5G背景下基于工业物联网的工业机器人远程监控系统设计

刘湘黔

摘要：在5G背景下建立高效的工业机器人远程监控系统，可以极大地提升生产线的效率和智能化水平，是工业界亟须解决的问题之一。基于此，文章研究了5G背景下基于工业物联网的工业机器人远程监控系统。文章旨在探讨如何利用5G和工业物联网技术构建一种高效、稳定、智能的工业机器人远程监控系统，在总框架的基础上设计机器人远程数据采集模块、5G云端数据处理模块以及工业物联网用户界面模块。实验结果表明，该系统具有较高的响应速度、处理能力和传输速率，可以满足工业机器人远程监控系统对于实时性、准确性和可靠性的要求。

关键词：5G技术；工业物联网；工业机器人；远程监控；监控系统

中图分类号：TP311  文献标志码：A

0 引言

随着信息技术的不断发展和普及，物联网和人工智能技术正逐渐应用于各个领域，成为现代化生产过程中不可或缺的一部分［1］。其中，工业物联网和工业机器人是近年来备受关注的领域，它们的出现和发展为制造业带来了巨大的变革和发展机遇。5G作为新一代移动通信技术，具有超高速、超低延迟、大连接等特点，成为实现工业物联网的重要技术支撑［2］。计算机系统结合5G技术和工业物联网，可以实现远程监控、优化生产过程、提高生产效率和质量等目标。而工业机器人作为生产线的重要组成部分，具有自动化程度高、精度高、生产效率高等特点，在提高生产效率和生产线智能化水平上发挥着重要作用［3］。因此，研究基于工业物联网的工业机器人远程监控系统具有广阔前景。本文旨在探讨如何利用5G和工业物联网技术构建一种高效、稳定、智能的工业机器人远程监控系统，在总框架的基础上，设计了机器人远程数据采集模块、5G云端数据处理模块以及工业物联网用户界面模块。工业机器人远程监控系统为工业界提供一种高效、智能的工业机器人远程监控系统，为工业智能化水平的提升和生产效率的提高提供了重要支持，将5G和工业物联网技术应用在系统中具有重要的研究价值和推广价值。

1 工业机器人远程监控系统总框架设计

基于工业物联网的工业机器人远程监控系统的总体框架，可以分为机器人远程数据采集模块、5G云端数据处理模块、工业物联网用户界面模块三个部分，如图1所示。

机器人远程数据采集模块：通过传感器、摄像头等设备，采集工业机器人在生产过程中的实时数据，包括机器人状态、工作状态、生产效率、能源消耗等。

5G云端数据处理模块：通过5G网络实现数据的实时传输和处理，将采集到的数据传输到云端服务器进行处理和分析。通过大数据分析、人工智能等技术，数据处理模块对机器人的生产过程进行监控、优化和预测，并实时反馈给操作员。通过5G网络远程实现对工业机器人的控制，系统不仅可以进行远程开机、关机、复位等操作，还可以进行远程参数设置、程序更新等操作。

工业物联网用户界面模块：该模块为用户提供一个可视化的界面，方便用户对生产过程进行实时监控和管理。用户不仅可以通过电脑、手机、平板等设备访问系统界面，还可以通过系统实现报警、故障诊断、异常处理等功能。

总体而言，基于工业物联网的工业机器人远程监控系统的设计，可以实现对机器人生产过程的实时监控和管理，提高生产效率、降低成本，为工业生产的数字化、智能化和可持续发展提供有力的支持。

