智云机器人兼容控制系统的关键技术研究与应用

曹昭

摘 要：智云兼容控制系统由机器人数据提取软件系统、数据中转站、管理服务器、云管理存储系统、手机端应用程序等组成。解决机器人生产线调试时间过长；针对不同品牌、型号的机器人无法协同作业；解决不同品牌、型号机器人不同协议造成无法统计数据；解决机器人生产过程中出现异常，需技术员长期值守或无人及时处理。智云机器人兼容控制系统的研发，可以兼容各大品牌的各型号机器人控制系统，进行机器人数据传输、智云分析、监控管理。为应用企业提供各种型号的机器人实时管理，从而达到对机器人的使用和机器人产线的保养标准化、效率化。

关键词：智云运维；工业机器人；兼容控制；远程监控；智能制造

中图分类号：TP242.6 文献标志码：A 文章编号：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 項目实施的背景和意义

1.1 智云机器人兼容控制系统项目的先进性

工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的自动化装备，代表着未来智能装备的发展方向。推进工业机器人的应用和发展，对于改善劳动条件，提高产品质量和劳动生产率，带动相关学科发展和技术创新能力提升，促进产业结构调整、发展方式转变和工业转型升级具有重要意义。

从应用领域看，搬运机器人销售占总销量的53%，位居第一位，同比增长109%；焊接与钎焊机器人销量占比为19%，位居第二位，同比增长32%。从应用行业看，化学原料和化学制品制造业、汽车制造业、橡胶和塑料制品业及电气机械和器材制造业应用较为集中，共计占销售总量的58%。其中：黑色金属冶炼和压延工业、教育、橡胶和塑料制品业、医药制造业、专用设备制造业、家具制造、3C、服装、服饰业以及酒、饮料和精制茶制造业增速较快。

工业机器人的核心技术主要为控制系统，控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。在控制系统体系结构方面，主要研究重点是功能划分和功能之间信息交换的规范。为了克服现有的机器人信息管理交互的技术诸多不足，提出一种解决方案，即智云机器人兼容控制系统。兼容市面上大部分的常用机器人型号和厂家，比如 EPSON，ABB，KUKA 等多品牌机器人，把这些品牌机器人运行数据统一在一个系统平台下归类，进行数据转换传输。

高科技：智云机器人兼容控制系统，可以兼容各大品牌的各型号机器人控制系统，进行机器人数据传输、智云分析、监控管理。包涵了C#、VB、VC++、LINUX控制系统开发、TCP/IP通信、RFID、GPS、工业设计等多学科的高新技术。

高稳定：使用智云机器人兼容控制系统解决方案可以避免维护人员的疲惫以及人员技术不一等原因带来的管理问题。本项目的研发可以让机器人生产过程更加稳定，顺畅。

高效率：系统把事后才能发现，解决的事情，修正成自动事前发现，事中及时报告，事后归档，为机器人的使用和机器人产线的保养标准化、效率化。智云机器人兼容控制系统目前主要是解决人工成本上涨、效率低下、安全隐患高等问题。

开放性：将获取到的生产信息和内部获取的机器人本体信息，如轴，关节等通过开放式的网关提供给第三方系统完成进一步的智能化。

兼容性：系统能兼容市面上大部分的常用机器人型号和厂家，比如EPSON，ABB，KUKA等机器人，把这些品牌机器人运行数据统一在一个平台下归类，进行数据转换传输。

1.2 智云机器人兼容控制系统项目的必要性

工业大国提出机器人产业政策，如德国工业4.0、日本机器人新战略、美国先进制造伙伴计划、中国十三五规划与《中国制造2025》等国家级政策，皆纳入机器人产业发展为重要内涵，将促使工业机器人市场持续增长。综上所述，未来机器人必然是多样化的，在面对各种各样的机器人时，如何去操作，这又是一个大的难题。需要一个可以兼容各大品牌机器人的控制系统，这是一个必然的过程，因此智云机器人兼容控制系统是非常具有一定的开拓性和前瞻性。

在项目面向的领域中，由于技术和应用成本均属于起步阶段的原因，其市场潜力巨大。智云机器人兼容控制系统所拥有的专利核心技术，高性能的开放性、兼容性和解决问题的能力，使得本项目取得良好的经济效益。

如下圖1所示：

1.3 智云机器人兼容控制系统项目解决方案

智云机器人兼容控制系统的研发，可以兼容各大品牌的各型号机器人控制系统，进行机器人数据传输、智云分析、监控管理。为应用企业提供各种型号的机器人实时管理，从而达到对机器人的使用和机器人产线的保养标准化、效率化。

（1）解决不同品牌、型号机器人不同协议造成无法统计数据；能够兼容市面上大部分的常用机器人型号和厂家，将EPSON，ABB，KUKA等多品牌机器人，把这些品牌机器人运行数据统一在一个平台下管理。

