徐江陵

針對(duì)不同品牌、不同型號(hào)的機(jī)器人無(wú)法協(xié)同工作、無(wú)法統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)建一種新的工業(yè)機(jī)器人云平臺(tái)，可以兼容不同品牌、不同型號(hào)的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷、數(shù)據(jù)分析、工藝優(yōu)化和云端維護(hù)，從而達(dá)到對(duì)工業(yè)機(jī)器人使用的實(shí)時(shí)化、標(biāo)準(zhǔn)化、高效化。

一、項(xiàng)目實(shí)施的背景、特點(diǎn)、必要性

1.背景。工業(yè)機(jī)器人作為智能制造業(yè)中不可替代的重要裝備，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平和科技水平的重要標(biāo)志。目前我國(guó)正處于跨越中等收入陷阱的關(guān)鍵時(shí)期，加快經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型尤為重要。以工業(yè)機(jī)器人為主體的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，正是破解我國(guó)勞動(dòng)力成本上升、環(huán)境制約問(wèn)題的重要路徑選擇。工業(yè)機(jī)器人的核心技術(shù)主要是它的軟件——操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的大腦，是決定工業(yè)機(jī)器人功能和性能的重要因素。在操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)方面，主要的研究重點(diǎn)是功能的劃分和功能之間信息交換的規(guī)范。在長(zhǎng)期的工業(yè)生產(chǎn)中，不同品牌、不同型號(hào)的工業(yè)機(jī)器人廠家都開(kāi)發(fā)了自己獨(dú)有的操作系統(tǒng)。由于行業(yè)的特殊性和技術(shù)壁壘的問(wèn)題，這些操作系統(tǒng)通常無(wú)法兼容、無(wú)法互操作。而我國(guó)又是一個(gè)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展比較落后的國(guó)家，大量的工業(yè)機(jī)器人軟硬件設(shè)備依賴于進(jìn)口。許多企業(yè)都購(gòu)買(mǎi)了不同品牌、不同型號(hào)的工業(yè)機(jī)器人，這就造成了在使用的過(guò)程中，工業(yè)機(jī)器人難以協(xié)同操作、難以維護(hù)的問(wèn)題。又因?yàn)椴煌瑱C(jī)器人企業(yè)的操作系統(tǒng)都不同，對(duì)于終端應(yīng)用企業(yè)來(lái)說(shuō)，維護(hù)和重新編程很不方便，換一個(gè)公司的機(jī)器人又要重新培訓(xùn)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(jī)器人操作系統(tǒng)的諸多弊端，提出一種解決方案，即構(gòu)建一種云平臺(tái)系統(tǒng)，兼容市面上大部分工業(yè)機(jī)器人操作系統(tǒng)，把這些工業(yè)機(jī)器人的數(shù)據(jù)統(tǒng)一在一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行管理。

2.特點(diǎn)。①高科技。云平臺(tái)可以兼容各大品牌、各種型號(hào)的工業(yè)機(jī)器人的操作系統(tǒng)，進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷、數(shù)據(jù)分析、工藝優(yōu)化和云端維護(hù)。在不過(guò)多改變?cè)泄I(yè)機(jī)器人軟硬件的基礎(chǔ)上，通過(guò)開(kāi)發(fā)一些軟硬件設(shè)備，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的有效管理。②高穩(wěn)定。云平臺(tái)可以接入各類主流機(jī)器人和智能制造設(shè)備，為工廠提供統(tǒng)一的監(jiān)控和運(yùn)維服務(wù)，節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本，使工業(yè)機(jī)器人的使用更加穩(wěn)定、安全。③高效率。云平臺(tái)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控工業(yè)機(jī)器人的狀態(tài)，把事后才能發(fā)現(xiàn)、解決的問(wèn)題，變成事前發(fā)現(xiàn)、事中及時(shí)報(bào)告、事后歸檔。它可以使工業(yè)機(jī)器人的使用和維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化、效率化，解決人工成本上漲、效率低下的問(wèn)題。④高開(kāi)放性。工業(yè)機(jī)器人云平臺(tái)可以將獲取的生產(chǎn)信息和內(nèi)部獲取的機(jī)器人本體信息，提供給機(jī)器人生產(chǎn)廠家完成進(jìn)一步的優(yōu)化。

