物联网技术在工业机器人领域的应用案例分析

物联网技术在工业机器人领域的应用案例分析

王相杰

青岛黄海学院 山东 青岛 266555

摘要：近年来，受社会发展的影响，我国的科学技术水平得到进步。目前，在现代社会建设发展中，工业领域跟随智能化技术和自动化技术推进，不仅研发设计出多类工业机器人，还被广泛运用到汽车组装、金融加工、机械制造等领域中，依据高度自动化工业生产模式取代了传统人工操作模式。

关键词：物联网技术；工业机器人；应用

引言

随着科技的飞速发展，物联网技术以其独特的优势，正在逐步改变人们的生活方式和工作方式，已经成为当今世界不可或缺的一部分。

1机器人技术的基本概念

现代机器人技术的快速发展并不是偶然的。它受到了多种技术因素的推动，这些因素共同作用，为机器人提供了更高的性能、更广泛的应用领域和更大的普及可能性。以下是推动现代机器人技术发展的主要技术驱动因素。1）增强的计算能力：随着半导体技术的进步，微处理器的性能持续增强，同时功耗减少。这使得机器人能够进行更为复杂的计算，如实时图像识别和路径规划，而且可以在更小、更轻的设备上完成。2）高级传感技术：先进的传感器如激光雷达（LiDAR）、高分辨率摄像头和多模态传感器，使机器人能够更精确地感知环境。

2工业机器人中物联网技术的应用

2.1普适机器人

普适机器人是一种结合物联网技术的机器人，这种机器人可以自主地与周围环境进行交互，收集和处理数据，并根据预设的规则或算法做出相应的反应。普适机器人可以通过各种传感器和智能化设备，实时监测生产设备的运行状态、生产环境的变化等，并将收集到的数据传输到云平台进行分析处理，实现对生产过程的智能监控，提高生产效率和产品质量。普适机器人可以实现自动化生产，替代传统的人工操作。机器人可以自主完成生产线上的各项任务，如物料搬运、加工、装配、检测等，提高生产效率，降低生产成本。普适机器人可以通过对设备运行数据的实时监测和分析，预测设备可能出现的问题和故障，提前采取相应的维护措施，避免生产中断和设备损坏，降低维护成本。普适机器人可以应用于供应链管理环节，通过实时监测货物的位置和状态，优化物流配送路线，提高物流效率。同时，机器人还可以协助完成货物的分拣、装箱和配送等工作，提高自动化水平。

2.2机器人定位的传感器技术

地感器（陀螺仪）、重力感应器和地磁传感器等装置，被用于感知在地磁场中移动机器人载体的运动角度、垂直加速度、磁场矢量。其中移动机器人上安装的陀螺仪，主要以车体坐标系为参考，感知机器人设备移动过程中的垂直倾角，利用MEMS陀螺仪的径向和横向电容板，监测机器人移动的设备角速度、电容变化情况，判别在车体坐标系下移动机器人的运动轨迹、运动加速度（水平）。加速计用于感知垂直方向上的机器人加速度，包括监测加速度大小、加速度方向变化情况；地磁传感器可通过采集磁偏角、磁场强度信息，用于感知机器人运动时与现实空间方位所呈的夹角、所处空间位置，并将实时采集磁场、已建立磁图之间的磁场强度进行匹配，得到机器人位置修正量。

