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工业机器人边缘计算控制器测试床


1 实验平台名称

工业机器人边缘计算控制器测试床


2 发起单位

沈阳新松机器人自动化股份有限公司


3 目标和概述 

目前的机器人控制器,既包括运动规划和控制功能,也包括具体行业应用功能。在应用上存在以下两点制约:一是行业类应用与机器人的基础控制耦合程度深,不利于应用功能的开发、升级和转换;二是机器人控制器的接口能力和计算能力有限,对PLC/传感器/智能仪表/智能IO等周边设备接入和控制的支持差。


边缘计算控制器测试床实验平台的第一个目标是将机器人控制器分为边缘计算控制器和运动控制器两部分,以实现应用功能和运动控制功能的解耦。运动控制器提供运动规划和控制,并对边缘计算控制器提供标准交互接口。边缘计算控制器提供两方面的功能,一是机器人的标准服务,如安全、监控、智能诊断;二是具体的行业应用软件包,如码垛、点焊、弧焊等工艺包,多机器人协调、调度等机器人扩展服务。


边缘计算控制器测试床实验平台的第二个目标是提高机器人的接口能力和计算能力,使机器人能便捷的完成与PLC、各类传感器、智能仪表、智能IO模块等周边环境设备的数据交互。并通过提供计算能力,使边缘计算控制器可以完成工作站或生产线的控制功能,提高机器人的适用性。

基于以上两个目标,边缘计算控制器需要实现通信、数据和应用三个平台的建设:机器人的通信平台,使边缘计算控制器能便捷的完成与PLC、各类传感器、智能仪表、智能IO模块等设备的数据交互;机器人的数据平台,使机器人自身数据、工作站等环境数据得到有效的采集和管理,以应对行业应用统计和分析使用;机器人应用平台,通过搭载监控、智能诊断、安全等机器人服务,集成码垛、调度、点焊、弧焊等工艺包,扩展工业机器人应用领域,提高信息化程度和生产制造服务质量。


4 应用场景

工业机器人主要应用于生产制造车间,图1为生产制造车间控制系统的参考模型(参考ISA95生产制造控制和调度模型)。机器人设备作为执行装备处于Level 0,运动控制作为直接控制系统处于Level 1,边缘计算控制器实现流程控制和管理监控等功能,处于Level 2,它需要完成与底层直接控制设备的数据采集、监控,并进行流程控制,在数据交互、数据存储和应用控制三个层面进行功能的设计和开发。


工业机器人.png

图1 生产制造控制系统分级


5 预期成果

边缘计算控制器实验平台集成了生产制造业智能设备、各类传感器、仪表等连接,工业机器人及其周边设备的运行数据采集,并在此基础上集成机器人工艺包、智能维护和诊断、监控、机器人管理等应用服务,预期成果如下:


给最终客户带来什么好处?

1. 基于工业机器人的工作站或产线配置更加便捷,降低了机器人系统的集成难度;

2. 提供了机器人监控、维护等一站式服务,节省了产线或工作站在这方面的建造成本。

3. 机器人更加柔性,可通过工艺包切换完成机器人应用切换。

4. 提高了机器人的本地运算能力,通过多个边缘计算控制器搭建的分布式数据存储和分布式计算,有效提高机器人边缘侧的计算能力,最终用户可以节省复杂计算应用计算服务器及其系统的搭建费用。

5. 提高了工业机器人在维护、维修管理方面的效率。

6. 提供了工业机器人连接云端服务的接口,提高机器人信息化程度,最终用户可以便捷的搭建云端服务平台而不用担心设备端对物联接入是否支持的问题。

7. 点焊、弧焊、码垛、调度、安全、视觉定位等多种应用工艺包的集成,有效扩展机器人功能性,使机器人可以为用户提供更多的服务。


给机器人设备供应商带来什么好处?

1. 机器人设备更容易接入自动化产线,系统集成上节约了很多成本和时间;

2. 上层应用支持对底层设备的实时状态和数据的检测、支持设备故障上报、设备数据统计分析以及可视化管理,降低设备供应商在数据监控和采集上花费的成本;

3. 通过异常和故障信息的采集,进行自诊断,分析,可远程为用户服务,解决简单的问题,减少不必要的现场服务次数; 

4. 控制器支持多级离线控制模式,上下行网络故障时可保证日常的计划任务正常执行,保证系统的可靠运行;

5. 对机器人数据进行远程获取和统计分析,更好的为生产服务做基础。


6 商业价值

随着工业机器人的普及和推广,机器人行业的竞争也越来越激烈,提高机器人竞争力,推广适用场景,是提高机器人商业价值的关键。边缘计算控制器规划为一个应用集成平台,比如用户在边缘计算控制器中加载新松提供的码垛工艺包,机器人就具备了码垛功能;加载数据监控模块,机器人就具备了数据上传和监控的功能;同时用户还可以在边缘计算控制器中自行设计和开发工艺流程。综上,通过机器人厂家提供的行业应用标准工艺包和用户自行开发的工艺包,提高机器人生产服务质量,使工业机器人的应用场景越来越广泛,从而使机器人行业创作越来越多的商业价值。


边缘计算控制器将机器人的安全、管理、智能诊断等机器人服务作为标准服务集成,机器人供应商可以有效的采集机器人及其周边环境的运行数据,监控和管理机器人产品,并深度挖掘所采集数据的价值,提高机器人及其服务的质量。因此,基于工业机器人边缘控制器的产品管理和分析系统,能有效降低机器人售后维护的投入,并提高产品服务质量。因此,在产品管理和售后服务方面,边缘计算控制器也有很高的商业价值。


7 社会价值

边缘计算控制的社会价值体现在两个方面,一是开放的应用开发平台,可以形成工业机器人资源建设和分享平台,在机器人教学、机器人应用场景拓展、生产自动化改进等方面都有很好的社会价值;


二是机器人功能性和易用性提高后,可以适用更多的应用场景,机器人可以承担更多环境下人们不愿意从事的工作,使人们从繁重重复的劳动中解放出来,去做更多创造性的工作。



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