浅析物联网技术在工业机器人领域的应用

浙江亿雄智能科技有限公司 裘雄伟

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。本文在了解物联网技术和工业机器人的基本概念后，根据新时代下物联网技术在工业机器人行业中的应用方向，重点研究以物联网技术为核心的柔性管道巡检机器人。最终实验结果证明，整体系统设计要比传统设计性能更佳，现已逐渐取代了传感器系统设备。

物联网作为信息产业第三次革命性创新发展的最终成果，加快了信息化建设发展步伐，为新时代下行业企业创新发展提供了技术支撑。在社会经济和科学技术飞速发展中，智能手机、智能电脑、智能传感器等理论设备的开发应用，使社会环境变得更加智能化和数字化，这为新时期工业机器人的全面普及提供了有利条件。根据国家统计局收集的数据分析显示，近年来，我国工业机器人的生产规模和数量呈现直线上升趋势，工业制造题材依旧保持较高的关注度，行业增长发展趋势非常显著，因此，本文主要研究物联网技术在工业机器人领域中的应用方向和有效措施。

1 物联网技术和工业机器人的基本概念分析

1.1 物联网技术

物联网也被称作万物相连的互联网，是基于互联网延伸拓展出来的网络技术，会有机结合信息传感设备和网络平台，随时随地实现人机物的互联互通。从实践应用角度来看，物联网基本特征主要体现在以下几点：（1）整体感知。能运用智能传感器、二维码、射频识别等感知设备获取物体的所有信息；（2）可靠传输。能在有效融合无线物联网和互联网的基础上，实时准确传递物体信息，方便信息沟通交流；（3）智能处理。整合运用各类智能技术分析处理感知传送数据信息，真正实现监测管理的智能化发展目标[1]。

1.2 工业机器人

工业机器人作为应用在工业领域中的多关节或多自由度的机器装置，能依靠自身的动力能源和控制能力，真正实现工业加工制造的基本功能[2]。现如今，工业机器人主要应用在化工、物流、电子等多个领域中，具体结构设计分为以下内容：（1）机械结构系统。按照机械结构划分工业机器人主要分为两种，一种是指串联机器人；另一种是指并联机器人；（2）驱动系统。按照动力源划分，工业机器人驱动系统的传动方式分为四种：液压式、气压室、电器室和机械式；（3）感知系统。这一系统设计会将机器人内部信息从信号转变为可以理解的数据信息；（4）机器人—环境交互系统。这一系统设计能让机器人和外部环境设备有效联系和协调运行。

2 新时代下物联网技术在工业机器人行业中的应用方向分析

2.1 普适机器人

这类机器人是基于普适计算理论提出的，主要具备三种基本功能：（1）行为功能；（2）引导功能；（3）感知功能。相比传统专用机器人，普适机器人具有极强的通用性，在价格上能进入消费级区间，这代表着我国工业机器人研究已经进入全新时代。根据我国掌握的技术研究成果来看，目前，普适机器人的研究主要是提高个性化服务质量，而应用物联网需要借助软件管理、语音识别、任务执行管理等技术，以此在室内工业环境中传递数据信息，真正满足室内空间的应用需求。

2.2 网络机器人

网络机器人主要以物联网传感器为技术依据，持续提高机器人的全局感，优化工业机器人的智能系统行为和感知范围，确保其具备跟踪、导航、移动、定位等基本功能。在应用物联网技术前，工业机器人需要结合人工指令筛选物品，没有真正实现自动化控制目标，但是在应用物联网技术后，工业机器人可以通过提高机器人端自动化水平，自主完成任务指令[3]。比如说，目前科研学者提出的无人车智能机器人，就是利用物联网技术为系统运行提供技术保障。结合控制驾驶原理分析可知，将传感器安装在车体四周，大量收集车辆及周边数据信息，在经过车内处理器的对比分析后，直接上传到中央数据库中，不仅能为机器人系统运行提供数据依据，还可以为指令设计提供有效依据。与此同时，物联网技术还能更新处理数据库数据信息，确保机器人系统在遇到突发事件时，可以及时保持车与车之间的距离，尽快做出有效的应急判断处理。

2.3 智能空间机器人

在现代社会建设发展中，以异构数据和知识集成为核心的信息物理系统一直在不断创新发展，国内智能化制造水平越来越高，以云计算、大数据、互联网等高新技术为核心的研究课题越来越多，其中最具代表性的就是智能空间机器人。为了真正实现特定环境下的信息管控，将物联网技术应用到智能空间机器人研究设计中，可以得到远程控制、远程监控等多项功能，同时也可以提高工业机器人的环境识别能力，严格按照任务指令完成特定工作，比如说精准投放、物品筛选等[4]。面对越发复杂的工业机器人工作环境，科研学者提出利用射频识别技术、分布式传感器、视觉技术等，全面提高智能空间机器人的识别能力，解决传统单目摄像头的技术缺陷，提高物品搜索、物品筛选、物品传递的效率和质量。

3 案例分析

本文研究主要探讨基于物联网传感器技术的智能管道巡检机器人，其主要应用在当前建筑施工领域中，为管道布设、基坑检测、管线巡查等提供技术依据。这种系统设计有效减少了人力资源成本支出，改变了传统为特定检测功能和检测环境创造仪器设备的工作思路，能利用互联网设计理念集中传输数据信息。

