曹昭

摘 要：智云兼容控制系統(tǒng)由機器人數(shù)據(jù)提取軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站、管理服務(wù)器、云管理存儲系統(tǒng)、手機端應(yīng)用程序等組成。解決機器人生產(chǎn)線調(diào)試時間過長；針對不同品牌、型號的機器人無法協(xié)同作業(yè)；解決不同品牌、型號機器人不同協(xié)議造成無法統(tǒng)計數(shù)據(jù)；解決機器人生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常，需技術(shù)員長期值守或無人及時處理。智云機器人兼容控制系統(tǒng)的研發(fā)，可以兼容各大品牌的各型號機器人控制系統(tǒng)，進行機器人數(shù)據(jù)傳輸、智云分析、監(jiān)控管理。為應(yīng)用企業(yè)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(chǎn)線的保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、效率化。

關(guān)鍵詞：智云運維；工業(yè)機器人；兼容控制；遠程監(jiān)控；智能制造

中圖分類號：TP242.6 文獻標(biāo)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(tǒng)項目的先進性

工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的自動化裝備，代表著未來智能裝備的發(fā)展方向。推進工業(yè)機器人的應(yīng)用和發(fā)展，對于改善勞動條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率，帶動相關(guān)學(xué)科發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新能力提升，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、發(fā)展方式轉(zhuǎn)變和工業(yè)轉(zhuǎn)型升級具有重要意義。

從應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用行業(yè)看，化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)、汽車制造業(yè)、橡膠和塑料制品業(yè)及電氣機械和器材制造業(yè)應(yīng)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(yè)、教育、橡膠和塑料制品業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)、專用設(shè)備制造業(yè)、家具制造、3C、服裝、服飾業(yè)以及酒、飲料和精制茶制造業(yè)增速較快。

工業(yè)機器人的核心技術(shù)主要為控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)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(tǒng)體系結(jié)構(gòu)方面，主要研究重點是功能劃分和功能之間信息交換的規(guī)范。為了克服現(xiàn)有的機器人信息管理交互的技術(shù)諸多不足，提出一種解決方案，即智云機器人兼容控制系統(tǒng)。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(shù)據(jù)統(tǒng)一在一個系統(tǒng)平臺下歸類，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸。

高科技：智云機器人兼容控制系統(tǒng)，可以兼容各大品牌的各型號機器人控制系統(tǒng)，進行機器人數(shù)據(jù)傳輸、智云分析、監(jiān)控管理。包涵了C#、VB、VC++、LINUX控制系統(tǒng)開發(fā)、TCP/IP通信、RFID、GPS、工業(yè)設(shè)計等多學(xué)科的高新技術(shù)。

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

高效率：系統(tǒng)把事后才能發(fā)現(xiàn)，解決的事情，修正成自動事前發(fā)現(xiàn)，事中及時報告，事后歸檔，為機器人的使用和機器人產(chǎn)線的保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、效率化。智云機器人兼容控制系統(tǒng)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(chǎn)信息和內(nèi)部獲取的機器人本體信息，如軸，關(guān)節(jié)等通過開放式的網(wǎng)關(guān)提供給第三方系統(tǒng)完成進一步的智能化。

兼容性：系統(tǒng)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(shù)據(jù)統(tǒng)一在一個平臺下歸類，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸。

1.2 智云機器人兼容控制系統(tǒng)項目的必要性

工業(yè)大國提出機器人產(chǎn)業(yè)政策，如德國工業(yè)4.0、日本機器人新戰(zhàn)略、美國先進制造伙伴計劃、中國十三五規(guī)劃與《中國制造2025》等國家級政策，皆納入機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展為重要內(nèi)涵，將促使工業(yè)機器人市場持續(xù)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(tǒng)，這是一個必然的過程，因此智云機器人兼容控制系統(tǒng)是非常具有一定的開拓性和前瞻性。

在項目面向的領(lǐng)域中，由于技術(shù)和應(yīng)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(tǒng)所擁有的專利核心技術(shù)，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(jīng)濟效益。

如下圖1所示：

1.3 智云機器人兼容控制系統(tǒng)項目解決方案

智云機器人兼容控制系統(tǒng)的研發(fā)，可以兼容各大品牌的各型號機器人控制系統(tǒng)，進行機器人數(shù)據(jù)傳輸、智云分析、監(jiān)控管理。為應(yīng)用企業(yè)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(chǎn)線的保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、效率化。

（1）解決不同品牌、型號機器人不同協(xié)議造成無法統(tǒng)計數(shù)據(jù)；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(shù)據(jù)統(tǒng)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(xié)同作業(yè)；把事后才會發(fā)現(xiàn)、解決的事情，修正成事前發(fā)現(xiàn)，事中及時報告，事后歸檔，實現(xiàn)機器人的使用和機器人產(chǎn)線的保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、效率化。

（3）將獲取到的生產(chǎn)信息和內(nèi)部獲取的機器人本體信息，如軸、關(guān)節(jié)等，通過開放式的網(wǎng)關(guān)提供給第三方系統(tǒng)完成進一步的智能化。

（4）機器人本體出現(xiàn)故障，緊急停止問題，由事后發(fā)現(xiàn)改為事先檢測。提前預(yù)警，減少同類型故障95%發(fā)生率； 避免維護人員的疲憊以及人員技術(shù)不一等原因帶來的管理問題，可以讓機器人生產(chǎn)過程更加穩(wěn)定、順暢，一個時間段內(nèi)一個人就能實時管理多條機器人生產(chǎn)線設(shè)備，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常，需技術(shù)員長期值守或無人及時處理。

