產過程中出現異常，需技術員長期值守或無人及時處理。智云機器人兼容控制系統的研發，可以兼容各大品牌的各型號機器人控制系統，進行機器人數據傳輸、智云分析、監控管理。為應用企業提供各種型號的機器人實時管理，從而達到對機器人的使用和機器人產線的保養標準化、效率化。

關鍵詞：智云運維；工業機器人；兼容控制；遠程監控；智能制造

中圖分類號：TP242.6 文獻標志碼：A 文章編號：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 項目實施的背景和意義

1.1 智云機器人兼容控制系統項目的先進性

工業機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的自動化裝備，代表著未來智能裝備的發展方向。推進工業機器人的應用和發展，對于改善勞動條件，提高產品質量和勞動生產率，帶動相關學科發展和技術創新能力提升，促進產業結構調整、發展方式轉變和工業轉型升級具有重要意義。

從應用領域看，搬運機器人銷售占總銷量的53%，位居第一位，同比增長109%；焊接與釬焊機器人銷量占比為19%，位居第二位，同比增長32%。從應用行業看，化學原料和化學制品制造業、汽車制造業、橡膠和塑料制品業及電氣機械和器材制造業應用較為集中，共計占銷售總量的58%。其中：黑色金屬冶煉和壓延工業、教育、橡膠和塑料制品業、醫藥制造業、專用設備制造業、家具制造、3C、服裝、服飾業以及酒、飲料和精制茶制造業增速較快。

工業機器人的核心技術主要為控制系統，控制系統是機器人的大腦，是決定機器人功能和性能的主要因素。在控制系統體系結構方面，主要研究重點是功能劃分和功能之間信息交換的規范。為了克服現有的機器人信息管理交互的技術諸多不足，提出一種解決方案，即智云機器人兼容控制系統。兼容市面上大部分的常用機器人型號和廠家，比如 EPSON，ABB，KUKA 等多品牌機器人，把這些品牌機器人運行數據統一在一個系統平臺下歸類，進行數據轉換傳輸。

高科技：智云機器人兼容控制系統，可以兼容各大品牌的各型號機器人控制系統，進行機器人數據傳輸、智云分析、監控管理。包涵了C#、VB、VC++、LINUX控制系統開發、TCP/IP通信、RFID、GPS、工業設計等多學科的高新技術。

高穩定：使用智云機器人兼容控制系統解決方案可以避免維護人員的疲憊以及人員技術不一等原因帶來的管理問題。本項目的研發可以讓機器人生產過程更加穩定，順暢。

高效率：系統把事后才能發現，解決的事情，修正成自動事前發現，事中及時報告，事后歸檔，為機器人的使用和機器人產線的保養標準化、效率化。智云機器人兼容控制系統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：將獲取到的生產信息和內部獲取的機器人本體信息，如軸，關節等通過開放式的網關提供給第三方系統完成進一步的智能化。

兼容性：系統能兼容市面上大部分的常用機器人型號和廠家，比如EPSON，ABB，KUKA等機器人，把這些品牌機器人運行數據統一在一個平臺下歸類，進行數據轉換傳輸。

1.2 智云機器人兼容控制系統項目的必要性

工業大國提出機器人產業政策，如德國工業4.0、日本機器人新戰略、美國先進制造伙伴計劃、中國十三五規劃與《中國制造2025》等國家級政策，皆納入機器人產業發展為重要內涵，將促使工業機器人市場持續增長。綜上所述，未來機器人必然是多樣化的，在面對各種各樣的機器人時，如何去操作，這又是一個大的難題。需要一個可以兼容各大品牌機器人的控制系統，這是一個必然的過程，因此智云機器人兼容控制系統是非常具有一定的開拓性和前瞻性。

在項目面向的領域中，由于技術和應用成本均屬于起步階段的原因，其市場潛力巨大。智云機器人兼容控制系統所擁有的專利核心技術，高性能的開放性、兼容性和解決問題的能力，使得本項目取得良好的經濟效益。

如下圖1所示：

1.3 智云機器人兼容控制系統項目解決方案

智云機器人兼容控制系統的研發，可以兼容各大品牌的各型號機器人控制系統，進行機器人數據傳輸、智云分析、監控管理。為應用企業提供各種型號的機器人實時管理，從而達到對機器人的使用和機器人產線的保養標準化、效率化。

（1）解決不同品牌、型號機器人不同協議造成無法統計數據；能夠兼容市面上大部分的常用機器人型號和廠家，將EPSON，ABB，KUKA等多品牌機器人，把這些品牌機器人運行數據統一在一個平臺下管理。

（2）針對不同品牌、型號的機器人無法協同作業；把事后才會發現、解決的事情，修正成事前發現，事中及時報告，事后歸檔，實現機器人的使用和機器人產線的保養標準化、效率化。