3.工業(yè)機(jī)器人云平臺(tái)構(gòu)建的必要性。各個(gè)工業(yè)大國(guó)都提出了自己的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)政策，如美國(guó)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、德國(guó)的工業(yè)4.0、中國(guó)的中國(guó)制造2025等國(guó)家級(jí)政策，皆把工業(yè)機(jī)器人納入其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，這促使了工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)的發(fā)展。而由于歷史的原因，工業(yè)機(jī)器人有不同的品牌、不同的型號(hào)，面對(duì)各種各樣的工業(yè)機(jī)器人，如何更好地使用是一個(gè)很大的難題。它需要一個(gè)統(tǒng)一的可以兼容各大品牌工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，類似于秦始皇的“車同軌，書(shū)同文”。因此，工業(yè)機(jī)器人云平臺(tái)的構(gòu)建就非常必要了，目前其技術(shù)和應(yīng)用均處于初級(jí)階段，但是其市場(chǎng)潛力是相當(dāng)巨大的。

4.工業(yè)機(jī)器人云平臺(tái)的技術(shù)路線。目前，工業(yè)機(jī)器人的軟件開(kāi)發(fā)是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，不同的工業(yè)機(jī)器人廠家開(kāi)發(fā)的軟件各異，標(biāo)準(zhǔn)不同，這增加了企業(yè)員工學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的難度。所以，如何將工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用脫離紛繁復(fù)雜的編程，而僅僅只需要簡(jiǎn)單的參數(shù)化設(shè)置，是擺在我們面前的重大課題之一，下面簡(jiǎn)要的說(shuō)明一下工業(yè)機(jī)器人云平臺(tái)所采用的技術(shù)路線。①數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站接收工業(yè)機(jī)器人的數(shù)據(jù)。通過(guò)研發(fā)出一個(gè)可以與外界進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)通信通訊的接口，從分析工業(yè)機(jī)器人數(shù)據(jù)通信的機(jī)理入手，結(jié)合協(xié)議分析儀、邏輯分析儀和存儲(chǔ)示波器等工具，對(duì)不同品牌的工業(yè)機(jī)器人數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行分析和跟蹤，構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人與外部數(shù)據(jù)通信比較完整的內(nèi)存映像。通過(guò)分析所采集的數(shù)據(jù)特性，獲得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確地址，從而實(shí)現(xiàn)達(dá)到讀取工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行數(shù)據(jù)。最后，將這些數(shù)據(jù)傳送到工業(yè)機(jī)器人數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站。②使用無(wú)線通訊技術(shù)對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)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)并判斷生產(chǎn)線是否正常工作以及是否有需要提前維護(hù)的工業(yè)機(jī)器人。③手機(jī)客戶端APP軟件的開(kāi)發(fā)，通過(guò)WIFI連接方式，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出警報(bào)，并提示具體的工業(yè)機(jī)器人的位置。維護(hù)人員可以提示快速前往處理，解決維護(hù)人員工作量大以及人員技術(shù)的水平不一而帶來(lái)的管理問(wèn)題。④工業(yè)機(jī)器人的問(wèn)題處理完畢之后，維護(hù)人員在手機(jī)APP上填寫(xiě)維護(hù)報(bào)告，報(bào)告將通過(guò)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站傳遞到工廠中的云服務(wù)器，云服務(wù)器存儲(chǔ)工業(yè)機(jī)器人的所有狀態(tài)和內(nèi)部數(shù)據(jù)。一方面?zhèn)鬟f給管理人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，另一方面可以對(duì)大量的工業(yè)機(jī)器人實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。