1.4 采用的技術(shù)方案和路線

將機器人的應(yīng)用進行參數(shù)化設(shè)置，建立任務(wù)性能標(biāo)準(zhǔn)可以使員工快速學(xué)習(xí)定好把各機器人廠家協(xié)議對接，統(tǒng)一化管理。機器人兼容控制系統(tǒng)包括遠程服務(wù)系統(tǒng)云端大數(shù)據(jù)存儲、計算和反饋。

技術(shù)路線：

（1）數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站接收各家機器人的數(shù)據(jù)；通過使用服務(wù)器軟件VB、C#、C++等語言開發(fā)，通信協(xié)議包含了DEVICE NET、PROFIBUS、EtherNet IP、EtherBus以及CAN總線，讀取機器人運行數(shù)據(jù)。

（2）完成應(yīng)用GPS/RFID對機器人進行遠程定位搜索；管理服務(wù)器從數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站獲取數(shù)據(jù)并判斷產(chǎn)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(fā)，開通GPRS、WIFI連接方式；發(fā)現(xiàn)問題，提出警報，并提示在第幾條生產(chǎn)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(shù)不一等原因帶來的管理問題，讓機器人生產(chǎn)過程更加穩(wěn)定，順暢。

（4）問題處理完畢，維護人員填寫報告，報告將通過數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站傳遞到云服務(wù)器；云服務(wù)器存儲工廠機器人的所有狀態(tài)和內(nèi)部數(shù)據(jù)，一方面?zhèn)鬟f給管理人員實時監(jiān)測，一方面可以對大量的機器人實時狀態(tài)數(shù)據(jù)進行研究開發(fā)。

（5）將機器人的應(yīng)用進行參數(shù)化設(shè)置，建立任務(wù)性能標(biāo)準(zhǔn)使員工快速學(xué)習(xí)定好把各機器人廠家協(xié)議對接，統(tǒng)一化管理。

2 項目的主要技術(shù)創(chuàng)新及實施

2.1 項目的主要創(chuàng)新

智云兼容控制系統(tǒng)由機器人數(shù)據(jù)提取軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站、管理服務(wù)器、云管理存儲系統(tǒng)、手機端應(yīng)用程序等組成。

（1）機器人數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)，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(shù)據(jù)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換并提取機器人狀態(tài)信息，然后把信息傳遞給數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站。

（2）智云數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，綜合獲取到的機器人狀態(tài)信息，一方面把數(shù)據(jù)傳遞給管理服務(wù)器進行狀態(tài)本地實時管理，一方面把數(shù)據(jù)傳遞給云服務(wù)器進行存儲。

（3）智云兼容控制服務(wù)器，安裝在管理室內(nèi)，維護人員可以根據(jù)管理服務(wù)器的狀態(tài)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(tǒng)，負(fù)責(zé)存儲工廠的狀態(tài)信息，實時更新APP應(yīng)用程序的狀態(tài)以及開放大數(shù)據(jù)接口給第三方研究開發(fā)。

（5）智云移動終端APP應(yīng)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(tài)以及工廠產(chǎn)量。

2.2 項目的技術(shù)實施步驟

（1）成立智云機器人系統(tǒng)項目組，對機器人現(xiàn)狀和市場需求做深入調(diào)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）組建項目開發(fā)團隊，將調(diào)研結(jié)果轉(zhuǎn)換為研發(fā)設(shè)計指標(biāo)，進行整體方案規(guī)劃和系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計。制定詳細的項目總體計劃書，明確時間節(jié)點和團隊成員的工作任務(wù)與職責(zé)。

（3）對系統(tǒng)所涉及的硬件和軟件、包括產(chǎn)品選型、物料成本評估、關(guān)鍵模塊設(shè)計、算法設(shè)計、器件資源評估，對各功能模塊，各技術(shù)參數(shù)進行測試評審，對系統(tǒng)部署測試中暴露的問題，進行整改優(yōu)化；完成硬件和軟件開發(fā)；小批量樣機并操作應(yīng)用。

（4）系統(tǒng)基層架構(gòu)，前端后端核心分離技術(shù)，各個功能模塊的詳細開發(fā)實現(xiàn)，進行系統(tǒng)基層架構(gòu)與各功能模塊、數(shù)據(jù)接口的對接設(shè)計開發(fā)。

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

（6）服務(wù)器從數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站獲取數(shù)據(jù)并判斷產(chǎn)線是否工作正常以及是否有需要提前維護的機器人，發(fā)現(xiàn)問題后發(fā)出警報，并提示在第幾條生產(chǎn)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(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站傳遞到云服務(wù)器。

（7）云服務(wù)器存儲工廠機器人的所有狀態(tài)和內(nèi)部數(shù)據(jù)，一方面?zhèn)鬟f給管理人員實時監(jiān)測，一方面可以對大量的機器人實時狀態(tài)數(shù)據(jù)進行研究開發(fā)。

（8）根據(jù)評審合格的系統(tǒng)軟件，進行軟、硬件調(diào)試效果總結(jié)，確認(rèn)系統(tǒng)各功能和性能是否達到項目整體開發(fā)方案的預(yù)期目標(biāo)；軟件開發(fā)完成，技術(shù)歸檔、移交、技術(shù)培訓(xùn)；輸出各項量產(chǎn)文件，對大量的機器人實時狀態(tài)數(shù)據(jù)進行研究開發(fā)，形成標(biāo)準(zhǔn)文件和大數(shù)據(jù)。

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