（3）將獲取到的生產信息和內部獲取的機器人本體信息，如軸、關節等，通過開放式的網關提供給第三方系統完成進一步的智能化。

（4）機器人本體出現故障，緊急停止問題，由事后發現改為事先檢測。提前預警，減少同類型故障95%發生率； 避免維護人員的疲憊以及人員技術不一等原因帶來的管理問題，可以讓機器人生產過程更加穩定、順暢，一個時間段內一個人就能實時管理多條機器人生產線設備，生產過程中出現異常，需技術員長期值守或無人及時處理。

1.4 采用的技術方案和路線

將機器人的應用進行參數化設置，建立任務性能標準可以使員工快速學習定好把各機器人廠家協議對接，統一化管理。機器人兼容控制系統包括遠程服務系統云端大數據存儲、計算和反饋。

技術路線：

（1）數據中轉站接收各家機器人的數據；通過使用服務器軟件VB、C#、C++等語言開發，通信協議包含了DEVICE NET、PROFIBUS、EtherNet IP、EtherBus以及CAN總線，讀取機器人運行數據。

（2）完成應用GPS/RFID對機器人進行遠程定位搜索；管理服務器從數據中轉站獲取數據并判斷產線是否工作正常以及是否有需要提前維護的機器人。

（3）手機客戶端APP使用JAVA開發，開通GPRS、WIFI連接方式；發現問題，提出警報，并提示在第幾條生產線第幾號工位，維護人員快速前往處理；解決維護人員的疲憊以及人員技術不一等原因帶來的管理問題，讓機器人生產過程更加穩定，順暢。

（4）問題處理完畢，維護人員填寫報告，報告將通過數據中轉站傳遞到云服務器；云服務器存儲工廠機器人的所有狀態和內部數據，一方面傳遞給管理人員實時監測，一方面可以對大量的機器人實時狀態數據進行研究開發。

（5）將機器人的應用進行參數化設置，建立任務性能標準使員工快速學習定好把各機器人廠家協議對接，統一化管理。

2 項目的主要技術創新及實施

2.1 項目的主要創新

智云兼容控制系統由機器人數據提取軟件系統、數據中轉站、管理服務器、云管理存儲系統、手機端應用程序等組成。

（1）機器人數據提取系統，安裝在機器人編程維護電腦上，或者作為一個嵌入式模塊安裝在機器人旁邊，對不同類型的機器人的數據進行協議轉換并提取機器人狀態信息，然后把信息傳遞給數據中轉站。

（2）智云數據中轉站，綜合獲取到的機器人狀態信息，一方面把數據傳遞給管理服務器進行狀態本地實時管理，一方面把數據傳遞給云服務器進行存儲。

（3）智云兼容控制服務器，安裝在管理室內，維護人員可以根據管理服務器的狀態提示進行提前和及時的維護處理工作。

（4）智云管理存儲系統，負責存儲工廠的狀態信息，實時更新APP應用程序的狀態以及開放大數據接口給第三方研究開發。

（5）智云移動終端APP應用程序，如安裝在高層管理人員的手機上，可以實時獲取工廠的狀態以及工廠產量。

2.2 項目的技術實施步驟

（1）成立智云機器人系統項目組，對機器人現狀和市場需求做深入調研。收集客戶需求信息，整理分析以及市場評估，制定客戶需求表，確定項目的可行性和開發方向。

（2）組建項目開發團隊，將調研結果轉換為研發設計指標，進行整體方案規劃和系統架構設計。制定詳細的項目總體計劃書，明確時間節點和團隊成員的工作任務與職責。

（3）對系統所涉及的硬件和軟件、包括產品選型、物料成本評估、關鍵模塊設計、算法設計、器件資源評估，對各功能模塊，各技術參數進行測試評審，對系統部署測試中暴露的問題，進行整改優化；完成硬件和軟件開發；小批量樣機并操作應用。

（4）系統基層架構，前端后端核心分離技術，各個功能模塊的詳細開發實現，進行系統基層架構與各功能模塊、數據接口的對接設計開發。

（5）數據中轉站接收各家機器人的數據；制定出硬件和軟件的總體設計方案，明確各個子模塊的功能和輸入輸出接口。

（6）服務器從數據中轉站獲取數據并判斷產線是否工作正常以及是否有需要提前維護的機器人，發現問題后發出警報，并提示在第幾條生產線第幾號工位，維護人員快速前往處理；問題處理完畢，維護人員填寫報告，報告將通過數據中轉站傳遞到云服務器。

（7）云服務器存儲工廠機器人的所有狀態和內部數據，一方面傳遞給管理人員實時監測，一方面可以對大量的機器人實時狀態數據進行研究開發。

（8）根據評審合格的系統軟件，進行軟、硬件調試效果總結，確認系統各功能和性能是否達到項目整體開發方案的預期目標；軟件開發完成，技術歸檔、移交、技術培訓；輸出各項量產文件，對大量的機器人實時狀態數據進行研究開發，形成標準文件和大數據。

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