2 各功能模块设计

2.1 机器人远程数据采集模块

针对基于工业物联网的工业机器人远程监控系统的机器人数据采集模块，可以采用传感器对机器人进行实时监测和数据采集。需要选择合适的传感器：根据机器人的工作特性和需要采集的数据类型，选择合适的温度传感器、加速度传感器、压力传感器等。将传感器安装在机器人的关键部位，保证其能够准确地采集到传感器采集机器人的工作数据，并将数据转换成电信号。系统采集到的数据将通过无线网络传输到云端或服务器，进行数据处理和分析，提取有用信息。处理后的数据通过可视化手段呈现给用户，能够帮助用户更好地了解机器人的运行状态和性能指标［4］。温度传感器可以采集机器人的温度数据，并将数据转换为电信号；温度传感器的电压输出与温度呈线性关系，具体计算如公式（1）所示。

Rt=R0［1+A（t-T0）］（1）

公式（1）中：Rt为温度为t ℃时的电阻值，R0为温度为T0 ℃时的电阻值，A为温度系数，一般为0.003 85～1 ℃。根据欧姆定律，电阻R和电流I、电压U之间的关系如式（2）所示。

R=UI（2）

温度t ℃时的电压输出Vt可以用公式（3）表示。

Vt=U0RtRt+Rs（3）

公式（3）中：U0为电源电压，Rs为电路中串联的电阻。将采集到的温度数据通过无线网络传输到云端或服务器，系统将进行数据处理和分析。系统通过进行数据平滑处理、去噪处理、异常值检测等操作处理溫度数据，将处理后的温度数据通过温度变化曲线、温度分布图等可视化手段呈现给用户，帮助用户更好地了解机器人的运行状态和性能指标。在采集过程中，针对不同的数据类型可以选择不同的传感器进行采集，并进行相应的数据处理和分析，最终将数据呈现给用户，帮助用户更好地了解机器人的运行状态和性能指标。

2.2 5G云端数据处理模块

通过传感器和数据采集设备，系统可以采集机器人运行过程中的各种数据，如温度、压力、速度、功率等，并通过5G网络将数据传输到云端服务器。在云端服务器上对采集的数据进行预处理，包括数据清洗、去噪、滤波、采样等操作，以此提高数据的质量和准确性。基于工业物联网的工业机器人远程监控系统中5G云端数据处理模块的流程，如图2所示。

由图2可知，数据采集设备通过传感器采集机器人生产过程中的各种数据，将数据传输到5G网络。云端服务器对采集到的数据进行清洗、分析和建模，以优化机器人生产过程。同时，云端服务器还可以将机器人生产过程的状态实时反馈给操作员，并进行远程开机、关机、复位等操作，以及进行远程参数设置、程序更新等操作。最终，通过数据处理模块，实现对机器人生产过程的监控、优化和预测，提高生产效率和质量。

2.3 工业物联网用户界面模块

工业物联网用户界面模块需要设计一个易于使用的图形化界面，用于展示机器人生产过程的状态和参数。界面设计需要考虑用户的使用习惯和需求，以便用户能够便捷地进行远程监控和操作。工业机器人远程监控系统需要采集机器人生产过程的状态和参数数据，并通过5G网络进行数据传输。数据采集可以通过传感器、PLC等设备实现，数据传输可以通过5G网络实现。同时，系统为了保证数据传输的安全性和可靠性，可以采用数据加密和数据冗余备份等技术。线性回归是一种用于建立线性模型的算法，可以通过对输入变量和输出变量进行拟合，来预测未知的输出变量。线性回归计算如公式（4）所示。

Y=aX+b（4）

公式（4）中，Y表示输出变量，X表示输入变量，a和b是回归系数，通过最小二乘法可以求出回归系数。对系统收集到的数据需要进行处理和分析，以提取有价值的信息，并为用户提供决策支持。数据处理和分析可以采用数据挖掘、机器学习等技术实现，同时需要结合工业机器人的特点进行定制化处理和分析。工业机器人远程监控系统需要实现报警和故障诊断功能，以及异常处理和预测等功能。系統的报警和故障诊断功能可以通过实时监控机器人的状态和参数实现，异常处理和预测可以通过数据分析和建模功能来实现。工业物联网用户界面模块需要支持多设备访问和控制，用户可以通过电脑、手机、平板等设备进行访问和操作。同时，系统可以采用用户认证和权限管理等技术，以保证用户数据的安全性和可靠性。