二、項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新及實(shí)施方案

1.項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新。工業(yè)機(jī)器人云平臺(tái)的構(gòu)建由數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站、管理服務(wù)器、云存儲(chǔ)系統(tǒng)、手機(jī)客戶端應(yīng)用程序等組成。①數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)。研發(fā)一個(gè)無(wú)線通訊接口安裝在工業(yè)機(jī)器人旁邊，對(duì)不同類型的工業(yè)機(jī)器人的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換并提取工業(yè)機(jī)器人狀態(tài)信息，然后把信息傳送到數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站。②數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)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(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，另一方面把數(shù)據(jù)傳遞給云服務(wù)器進(jìn)行儲(chǔ)存。③管理服務(wù)器。安裝在控制室中，維護(hù)人員可以根據(jù)管理服務(wù)器運(yùn)行狀態(tài)的提示進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)處理工作。④云存儲(chǔ)系統(tǒng)。負(fù)責(zé)存儲(chǔ)工廠的狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)更新APP應(yīng)用程序的狀態(tài)以及開(kāi)發(fā)大數(shù)據(jù)接口給工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)廠家進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。⑤手機(jī)客戶端。安裝在維護(hù)人員和高層管理人員的手機(jī)上，可以實(shí)時(shí)獲得工業(yè)機(jī)器人的狀態(tài)，一方面便于維護(hù)人員進(jìn)行維修，另一方面便于高層管理人員對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行有效管理。

2.項(xiàng)目的技術(shù)實(shí)施步驟。①成立項(xiàng)目小組。對(duì)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀和市場(chǎng)需求進(jìn)行深入調(diào)研。收集客戶需求信息、整理分析以及市場(chǎng)評(píng)估，制定客戶需求表，確定項(xiàng)目的可行性和開(kāi)發(fā)方向。②組建開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)。將調(diào)研結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為研發(fā)設(shè)計(jì)指標(biāo)，通過(guò)學(xué)校教師和企業(yè)開(kāi)發(fā)人員相結(jié)合的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行整體方案規(guī)劃和系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)。制定詳細(xì)的項(xiàng)目總體計(jì)劃書(shū)，明確時(shí)間節(jié)點(diǎn)和團(tuán)隊(duì)工業(yè)任務(wù)和職責(zé)。③進(jìn)行硬件選型。包括產(chǎn)品選型，物料成本評(píng)估，關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)、器件資源評(píng)估，對(duì)各個(gè)功能模塊、技術(shù)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試評(píng)審，對(duì)系統(tǒng)部署測(cè)試中暴露的問(wèn)題，進(jìn)行優(yōu)化整改，完成硬件的開(kāi)發(fā)，小批量樣機(jī)并操作應(yīng)用。④軟件的開(kāi)發(fā)。包括三個(gè)方面，首先是系統(tǒng)基層架構(gòu)，各個(gè)功能模塊的詳細(xì)開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行系統(tǒng)基層構(gòu)架與各功能模塊、數(shù)據(jù)接口的對(duì)接設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。其次是數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站的開(kāi)發(fā)，它需要制定出各部分的設(shè)計(jì)方案，明確各個(gè)子模塊的功能和輸入輸出接口。最后是云服務(wù)器的開(kāi)發(fā)，一方面?zhèn)鬟f給管理人員實(shí)施監(jiān)測(cè)，另一方面對(duì)大量的工業(yè)機(jī)器人實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。⑤軟硬件的調(diào)試。根據(jù)需求分析，進(jìn)行軟硬件的調(diào)試，確認(rèn)系統(tǒng)各個(gè)功能和性能是否達(dá)到項(xiàng)目整體開(kāi)發(fā)方案的預(yù)期目標(biāo)。軟件開(kāi)發(fā)完成，技術(shù)歸檔、移交、技術(shù)培訓(xùn);處理各項(xiàng)量產(chǎn)文件，對(duì)大量的工業(yè)機(jī)器人實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，形成標(biāo)準(zhǔn)文件和大數(shù)據(jù)。

三、結(jié)論

通過(guò)工業(yè)機(jī)器人云平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，構(gòu)建出了一種新的工業(yè)機(jī)器人操作系統(tǒng)，它可以兼容不同品牌、不同型號(hào)的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷、數(shù)據(jù)分析、工藝優(yōu)化和云端維護(hù)，從而達(dá)到對(duì)工業(yè)機(jī)器人使用的實(shí)時(shí)化、標(biāo)準(zhǔn)化、高效化。同時(shí)，人們對(duì)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)研究式的追求是永無(wú)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(xiàng)目名稱：武漢科技大學(xué)城市學(xué)院科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2019CYYBKY002]

（作者單位：武漢科技大學(xué)城市學(xué)院）