机器人联网监控系统（机器人远程控制）

摘 要：

为了实现对不同品牌机器人的实时监控和集中管理，实现机器人的互联互通，设计了一种基于NC-Link的机器人远程监控系统。 NC-Link适配器通过机器人二次开发接口从机器人采集数据。然后将采集到的数据通过http协议传输到应用层系统，最终实现机器人与远程客户端之间的数据传输，并将不同品牌机器人监测到的数据存储在云端数据库中。最后利用VS2017软件设计了机器人的远程监控界面。时间戳被添加到远程客户端和适配器，通过计算两个时间戳之间的差异，测得延迟为3 毫秒。通过JMeter软件进行压力测试。最终测试结果表明，系统的实时性和可靠性满足要求。

0 前言

随着通信技术的进步，传统制造逐渐开始向智能制造转型。智能制造的关键技术在于数控装备与应用系统的信息交互。由于数控设备是一个多源异构系统，数控设备之间的通信差异很大。通信没有统一的现场总线标准，导致数据设备之间的信息交互以及数控设备与应用系统之间的信息交互。变得困难。目前，在数控设备互联方面，国内外已经进行了一定的探索和研究。国外设备通信协议主要包括OPC UA协议等，国内设备通信协议包括NC-Link协议[1]等。

本文采用国内自主研发的NC-Link技术开发机器人远程监控系统。该系统可以随时接入不同品牌的机器人，实时读取机器人的运动信息。随着工业现代化进程的加快，工业设备变得越来越复杂。设备之间使用的通信协议不同，增加了设备数据统一管理的难度。为了更好地提高设备之间的协作能力，需要寻求不同设备之间建立简单的通信方法已成为当前的紧迫任务。 NC-Link采集系统的核心在于如何设计NC-Link适配器。 NC-Link适配器可以将底层设备的实时数据和历史数据传输到远程客户端，最终实现设备的远程监控功能[2]。该系统可以实现机器人的远程实时监控，从而缩短停机时间，减少事故的发生，降低维护和维修成本，提高生产效率。

1 机器人远程监控系统总体架构

本文设计的机器人远程监控系统分为三层，如图1所示。第一层是设备层，中间层是NC-Link层，最上面一层是应用层。

现场设备层主要由两台机器人组成，提供数控系统的全部原始数据并执行应用层的指令。 NC-Link层由NC-Link适配器和NC-Link代理组成，是NC-Link互连的核心部分。其中，NC-Link适配器负责读取机器人的运行数据，然后解析并转换格式，然后将读取的数据以统一的格式发送给NC-Link代理。 NC-Link 适配器还可以从NC-Link 接收数据。然后来自Link 代理的信息被发送到指定的CNC 设备。

整个工业机器人数据采集系统由数控设备层、NC-Link层和应用层组成。通过适配器与设备层工业机器人进行通信。适配器将数据上传到MQTT服务器，路由器将信息传输到阿里云服务器。工业机器人的监控数据通过阿里云服务器发送至远程监控面板。

2工业机器人及远程监控

客户沟通

工业机器人与远程监控客户端通信的工作原理如图2所示。API Server是基于NC-Link适配器开发的微服务应用。客户端可以直接向API Server发送HTTP请求，实现与数控机床的通信。通讯功能。 API Server与设备之间通过MQTT服务器进行数据交互，两者都需要分别与MQTT服务器建立连接。采用订阅/发布模式，设备和API Server将从MQTT Server订阅相应内容的主题。 MQTT Server 收到相应的主题后，会将相应的数据内容推送到发起订阅的设备或API Server。客户端应用程序通过HTTP请求/响应与来自API Server的数据进行交互，并最终与设备进行交互。

3NC-Link适配器设计

适配器是客户端和代理之间与机器人通信的桥梁。该适配器专为华数机器人二次开发接口而设计。适配器从下到上分为三层：数据驱动层、数据字典层、数据接口层。

3.1 数据驱动层

数据驱动层是应用层与工业机器人沟通的桥梁。本文以华数三号机器人为例。应用层发送连接请求。适配器收到请求后，调用华数机器人二次开发接口进行连接。机器人调用华数III机器人二次开发接口连接函数isConnected()。不同的机器人需要调用不同的网络接口函数。机器人连接代码如图3所示。

3.2 数据字典层

数据字典层是机器人数据的统一定义，设备模型是设备实体在信息空间的信息映射。设备模型的评价标准是应显示工业机器人主要部件的属性信息和状态数据。机器人的设备模型应包含以下设备信息：设备ID、类型、名称等标识信息，设备部件及其下属部件信息，设备轴号、通道号、切割速率等相关信息。

一个完整的数控设备信息模型包括以下五类对象，即根对象、设备对象、组件对象、数据对象和采样通道对象。根对象是模型中最外层的对象，包括其他四种类型的对象。根对象主要包含信息模型的基本信息，如信息模型的名称、唯一标识符等；设备对象用于描述设备的类型、配置等。信息；组件对象用于描述设备下组件的参数；数据对象用于描述数控设备的各种相关参数和采样数据，包括可修改数据和不可修改数据。可修改的数据除了可以查阅之外，还可以修改。不可修改的数据只能用于查阅；采样通道对象主要用于描述数控设备中可以采样的数据以及相应的采集周期。

基于信息交互模型与实际系统建立的工业机器人数据模型如图4所示。

3.3 数据接口层

数据接口层的主要功能是与MQTT代理或客户端交互。应用系统、代理和适配器之间的通信规则被统一到NC-Link接口中。 NC-Link接口定义了8个通信接口，常用的3个是——模型检测、数据查询和数据采样[3]。机器人模型检测功能测试如图5所示，数据查询功能测试如图6所示，数据采样功能测试如图7所示。

4 云服务器及远程监控界面设计

本文选择B/S架构作为通信开发架构，采用MySQL数据库技术来存储数据和提取消息数据。当云服务器接收到智能监控模块发送的数据后，将数据进行存储，然后远程监控客户端将存储的数据直观地显示在客户端的人机界面上，从而完成服务器与客户端的交互。

C#编写的远程监控客户端界面如图8所示，通过连接阿里云服务器从阿里云服务器读取数据。远程监控客户端界面主要采集两个机器人的位置信息和运行状态。

5 系统测试

在远程客户端和适配器端添加时间戳，并计算两个时间戳之间的差值，以测量单线程延迟为3毫秒。通过JMeter软件进行服务器压力测试，结果如表1所示。根据项目管理系统的需求，首先并发用户数从1逐渐增加到100，最大并发用户数为500，满足系统要求[4]。

六，结论

本文设计并实现了一个基于NC-Link协议的工业机械数据采集系统。目标是将不同的机器人协议转换为NC-Link标准协议，进而实现对不同品牌工业机器人的工业设备数据的远程监控。本文设计数据采集接口来规范工业机器人不同协议，可以解决不同品牌机器人和协议多样性带来的上位机多样性问题[5]。另外，系统测试表明，系统的数据采集时延为3ms，满足网络的性能要求。

审稿编辑：唐子红