工業(yè)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(xié)同工作、無法統(tǒng)計數(shù)據(jù)的問題，通過構建一種新的工業(yè)機器人云平臺，可以兼容不同品牌、不同型號的工業(yè)機器人系統(tǒng)，進行工業(yè)機器人的遠程監(jiān)控、故障診斷、數(shù)據(jù)分析、工藝優(yōu)化和云端維護，從而達到對工業(yè)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(yè)機器人作為智能制造業(yè)中不可替代的重要裝備，已經成為衡量一個國家制造業(yè)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(yè)機器人為主體的機器人產業(yè)，正是破解我國勞動力成本上升、環(huán)境制約問題的重要路徑選擇。工業(yè)機器人的核心技術主要是它的軟件——操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)是工業(yè)機器人的大腦，是決定工業(yè)機器人功能和性能的重要因素。在操作系統(tǒng)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(guī)范。在長期的工業(yè)生產中，不同品牌、不同型號的工業(yè)機器人廠家都開發(fā)了自己獨有的操作系統(tǒng)。由于行業(yè)的特殊性和技術壁壘的問題，這些操作系統(tǒng)通常無法兼容、無法互操作。而我國又是一個工業(yè)機器人發(fā)展比較落后的國家，大量的工業(yè)機器人軟硬件設備依賴于進口。許多企業(yè)都購買了不同品牌、不同型號的工業(yè)機器人，這就造成了在使用的過程中，工業(yè)機器人難以協(xié)同操作、難以維護的問題。又因為不同機器人企業(yè)的操作系統(tǒng)都不同，對于終端應用企業(yè)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(xiàn)有工業(yè)機器人操作系統(tǒng)的諸多弊端，提出一種解決方案，即構建一種云平臺系統(tǒng)，兼容市面上大部分工業(yè)機器人操作系統(tǒng)，把這些工業(yè)機器人的數(shù)據(jù)統(tǒng)一在一個系統(tǒng)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(yè)機器人的操作系統(tǒng)，進行工業(yè)機器人的遠程監(jiān)控、故障診斷、數(shù)據(jù)分析、工藝優(yōu)化和云端維護。在不過多改變原有工業(yè)機器人軟硬件的基礎上，通過開發(fā)一些軟硬件設備，來實現(xiàn)對工業(yè)機器人的有效管理。②高穩(wěn)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(tǒng)一的監(jiān)控和運維服務，節(jié)省運營成本，使工業(yè)機器人的使用更加穩(wěn)定、安全。③高效率。云平臺可以實時監(jiān)控工業(yè)機器人的狀態(tài)，把事后才能發(fā)現(xiàn)、解決的問題，變成事前發(fā)現(xiàn)、事中及時報告、事后歸檔。它可以使工業(yè)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(yè)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(yōu)化。

3.工業(yè)機器人云平臺構建的必要性。各個工業(yè)大國都提出了自己的工業(yè)機器人產業(yè)政策，如美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、德國的工業(yè)4.0、中國的中國制造2025等國家級政策，皆把工業(yè)機器人納入其產業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，這促使了工業(yè)機器人市場的發(fā)展。而由于歷史的原因，工業(yè)機器人有不同的品牌、不同的型號，面對各種各樣的工業(yè)機器人，如何更好地使用是一個很大的難題。它需要一個統(tǒng)一的可以兼容各大品牌工業(yè)機器人控制系統(tǒng)，類似于秦始皇的“車同軌，書同文”。因此，工業(yè)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(yè)機器人云平臺的技術路線。目前，工業(yè)機器人的軟件開發(fā)是一個非常復雜的問題，不同的工業(yè)機器人廠家開發(fā)的軟件各異，標準不同，這增加了企業(yè)員工學習工業(yè)機器人技術的難度。所以，如何將工業(yè)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(shù)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(yè)機器人云平臺所采用的技術路線。①數(shù)據(jù)中轉站接收工業(yè)機器人的數(shù)據(jù)。通過研發(fā)出一個可以與外界進行無線數(shù)據(jù)通信通訊的接口，從分析工業(yè)機器人數(shù)據(jù)通信的機理入手，結合協(xié)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(yè)機器人數(shù)據(jù)的傳輸進行分析和跟蹤，構成工業(yè)機器人與外部數(shù)據(jù)通信比較完整的內存映像。通過分析所采集的數(shù)據(jù)特性，獲得數(shù)據(jù)的準確地址，從而實現(xiàn)達到讀取工業(yè)機器人運行數(shù)據(jù)。最后，將這些數(shù)據(jù)傳送到工業(yè)機器人數(shù)據(jù)中轉站。②使用無線通訊技術對工業(yè)機器人進行遠程定位搜索，管理服務器從數(shù)據(jù)中轉站獲取數(shù)據(jù)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(yè)機器人。③手機客戶端APP軟件的開發(fā)，通過WIFI連接方式，發(fā)現(xiàn)問題，提出警報，并提示具體的工業(yè)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(yè)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(shù)據(jù)中轉站傳遞到工廠中的云服務器，云服務器存儲工業(yè)機器人的所有狀態(tài)和內部數(shù)據(jù)。一方面?zhèn)鬟f給管理人員進行實時監(jiān)測，另一方面可以對大量的工業(yè)機器人實時數(shù)據(jù)進行研究開發(fā)。