3.1 智能控制系统

整体设计要符合现场全天候监管需求，真正实现自动化巡回检测目标。如果在系统运行期间出现安全故障，就需要准确判断并及时上传“故障信号”，以此提高系统功能和应用装置的可靠性，降低系统运行的安全风险。本文研究的柔性管道巡检机器人可以利用两种方式设计管内巡回路径和停泊方案，一方面是指参数设计；另一方面是指示教写入，有效结合两种方式能帮助现场工作人员轻松设计机器人路径，尽可能控制使用故障发生[5]。

系统自主巡回主要依靠机器人在管道系统中的位置分析，但因为管道系统设计比较复杂，且处在信号传输效率较低的地下空间或墙体内部等屏蔽区域，所以要利用“运动计程”和“定位点定位”相结合的方式解决难题。从实践应用角度来看，工作人员要选择适合的管道段安装“定位套环”结构，在机器人上安装相关感应器，这样在机器人到达点位区域后，会触发并上传传感信号，方便机器人准确判断自己的定位区域。而“运动计程”的定位方式是利用机器人的外部导向轮结构，根据计量导向轮和管壁之间的相对转动角度，在计算分析后明确机器人相对于管道的运行路径。结合如图1 所示的“运动计程”装置结构分析可知，工作人员要在定位轮上安装磁体，在支持壁上安装霍尔传感器，这样在定位轮转动的情况下，磁场经过霍尔传感器的数量可以直接换算成两者之间的旋转角度。

图1 “运动计程”的定位装置结构图Fig.1 Structure diagram of positioning device of "Kinetometer"

本文研究系统会利用实际结果和运行指令整合判断，根据自身传感系统收集采集结果，在两者对应理论结果不一致的情况下，可以判断自动装置出现故障。

对管道巡检机器人而言，运行指令包含前进和后退这两种形式，对应的运行结果为管道内部位置改变。由于管道内部运动路径具有唯一性，对应关系比较简单，所以工作人员可以直接利用实际结果和运行指令实现自动化判定故障，具体流程如图2 所示。

图2 故障判断的流程图Fig.2 Flowchart of fault diagnosis

结合图2 分析可知，判定系统会自动收集运动指令，查询对应表中预售的理论结果等待分析，同时借用管道内部定位系统判定实际结果。在实际结果和理论结果完全不同的情况下，可以判断装置运行出现安全故障。

3.2 柔性检测系统

在我国经济建设发展提出智能制造理念后，建筑领域管道巡检机器人基于模块化设计思路构成了柔性检测系统，能将大量专用检测设备浓缩成种类不多的通用设备。

（1）模块化硬件设计。柔性管道巡检机器人是基于人工智能的Agent 系统理论提出的，会将机器人系统中的所有模块看作独立存在的Agent，能与邻近模块或外界环境交互信息，具体设计包含了动力输出模块、供电通信模块、专用传感器模块等。

分析整体模块设计分析可知，动力输出模块和驱动轮模块拥有多种规格随意组合，可以在软件设计上适应不同负载程度和管道尺寸。供电通信模块主要是为机器人提供电力和通信渠道，目前常见的模式分为两种，一种是指无线通信；另一种是指有线通信。在单片机检测到两个电池模块时，一个电池供电而另一个电池电量不足时，要控制充电系统为电池电量不足的电池模块充电。专用传感器模块是基于管内固定要求设计的传感系统，目前包含了温湿度检测、影像检测、倾角检测等多项功能。为了保障整体模块化设计可以有效应用，要在不同模块两端设计标准节插口和标准螺纹，让机器人各模块之间实现有效对接。

（2）柔性软件架构。在明确功能实践的硬件系统后，要基于数据通信和控制通信实现自动对接[6]。在本文研究系统中，以一条通信总线为主，不管是数据通信信号还是控制信号都要以总线为主，按照问答式的系统结构实现核心控制[7]。

结合分析可知，一方面硬件电线接口要求较低，只需要提供总线接口就可以在硬件上介入总线系统；另一方面系统扩展性较强，可以在整体系统中使用统一的通信规则，并没有规定具体的模块数量和应用功能。

3.3 物联网传感系统

物联网传感器系统适合应用在数量庞大、种类繁多、实时性要求高的工业控制现场网络中，其中手机、电脑等常见终端设备都可以作为接入设备，直接运用到网络体系中。本文研究的柔性管道巡检机器人包含了三部分结构，首先是指机器人及地面基站；其次是指传输网络节点；最后是指网关节点。由于机器人的安装位置比较随意，工程数量较为庞大的施工现场不适合大规模布线，所以工作人员提出利用工业无线通信网络实现有效通信，这为距离相对较近的工业机器人现场管理提供了便利条件。

4 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。

引用

[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.

[3] 李克龙,高宗辉,秦金.物联网技术在工业自动化中的应用研究[J].现代工业经济和信息化,2021(7):100-101.

[4] 杨芳华.漫谈工业自动化领域物联网技术的实际应用[J].工程技术研究,2021,3(11):150-152.

[5] 王家.智能化控制系统在散粮装火车中的应用[J].现代食品,2022(16):14-18+24.

[6] 张湘涛,黄杰波,陈泽翰.物联网技术在工业自动化中的应用[J].数字技术与应用,2022,40(9):120-122.

[7] 崔嘉伟.物联网技术下多机器人综合管理系统设计[J].信息记录材料,2021,22(8):205-207.