2.3智能控制系统

整个系统的设计应满足野外24h监控的需要，真正达到自动巡检的目的。当系统在运行过程中发生安全事故时，必须对“故障信号”进行正确的判定，并将其上载，以提升系统的性能、设备的可靠度，减少系统运行中存在的安全隐患。本项目拟采用两种方法来进行软管巡检机器人在管路中的行走路径与停靠策略的设计，从参数设计与指令编写两个方面进行研究，将这两种方法有机地结合起来，有助于操作人员更好地进行机器人行走路线的规划，最大限度地减少操作失误的发生。目前，基于“运动计程”与“定点定位”的方法，实现了对管路系统的自主巡航，但由于管路系统的设计较为复杂，并且处于地下、墙壁等遮挡区域，信号传递效率不高，因此，本项目拟采用“定点定位”与“定位计程”的方法来解决这一难点。在实际应用中，需要选取合适的管段，加装“定位套环”结构，并在其上加装相应的传感器，当机器人抵达指定位置时，传感器将被激活和上传，使其能够精确地确定所处的位置。“运动计程”定位方法中采用外导轮结构，依据测量导轮与管壁间的相对转角，确定其相对于管路的运动轨迹。根据图1中的运动计程装置构造，操作者需要将磁体安装在定位轮上，并将霍尔传感器安装在支承壁上。这样，当定位轮转动时，经过霍尔传感器的磁场值会直接转化为定位轮与传感器之间的角度。

图1“运动计程”的定位装置结构图

本文研究基于自主感知系统采集的数据，并将其与运行指令相结合进行综合判定，当二者所对应的理论结论不相符时，可判定该自动化设备发生了故障。对于管线巡检机器人，其操作命令包括前进与倒退两种方式，相应的操作后果是管线内的位置变化。因为管线内的移动轨迹是唯一的，对应关系也相对简单，因此工作人员可以根据现场的情况以及操作指示，直接进行故障的自动判断，具体过程见图2。

图2故障判断的流程图

从图2可以看出，该判定系统能自动获取操作指令，并通过对相应表中预先埋设的资料进行查询，以便进行分析，并利用管道中的位置系统对实际检测的结果进行判定。只有在试验数据和理论值之间存在较大差异的情况下，才能判断该装置存在安全性问题。

2.4柔性检测系统

随着我国经济建设的发展，智能生产的概念也提上了日程。在建筑行业，管道检测机器人采用模块化设计理念，建立灵活的检测系统，可以将大量专业化的监测工具压缩为多个通用工具。（1）模块化硬件设计。柔性管道测试机器人基于Agent系统人工智能理论，将模块视为可以与相邻模块或外部环境交互的智能Agent，包括功率输出、功率通信、专用传感器等模块。通过对整个模块的设计进行分析，发现功率输出模块、传动轮模块具有各种规格可任意组合，能够根据不同的载荷度及管路大小进行软件设计。其中，电源与通信模块的作用就是为机器人的电源与通信通道，现在常用的方式有两种，一种是无线通信，一种是有线通信。当单片机侦测到一组蓄电池，其中一组蓄电池正常有电，另一组有低电情况下，需对蓄电池组进行控制，以对低电量的蓄电池组进行充电。专用传感模块是根据管道内壁固定的需要而研制的，包括温度、湿度、图像和倾斜角度等多种功能。为保证整个模块的高效使用，需要在各个模块的两端分别设计标准接头插座及标准螺纹，使其能够高效地进行连接。（2）柔性软件架构。在确定各模块功能后，通过数据传输和控制通信，实现了机器人的自动对接。本文研究的总线以通信总线为主，数据传输和控制都应以总线为基础，采用问答式结构进行主控。

通过对总线的分析，一方面对硬件线路的需求很小，仅需给出总线的接口即可实现对总线的干涉；另外，该系统具有很好的可扩充性，可以采用一个统一的通信规范来实现整个系统的通信，而不需要对特定的模块进行详细的描述

结语

综上所述，物联网技术背景下的工业机器人系统，不仅改变了传统单一的发展模式，还为工业机器人全面普及提供了技术支持。因此，在经济全球化发展趋势下，面对新兴技术带来的机遇和挑战，我国科研学者要从可持续发展角度入手，整合分析物联网技术和工业机器人，积极解决传统技术研究问题，提高核心技术竞争水平，让工业机器人成为各领域创新发展的有效依据，以此为创造科技智能的社会环境贡献力量。

参考文献

[1]解增辉,梅斌,毕伟尧,等.一种轻量化五轴全并联加工机器人研发与应用[J].物联网学报,2021,5(3):10-20.

[2]文波.物联网技术在工业自动化中的应用研究[J].中国设备工程,2022(9):190-192.