3 测试实验

3.1 实验准备

为测试搭5G背景下基于工业物联网的工业机器人远程监控系统的各项性能，首先，需要建工业物联网系统，连接ABB IRB1200工业机器人、海康威视IPC2224-VR5-DPZ摄像头和华为5G CPE Pro2路由器，将收集到的数据传输到云平台中进行处理和分析。采用戴尔PowerEdge R740服务器，选择Windows Server 2016操作系统，使用ROS和Python编写程序，实现工业机器人的远程控制和监控，以及数据的收集和传输。实验需对系统进行长时间运行测试，验证系统的稳定性和可靠性。测试系统的响应速度、处理能力、数据传输速率等性能指标。

3.2 实验结果

测试实验挑选了5个不同的运行时间节点做比较，对比5G背景下基于工业物联网的工业机器人远程监控系统的响应速度、处理能力、传输速率，不同运行时间节点的实验结果，如表1所示。

从表1可以得知，基于工业物联网的工业机器人远程监控系统的响应速度一直保持在500 ms以内，处理能力和传输速率逐渐提高，稳定在每秒100个请求和1.2 Gbps。其中，响应速度和处理能力受到服务器性能和网络传输速率的限制，传输速率则受到网络传输带宽的影响。在长时间的运行测试中，系统稳定性和可靠性均得到了验证。

4 结语

工业物联网的发展为工业机器人远程监控系统的实现提供了先决条件，5G技术的引入进一步提高了系统的传输速率和响应速度。同时，系统中的传感器技术和数据处理技术也得到了充分的应用，为机器人生产过程的监控、优化和预测提供了可靠的数据支撑。本文利用5G和工业物联网技术构建了一种高效、稳定、智能的工业机器人远程监控系统。在设计总框架的基础上，设计了机器人远程数据采集模块、5G云端数据处理模块以及工业物联网用户界面模块。期望可以为工业机器人远程监控系统的实现提供一定的参考和指导，由于系统设计与实现的复杂性和多样性，还需要进一步研究和改进，以满足不同应用场景的需求。

参考文献

［1］陆茂鑫，蒋申晨，王昭夏.基于物联网的智能绝缘涂覆机器人远程控制系统［J］.自动化技术与应用，2023（1）：126-129，137.

［2］王军强，李金奇，王豫，等.骨科手术机器人远程诊疗使骨折治疗不再受地域限制［J］.科学通报，2023（1）：14-17.

［3］毛唯物，宋延辉，陆文锋，等.基于光流匀速远程操控树障清理机器人的设计与研究［J］.数字通信世界，2022（12）：18-20.

［4］纪娜.基于Android的工业移动机器人远程控制终端软件设计［J］.自动化技术与应用，2022（11）：27-31.

（编辑 姚 鑫）

Research on industrial robot remote monitoring system based on Industrial Internet of Things

under the background of 5G

Liu  Xiangqian

（Hunan Vocational Institute of Safety Technology， Changsha 410151， China）

Abstract：  Under the background of 5G， the establishment of an efficient industrial robot remote monitoring system can greatly improve the efficiency and intelligent level of the production line， which is one of the urgent problems to be solved in the industry. Based on this， this paper studies the industrial robot remote monitoring system based on the Industrial Internet of Things under the background of 5G. This paper aims to discuss how to use 5G and industrial Internet of things technology to build an efficient， stable and intelligent remote monitoring system for industrial robots. Based on the general framework， the robot remote data acquisition module， 5G cloud data processing module and industrial Internet of Things user interface module are designed. The experimental results show that the system has high response speed， processing capacity and transmission rate， and can meet the requirements of real-time， accuracy and reliability of the industrial robot remote monitoring system.

Key words： 5G technology; industrial internet of things; industrial robot; remote monitoring; monitoring system