二、項目的主要創(chuàng)新及實施方案

1.項目的主要創(chuàng)新。工業(yè)機器人云平臺的構建由數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中轉站、管理服務器、云存儲系統(tǒng)、手機客戶端應用程序等組成。①數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)。研發(fā)一個無線通訊接口安裝在工業(yè)機器人旁邊，對不同類型的工業(yè)機器人的數(shù)據(jù)進行協(xié)議轉換并提取工業(yè)機器人狀態(tài)信息，然后把信息傳送到數(shù)據(jù)中轉站。②數(shù)據(jù)中轉站。接受從數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)獲取的信息。一方面把數(shù)據(jù)傳遞給管理服務器進行實時管理，另一方面把數(shù)據(jù)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(jù)管理服務器運行狀態(tài)的提示進行及時的維護處理工作。④云存儲系統(tǒng)。負責存儲工廠的狀態(tài)信息，實時更新APP應用程序的狀態(tài)以及開發(fā)大數(shù)據(jù)接口給工業(yè)機器人生產廠家進行研究開發(fā)。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(yè)機器人的狀態(tài)，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(yè)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(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)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(fā)方向。②組建開發(fā)團隊。將調研結構轉換為研發(fā)設計指標，通過學校教師和企業(yè)開發(fā)人員相結合的開發(fā)團隊，進行整體方案規(guī)劃和系統(tǒng)架構設計。制定詳細的項目總體計劃書，明確時間節(jié)點和團隊工業(yè)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(shù)進行測試評審，對系統(tǒng)部署測試中暴露的問題，進行優(yōu)化整改，完成硬件的開發(fā)，小批量樣機并操作應用。④軟件的開發(fā)。包括三個方面，首先是系統(tǒng)基層架構，各個功能模塊的詳細開發(fā)與實現(xiàn)，進行系統(tǒng)基層構架與各功能模塊、數(shù)據(jù)接口的對接設計開發(fā)。其次是數(shù)據(jù)中轉站的開發(fā)，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(fā)，一方面?zhèn)鬟f給管理人員實施監(jiān)測，另一方面對大量的工業(yè)機器人實時狀態(tài)進行研究開發(fā)。⑤軟硬件的調試。根據(jù)需求分析，進行軟硬件的調試，確認系統(tǒng)各個功能和性能是否達到項目整體開發(fā)方案的預期目標。軟件開發(fā)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(yè)機器人實時數(shù)據(jù)進行研究開發(fā)，形成標準文件和大數(shù)據(jù)。

三、結論

通過工業(yè)機器人云平臺的開發(fā)，構建出了一種新的工業(yè)機器人操作系統(tǒng)，它可以兼容不同品牌、不同型號的工業(yè)機器人系統(tǒng)，進行工業(yè)機器人的遠程監(jiān)控、故障診斷、數(shù)據(jù)分析、工藝優(yōu)化和云端維護，從而達到對工業(yè)機器人使用的實時化、標準化、高效化。同時，人們對工業(yè)機器人系統(tǒng)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）