工业机器人云平台的构建

徐江陵

针对不同品牌、不同型号的机器人无法协同工作、无法统计数据的问题，通过构建一种新的工业机器人云平台，可以兼容不同品牌、不同型号的工业机器人系统，进行工业机器人的远程监控、故障诊断、数据分析、工艺优化和云端维护，从而达到对工业机器人使用的实时化、标准化、高效化。

一、项目实施的背景、特点、必要性

1.背景。工业机器人作为智能制造业中不可替代的重要装备，已经成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。目前我国正处于跨越中等收入陷阱的关键时期，加快经济转型尤为重要。以工业机器人为主体的机器人产业，正是破解我国劳动力成本上升、环境制约问题的重要路径选择。工业机器人的核心技术主要是它的软件——操作系统，操作系统是工业机器人的大脑，是决定工业机器人功能和性能的重要因素。在操作系统体系结构方面，主要的研究重点是功能的划分和功能之间信息交换的规范。在长期的工业生产中，不同品牌、不同型号的工业机器人厂家都开发了自己独有的操作系统。由于行业的特殊性和技术壁垒的问题，这些操作系统通常无法兼容、无法互操作。而我国又是一个工业机器人发展比较落后的国家，大量的工业机器人软硬件设备依赖于进口。许多企业都购买了不同品牌、不同型号的工业机器人，这就造成了在使用的过程中，工业机器人难以协同操作、难以维护的问题。又因为不同机器人企业的操作系统都不同，对于终端应用企业来说，维护和重新编程很不方便，换一个公司的机器人又要重新培训人员，有些交互界面还非常不友好，极大地降低了效率。為了克服现有工业机器人操作系统的诸多弊端，提出一种解决方案，即构建一种云平台系统，兼容市面上大部分工业机器人操作系统，把这些工业机器人的数据统一在一个系统平台上进行管理。

2.特点。①高科技。云平台可以兼容各大品牌、各种型号的工业机器人的操作系统，进行工业机器人的远程监控、故障诊断、数据分析、工艺优化和云端维护。在不过多改变原有工业机器人软硬件的基础上，通过开发一些软硬件设备，来实现对工业机器人的有效管理。②高稳定。云平台可以接入各类主流机器人和智能制造设备，为工厂提供统一的监控和运维服务，节省运营成本，使工业机器人的使用更加稳定、安全。③高效率。云平台可以实时监控工业机器人的状态，把事后才能发现、解决的问题，变成事前发现、事中及时报告、事后归档。它可以使工业机器人的使用和维护标准化、效率化，解决人工成本上涨、效率低下的问题。④高开放性。工业机器人云平台可以将获取的生产信息和内部获取的机器人本体信息，提供给机器人生产厂家完成进一步的优化。

3.工业机器人云平台构建的必要性。各个工业大国都提出了自己的工业机器人产业政策，如美国的工业互联网、德国的工业4.0、中国的中国制造2025等国家级政策，皆把工业机器人纳入其产业发展的重要环节，这促使了工业机器人市场的发展。而由于历史的原因，工业机器人有不同的品牌、不同的型号，面对各种各样的工业机器人，如何更好地使用是一个很大的难题。它需要一个统一的可以兼容各大品牌工业机器人控制系统，类似于秦始皇的“车同轨，书同文”。因此，工业机器人云平台的构建就非常必要了，目前其技术和应用均处于初级阶段，但是其市场潜力是相当巨大的。

4.工业机器人云平台的技术路线。目前，工业机器人的软件开发是一个非常复杂的问题，不同的工业机器人厂家开发的软件各异，标准不同，这增加了企业员工学习工业机器人技术的难度。所以，如何将工业机器人的应用脱离纷繁复杂的编程，而仅仅只需要简单的参数化设置，是摆在我们面前的重大课题之一，下面简要的说明一下工业机器人云平台所采用的技术路线。①数据中转站接收工业机器人的数据。通过研发出一个可以与外界进行无线数据通信通讯的接口，从分析工业机器人数据通信的机理入手，结合协议分析仪、逻辑分析仪和存储示波器等工具，对不同品牌的工业机器人数据的传输进行分析和跟踪，构成工业机器人与外部数据通信比较完整的内存映像。通过分析所采集的数据特性，获得数据的准确地址，从而实现达到读取工业机器人运行数据。最后，将这些数据传送到工业机器人数据中转站。②使用无线通讯技术对工业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生产线是否正常工作以及是否有需要提前维护的工业机器人。③手机客户端APP软件的开发，通过WIFI连接方式，发现问题，提出警报，并提示具体的工业机器人的位置。维护人员可以提示快速前往处理，解决维护人员工作量大以及人员技术的水平不一而带来的管理问题。④工业机器人的问题处理完毕之后，维护人员在手机APP上填写维护报告，报告将通过数据中转站传递到工厂中的云服务器，云服务器存储工业机器人的所有状态和内部数据。一方面传递给管理人员进行实时监测，另一方面可以对大量的工业机器人实时数据进行研究开发。

二、项目的主要创新及实施方案

1.项目的主要创新。工业机器人云平台的构建由数据提取系统、数据中转站、管理服务器、云存储系统、手机客户端应用程序等组成。①数据提取系统。研发一个无线通讯接口安装在工业机器人旁边，对不同类型的工业机器人的数据进行协议转换并提取工业机器人状态信息，然后把信息传送到数据中转站。②数据中转站。接受从数据提取系统获取的信息。一方面把数据传递给管理服务器进行实时管理，另一方面把数据传递给云服务器进行储存。③管理服务器。安装在控制室中，维护人员可以根据管理服务器运行状态的提示进行及时的维护处理工作。④云存储系统。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发大数据接口给工业机器人生产厂家进行研究开发。⑤手机客户端。安装在维护人员和高层管理人员的手机上，可以实时获得工业机器人的状态，一方面便于维护人员进行维修，另一方面便于高层管理人员对工业机器人进行有效管理。

2.项目的技术实施步骤。①成立项目小组。对工业机器人发展现状和市场需求进行深入调研。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组建开发团队。将调研结构转换为研发设计指标，通过学校教师和企业开发人员相结合的开发团队，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工业任务和职责。③进行硬件选型。包括产品选型，物料成本评估，关键模块的设计、器件资源评估，对各个功能模块、技术参数进行测试评审，对系统部署测试中暴露的问题，进行优化整改，完成硬件的开发，小批量样机并操作应用。④软件的开发。包括三个方面，首先是系统基层架构，各个功能模块的详细开发与实现，进行系统基层构架与各功能模块、数据接口的对接设计开发。其次是数据中转站的开发，它需要制定出各部分的设计方案，明确各个子模块的功能和输入输出接口。最后是云服务器的开发，一方面传递给管理人员实施监测，另一方面对大量的工业机器人实时状态进行研究开发。⑤软硬件的调试。根据需求分析，进行软硬件的调试，确认系统各个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;处理各项量产文件，对大量的工业机器人实时数据进行研究开发，形成标准文件和大数据。

三、结论

通过工业机器人云平台的开发，构建出了一种新的工业机器人操作系统，它可以兼容不同品牌、不同型号的工业机器人系统，进行工业机器人的远程监控、故障诊断、数据分析、工艺优化和云端维护，从而达到对工业机器人使用的实时化、标准化、高效化。同时，人们对工业机器人系统研究式的追求是永无止境了，希望更多的科技人员加入到其中的探索和研究中。[项目名称：武汉科技大学城市学院科研项目，项目编号：2019CYYBKY002]

（作者单位：武汉科技大学城市学院）