工業機器人云平臺的構建

徐江陵

針對不同品牌、不同型號的機器人無法協同工作、無法統計數據的問題，通過構建一種新的工業機器人云平臺，可以兼容不同品牌、不同型號的工業機器人系統，進行工業機器人的遠程監控、故障診斷、數據分析、工藝優化和云端維護，從而達到對工業機器人使用的實時化、標準化、高效化。

一、項目實施的背景、特點、必要性

1.背景。工業機器人作為智能制造業中不可替代的重要裝備，已經成為衡量一個國家制造業水平和科技水平的重要標志。目前我國正處于跨越中等收入陷阱的關鍵時期，加快經濟轉型尤為重要。以工業機器人為主體的機器人產業，正是破解我國勞動力成本上升、環境制約問題的重要路徑選擇。工業機器人的核心技術主要是它的軟件——操作系統，操作系統是工業機器人的大腦，是決定工業機器人功能和性能的重要因素。在操作系統體系結構方面，主要的研究重點是功能的劃分和功能之間信息交換的規范。在長期的工業生產中，不同品牌、不同型號的工業機器人廠家都開發了自己獨有的操作系統。由于行業的特殊性和技術壁壘的問題，這些操作系統通常無法兼容、無法互操作。而我國又是一個工業機器人發展比較落后的國家，大量的工業機器人軟硬件設備依賴于進口。許多企業都購買了不同品牌、不同型號的工業機器人，這就造成了在使用的過程中，工業機器人難以協同操作、難以維護的問題。又因為不同機器人企業的操作系統都不同，對于終端應用企業來說，維護和重新編程很不方便，換一個公司的機器人又要重新培訓人員，有些交互界面還非常不友好，極大地降低了效率。為了克服現有工業機器人操作系統的諸多弊端，提出一種解決方案，即構建一種云平臺系統，兼容市面上大部分工業機器人操作系統，把這些工業機器人的數據統一在一個系統平臺上進行管理。

2.特點。①高科技。云平臺可以兼容各大品牌、各種型號的工業機器人的操作系統，進行工業機器人的遠程監控、故障診斷、數據分析、工藝優化和云端維護。在不過多改變原有工業機器人軟硬件的基礎上，通過開發一些軟硬件設備，來實現對工業機器人的有效管理。②高穩定。云平臺可以接入各類主流機器人和智能制造設備，為工廠提供統一的監控和運維服務，節省運營成本，使工業機器人的使用更加穩定、安全。③高效率。云平臺可以實時監控工業機器人的狀態，把事后才能發現、解決的問題，變成事前發現、事中及時報告、事后歸檔。它可以使工業機器人的使用和維護標準化、效率化，解決人工成本上漲、效率低下的問題。④高開放性。工業機器人云平臺可以將獲取的生產信息和內部獲取的機器人本體信息，提供給機器人生產廠家完成進一步的優化。

3.工業機器人云平臺構建的必要性。各個工業大國都提出了自己的工業機器人產業政策，如美國的工業互聯網、德國的工業4.0、中國的中國制造2025等國家級政策，皆把工業機器人納入其產業發展的重要環節，這促使了工業機器人市場的發展。而由于歷史的原因，工業機器人有不同的品牌、不同的型號，面對各種各樣的工業機器人，如何更好地使用是一個很大的難題。它需要一個統一的可以兼容各大品牌工業機器人控制系統，類似于秦始皇的“車同軌，書同文”。因此，工業機器人云平臺的構建就非常必要了，目前其技術和應用均處于初級階段，但是其市場潛力是相當巨大的。

