5G背景下基于工業物聯網的工業機器人遠程監控系統設計

劉湘黔

摘要：在5G背景下建立高效的工業機器人遠程監控系統，可以極大地提升生產線的效率和智能化水平，是工業界亟須解決的問題之一。基于此，文章研究了5G背景下基于工業物聯網的工業機器人遠程監控系統。文章旨在探討如何利用5G和工業物聯網技術構建一種高效、穩定、智能的工業機器人遠程監控系統，在總框架的基礎上設計機器人遠程數據采集模塊、5G云端數據處理模塊以及工業物聯網用戶界面模塊。實驗結果表明，該系統具有較高的響應速度、處理能力和傳輸速率，可以滿足工業機器人遠程監控系統對于實時性、準確性和可靠性的要求。

關鍵詞：5G技術；工業物聯網；工業機器人；遠程監控；監控系統

中圖分類號：TP311? 文獻標志碼：A

0 引言

隨著信息技術的不斷發展和普及，物聯網和人工智能技術正逐漸應用于各個領域，成為現代化生產過程中不可或缺的一部分［1］。其中，工業物聯網和工業機器人是近年來備受關注的領域，它們的出現和發展為制造業帶來了巨大的變革和發展機遇。5G作為新一代移動通信技術，具有超高速、超低延遲、大連接等特點，成為實現工業物聯網的重要技術支撐［2］。計算機系統結合5G技術和工業物聯網，可以實現遠程監控、優化生產過程、提高生產效率和質量等目標。而工業機器人作為生產線的重要組成部分，具有自動化程度高、精度高、生產效率高等特點，在提高生產效率和生產線智能化水平上發揮著重要作用［3］。因此，研究基于工業物聯網的工業機器人遠程監控系統具有廣闊前景。本文旨在探討如何利用5G和工業物聯網技術構建一種高效、穩定、智能的工業機器人遠程監控系統，在總框架的基礎上，設計了機器人遠程數據采集模塊、5G云端數據處理模塊以及工業物聯網用戶界面模塊。工業機器人遠程監控系統為工業界提供一種高效、智能的工業機器人遠程監控系統，為工業智能化水平的提升和生產效率的提高提供了重要支持，將5G和工業物聯網技術應用在系統中具有重要的研究價值和推廣價值。

1 工業機器人遠程監控系統總框架設計

基于工業物聯網的工業機器人遠程監控系統的總體框架，可以分為機器人遠程數據采集模塊、5G云端數據處理模塊、工業物聯網用戶界面模塊三個部分，如圖1所示。

機器人遠程數據采集模塊：通過傳感器、攝像頭等設備，采集工業機器人在生產過程中的實時數據，包括機器人狀態、工作狀態、生產效率、能源消耗等。

5G云端數據處理模塊：通過5G網絡實現數據的實時傳輸和處理，將采集到的數據傳輸到云端服務器進行處理和分析。通過大數據分析、人工智能等技術，數據處理模塊對機器人的生產過程進行監控、優化和預測，并實時反饋給操作員。通過5G網絡遠程實現對工業機器人的控制，系統不僅可以進行遠程開機、關機、復位等操作，還可以進行遠程參數設置、程序更新等操作。

工業物聯網用戶界面模塊：該模塊為用戶提供一個可視化的界面，方便用戶對生產過程進行實時監控和管理。用戶不僅可以通過電腦、手機、平板等設備訪問系統界面，還可以通過系統實現報警、故障診斷、異常處理等功能。

總體而言，基于工業物聯網的工業機器人遠程監控系統的設計，可以實現對機器人生產過程的實時監控和管理，提高生產效率、降低成本，為工業生產的數字化、智能化和可持續發展提供有力的支持。