（2）针对不同品牌、型号的机器人无法协同作业；把事后才会发现、解决的事情，修正成事前发现，事中及时报告，事后归档，实现机器人的使用和机器人产线的保养标准化、效率化。

（3）将获取到的生产信息和内部获取的机器人本体信息，如轴、关节等，通过开放式的网关提供给第三方系统完成进一步的智能化。

（4）机器人本体出现故障，紧急停止问题，由事后发现改为事先检测。提前预警，减少同类型故障95%发生率； 避免维护人员的疲惫以及人员技术不一等原因带来的管理问题，可以让机器人生产过程更加稳定、顺畅，一个时间段内一个人就能实时管理多条机器人生产线设备，生产过程中出现异常，需技术员长期值守或无人及时处理。

1.4 采用的技术方案和路线

将机器人的应用进行参数化设置，建立任务性能标准可以使员工快速学习定好把各机器人厂家协议对接，统一化管理。机器人兼容控制系统包括远程服务系统云端大数据存储、计算和反馈。

技术路线：

（1）数据中转站接收各家机器人的数据；通过使用服务器软件VB、C#、C++等语言开发，通信协议包含了DEVICE NET、PROFIBUS、EtherNet IP、EtherBus以及CAN总线，读取机器人运行数据。

（2）完成应用GPS/RFID对机器人进行远程定位搜索；管理服务器从数据中转站获取数据并判断产线是否工作正常以及是否有需要提前维护的机器人。

（3）手机客户端APP使用JAVA开发，开通GPRS、WIFI连接方式；发现问题，提出警报，并提示在第几条生产线第几号工位，维护人员快速前往处理；解决维护人员的疲惫以及人员技术不一等原因带来的管理问题，让机器人生产过程更加稳定，顺畅。

（4）问题处理完毕，维护人员填写报告，报告将通过数据中转站传递到云服务器；云服务器存储工厂机器人的所有状态和内部数据，一方面传递给管理人员实时监测，一方面可以对大量的机器人实时状态数据进行研究开发。

（5）将机器人的应用进行参数化设置，建立任务性能标准使员工快速学习定好把各机器人厂家协议对接，统一化管理。

2 项目的主要技术创新及实施

2.1 项目的主要创新

智云兼容控制系统由机器人数据提取软件系统、数据中转站、管理服务器、云管理存储系统、手机端应用程序等组成。

（1）机器人数据提取系统，安装在机器人编程维护电脑上，或者作为一个嵌入式模块安装在机器人旁边，对不同类型的机器人的数据进行协议转换并提取机器人状态信息，然后把信息传递给数据中转站。

（2）智云数据中转站，综合获取到的机器人状态信息，一方面把数据传递给管理服务器进行状态本地实时管理，一方面把数据传递给云服务器进行存储。

（3）智云兼容控制服务器，安装在管理室内，维护人员可以根据管理服务器的状态提示进行提前和及时的维护处理工作。

（4）智云管理存储系统，负责存储工厂的状态信息，实时更新APP应用程序的状态以及开放大数据接口给第三方研究开发。

（5）智云移动终端APP应用程序，如安装在高层管理人员的手机上，可以实时获取工厂的状态以及工厂产量。

2.2 项目的技术实施步骤

（1）成立智云机器人系统项目组，对机器人现状和市场需求做深入调研。收集客户需求信息，整理分析以及市场评估，制定客户需求表，确定项目的可行性和开发方向。

（2）组建项目开发团队，将调研结果转换为研发设计指标，进行整体方案规划和系统架构设计。制定详细的项目总体计划书，明确时间节点和团队成员的工作任务与职责。

（3）对系统所涉及的硬件和软件、包括产品选型、物料成本评估、关键模块设计、算法设计、器件资源评估，对各功能模块，各技术参数进行测试评审，对系统部署测试中暴露的问题，进行整改优化；完成硬件和软件开发；小批量样机并操作应用。

（4）系统基层架构，前端后端核心分离技术，各个功能模块的详细开发实现，进行系统基层架构与各功能模块、数据接口的对接设计开发。

（5）数据中转站接收各家机器人的数据；制定出硬件和软件的总体设计方案，明确各个子模块的功能和输入输出接口。

（6）服务器从数据中转站获取数据并判断产线是否工作正常以及是否有需要提前维护的机器人，发现问题后发出警报，并提示在第几条生产线第几号工位，维护人员快速前往处理；问题处理完毕，维护人员填写报告，报告将通过数据中转站传递到云服务器。

（7）云服务器存储工厂机器人的所有状态和内部数据，一方面传递给管理人员实时监测，一方面可以对大量的机器人实时状态数据进行研究开发。

（8）根据评审合格的系统软件，进行软、硬件调试效果总结，确认系统各功能和性能是否达到项目整体开发方案的预期目标；软件开发完成，技术归档、移交、技术培训；输出各项量产文件，对大量的机器人实时状态数据进行研究开发，形成标准文件和大数据。

参考文献：

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