4.工業機器人云平臺的技術路線。目前，工業機器人的軟件開發是一個非常復雜的問題，不同的工業機器人廠家開發的軟件各異，標準不同，這增加了企業員工學習工業機器人技術的難度。所以，如何將工業機器人的應用脫離紛繁復雜的編程，而僅僅只需要簡單的參數化設置，是擺在我們面前的重大課題之一，下面簡要的說明一下工業機器人云平臺所采用的技術路線。①數據中轉站接收工業機器人的數據。通過研發出一個可以與外界進行無線數據通信通訊的接口，從分析工業機器人數據通信的機理入手，結合協議分析儀、邏輯分析儀和存儲示波器等工具，對不同品牌的工業機器人數據的傳輸進行分析和跟蹤，構成工業機器人與外部數據通信比較完整的內存映像。通過分析所采集的數據特性，獲得數據的準確地址，從而實現達到讀取工業機器人運行數據。最后，將這些數據傳送到工業機器人數據中轉站。②使用無線通訊技術對工業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生產線是否正常工作以及是否有需要提前維護的工業機器人。③手機客戶端APP軟件的開發，通過WIFI連接方式，發現問題，提出警報，并提示具體的工業機器人的位置。維護人員可以提示快速前往處理，解決維護人員工作量大以及人員技術的水平不一而帶來的管理問題。④工業機器人的問題處理完畢之后，維護人員在手機APP上填寫維護報告，報告將通過數據中轉站傳遞到工廠中的云服務器，云服務器存儲工業機器人的所有狀態和內部數據。一方面傳遞給管理人員進行實時監測，另一方面可以對大量的工業機器人實時數據進行研究開發。

二、項目的主要創新及實施方案

1.項目的主要創新。工業機器人云平臺的構建由數據提取系統、數據中轉站、管理服務器、云存儲系統、手機客戶端應用程序等組成。①數據提取系統。研發一個無線通訊接口安裝在工業機器人旁邊，對不同類型的工業機器人的數據進行協議轉換并提取工業機器人狀態信息，然后把信息傳送到數據中轉站。②數據中轉站。接受從數據提取系統獲取的信息。一方面把數據傳遞給管理服務器進行實時管理，另一方面把數據傳遞給云服務器進行儲存。③管理服務器。安裝在控制室中，維護人員可以根據管理服務器運行狀態的提示進行及時的維護處理工作。④云存儲系統。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發大數據接口給工業機器人生產廠家進行研究開發。⑤手機客戶端。安裝在維護人員和高層管理人員的手機上，可以實時獲得工業機器人的狀態，一方面便于維護人員進行維修，另一方面便于高層管理人員對工業機器人進行有效管理。

2.項目的技術實施步驟。①成立項目小組。對工業機器人發展現狀和市場需求進行深入調研。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組建開發團隊。將調研結構轉換為研發設計指標，通過學校教師和企業開發人員相結合的開發團隊，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工業任務和職責。③進行硬件選型。包括產品選型，物料成本評估，關鍵模塊的設計、器件資源評估，對各個功能模塊、技術參數進行測試評審，對系統部署測試中暴露的問題，進行優化整改，完成硬件的開發，小批量樣機并操作應用。④軟件的開發。包括三個方面，首先是系統基層架構，各個功能模塊的詳細開發與實現，進行系統基層構架與各功能模塊、數據接口的對接設計開發。其次是數據中轉站的開發，它需要制定出各部分的設計方案，明確各個子模塊的功能和輸入輸出接口。最后是云服務器的開發，一方面傳遞給管理人員實施監測，另一方面對大量的工業機器人實時狀態進行研究開發。⑤軟硬件的調試。根據需求分析，進行軟硬件的調試，確認系統各個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;處理各項量產文件，對大量的工業機器人實時數據進行研究開發，形成標準文件和大數據。

三、結論

通過工業機器人云平臺的開發，構建出了一種新的工業機器人操作系統，它可以兼容不同品牌、不同型號的工業機器人系統，進行工業機器人的遠程監控、故障診斷、數據分析、工藝優化和云端維護，從而達到對工業機器人使用的實時化、標準化、高效化。同時，人們對工業機器人系統研究式的追求是永無止境了，希望更多的科技人員加入到其中的探索和研究中。[項目名稱：武漢科技大學城市學院科研項目，項目編號：2019CYYBKY002]

（作者單位：武漢科技大學城市學院）