2 各功能模塊設計

2.1 機器人遠程數據采集模塊

針對基于工業物聯網的工業機器人遠程監控系統的機器人數據采集模塊，可以采用傳感器對機器人進行實時監測和數據采集。需要選擇合適的傳感器：根據機器人的工作特性和需要采集的數據類型，選擇合適的溫度傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器等。將傳感器安裝在機器人的關鍵部位，保證其能夠準確地采集到傳感器采集機器人的工作數據，并將數據轉換成電信號。系統采集到的數據將通過無線網絡傳輸到云端或服務器，進行數據處理和分析，提取有用信息。處理后的數據通過可視化手段呈現給用戶，能夠幫助用戶更好地了解機器人的運行狀態和性能指標［4］。溫度傳感器可以采集機器人的溫度數據，并將數據轉換為電信號；溫度傳感器的電壓輸出與溫度呈線性關系，具體計算如公式（1）所示。

Rt=R0［1+A（t-T0）］（1）

公式（1）中：Rt為溫度為t ℃時的電阻值，R0為溫度為T0 ℃時的電阻值，A為溫度系數，一般為0.003 85～1 ℃。根據歐姆定律，電阻R和電流I、電壓U之間的關系如式（2）所示。

R=UI（2）

溫度t ℃時的電壓輸出Vt可以用公式（3）表示。

Vt=U0RtRt+Rs（3）

公式（3）中：U0為電源電壓，Rs為電路中串聯的電阻。將采集到的溫度數據通過無線網絡傳輸到云端或服務器，系統將進行數據處理和分析。系統通過進行數據平滑處理、去噪處理、異常值檢測等操作處理溫度數據，將處理后的溫度數據通過溫度變化曲線、溫度分布圖等可視化手段呈現給用戶，幫助用戶更好地了解機器人的運行狀態和性能指標。在采集過程中，針對不同的數據類型可以選擇不同的傳感器進行采集，并進行相應的數據處理和分析，最終將數據呈現給用戶，幫助用戶更好地了解機器人的運行狀態和性能指標。

2.2 5G云端數據處理模塊

通過傳感器和數據采集設備，系統可以采集機器人運行過程中的各種數據，如溫度、壓力、速度、功率等，并通過5G網絡將數據傳輸到云端服務器。在云端服務器上對采集的數據進行預處理，包括數據清洗、去噪、濾波、采樣等操作，以此提高數據的質量和準確性。基于工業物聯網的工業機器人遠程監控系統中5G云端數據處理模塊的流程，如圖2所示。

由圖2可知，數據采集設備通過傳感器采集機器人生產過程中的各種數據，將數據傳輸到5G網絡。云端服務器對采集到的數據進行清洗、分析和建模，以優化機器人生產過程。同時，云端服務器還可以將機器人生產過程的狀態實時反饋給操作員，并進行遠程開機、關機、復位等操作，以及進行遠程參數設置、程序更新等操作。最終，通過數據處理模塊，實現對機器人生產過程的監控、優化和預測，提高生產效率和質量。

2.3 工業物聯網用戶界面模塊

工業物聯網用戶界面模塊需要設計一個易于使用的圖形化界面，用于展示機器人生產過程的狀態和參數。界面設計需要考慮用戶的使用習慣和需求，以便用戶能夠便捷地進行遠程監控和操作。工業機器人遠程監控系統需要采集機器人生產過程的狀態和參數數據，并通過5G網絡進行數據傳輸。數據采集可以通過傳感器、PLC等設備實現，數據傳輸可以通過5G網絡實現。同時，系統為了保證數據傳輸的安全性和可靠性，可以采用數據加密和數據冗余備份等技術。線性回歸是一種用于建立線性模型的算法，可以通過對輸入變量和輸出變量進行擬合，來預測未知的輸出變量。線性回歸計算如公式（4）所示。

Y=aX+b（4）

公式（4）中，Y表示輸出變量，X表示輸入變量，a和b是回歸系數，通過最小二乘法可以求出回歸系數。對系統收集到的數據需要進行處理和分析，以提取有價值的信息，并為用戶提供決策支持。數據處理和分析可以采用數據挖掘、機器學習等技術實現，同時需要結合工業機器人的特點進行定制化處理和分析。工業機器人遠程監控系統需要實現報警和故障診斷功能，以及異常處理和預測等功能。系統的報警和故障診斷功能可以通過實時監控機器人的狀態和參數實現，異常處理和預測可以通過數據分析和建模功能來實現。工業物聯網用戶界面模塊需要支持多設備訪問和控制，用戶可以通過電腦、手機、平板等設備進行訪問和操作。同時，系統可以采用用戶認證和權限管理等技術，以保證用戶數據的安全性和可靠性。

3 測試實驗

3.1 實驗準備

為測試搭5G背景下基于工業物聯網的工業機器人遠程監控系統的各項性能，首先，需要建工業物聯網系統，連接ABB IRB1200工業機器人、海康威視IPC2224-VR5-DPZ攝像頭和華為5G CPE Pro2路由器，將收集到的數據傳輸到云平臺中進行處理和分析。采用戴爾PowerEdge R740服務器，選擇Windows Server 2016操作系統，使用ROS和Python編寫程序，實現工業機器人的遠程控制和監控，以及數據的收集和傳輸。實驗需對系統進行長時間運行測試，驗證系統的穩定性和可靠性。測試系統的響應速度、處理能力、數據傳輸速率等性能指標。

3.2 實驗結果

測試實驗挑選了5個不同的運行時間節點做比較，對比5G背景下基于工業物聯網的工業機器人遠程監控系統的響應速度、處理能力、傳輸速率，不同運行時間節點的實驗結果，如表1所示。

從表1可以得知，基于工業物聯網的工業機器人遠程監控系統的響應速度一直保持在500 ms以內，處理能力和傳輸速率逐漸提高，穩定在每秒100個請求和1.2 Gbps。其中，響應速度和處理能力受到服務器性能和網絡傳輸速率的限制，傳輸速率則受到網絡傳輸帶寬的影響。在長時間的運行測試中，系統穩定性和可靠性均得到了驗證。

4 結語

工業物聯網的發展為工業機器人遠程監控系統的實現提供了先決條件，5G技術的引入進一步提高了系統的傳輸速率和響應速度。同時，系統中的傳感器技術和數據處理技術也得到了充分的應用，為機器人生產過程的監控、優化和預測提供了可靠的數據支撐。本文利用5G和工業物聯網技術構建了一種高效、穩定、智能的工業機器人遠程監控系統。在設計總框架的基礎上，設計了機器人遠程數據采集模塊、5G云端數據處理模塊以及工業物聯網用戶界面模塊。期望可以為工業機器人遠程監控系統的實現提供一定的參考和指導，由于系統設計與實現的復雜性和多樣性，還需要進一步研究和改進，以滿足不同應用場景的需求。

參考文獻

［1］陸茂鑫，蔣申晨，王昭夏.基于物聯網的智能絕緣涂覆機器人遠程控制系統［J］.自動化技術與應用，2023（1）：126-129，137.

［2］王軍強，李金奇，王豫，等.骨科手術機器人遠程診療使骨折治療不再受地域限制［J］.科學通報，2023（1）：14-17.

［3］毛唯物，宋延輝，陸文鋒，等.基于光流勻速遠程操控樹障清理機器人的設計與研究［J］.數字通信世界，2022（12）：18-20.

［4］紀娜.基于Android的工業移動機器人遠程控制終端軟件設計［J］.自動化技術與應用，2022（11）：27-31.

（編輯 姚 鑫）

Research on industrial robot remote monitoring system based on Industrial Internet of Things

under the background of 5G

Liu? Xiangqian

（Hunan Vocational Institute of Safety Technology， Changsha 410151， China）

Abstract：? Under the background of 5G， the establishment of an efficient industrial robot remote monitoring system can greatly improve the efficiency and intelligent level of the production line， which is one of the urgent problems to be solved in the industry. Based on this， this paper studies the industrial robot remote monitoring system based on the Industrial Internet of Things under the background of 5G. This paper aims to discuss how to use 5G and industrial Internet of things technology to build an efficient， stable and intelligent remote monitoring system for industrial robots. Based on the general framework， the robot remote data acquisition module， 5G cloud data processing module and industrial Internet of Things user interface module are designed. The experimental results show that the system has high response speed， processing capacity and transmission rate， and can meet the requirements of real-time， accuracy and reliability of the industrial robot remote monitoring system.

Key words： 5G technology; industrial internet of things; industrial robot; remote monitoring; monitoring system