工業(yè)機(jī)器人技術(shù)不斷進(jìn)步與完善，促進(jìn)了社會(huì)大發(fā)展

工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化技術(shù)的集大成者，被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠上的明珠”。它綜合機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、傳感器、自動(dòng)控制、人工智能等領(lǐng)域的成果，正在越來(lái)越多的取代操作工人完成單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間工作。在傳統(tǒng)制造領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人經(jīng)過(guò)誕生、成長(zhǎng)、成熟期以后，已經(jīng)成為不可缺少的核心自動(dòng)化裝備。工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車產(chǎn)業(yè)之后迅速崛起的產(chǎn)業(yè)，在科技日新月異的21世紀(jì)，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在這片“溫床”上得到了茁壯成長(zhǎng)。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)不斷進(jìn)步與完善，提高了社會(huì)生產(chǎn)力，促進(jìn)了社會(huì)大發(fā)展。

利用互聯(lián)網(wǎng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)異地狀態(tài)監(jiān)測(cè)，是遠(yuǎn)程故障診斷與維護(hù)的前提，有利于提高維護(hù)反應(yīng)速度和超前處理能力，降低故障發(fā)生率，對(duì)保障工業(yè)機(jī)器人的高效運(yùn)行具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在工業(yè)界，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)在國(guó)外工業(yè)機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)中得到越來(lái)越多的運(yùn)用。瑞典ABB公司開(kāi)發(fā)了“遠(yuǎn)程服務(wù)”（Remote Service）平臺(tái)，其核心裝置為一個(gè)帶有通信單元的硬件服務(wù)箱，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析處理、預(yù)判故障問(wèn)題等功能，能有效的降低工業(yè)機(jī)器人使用和售后成本。

日本發(fā)那科公司（FANUC）也提出了自己的遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)方案，與ABB的方案不同，發(fā)那科工業(yè)機(jī)器人本身都支持遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程診斷維護(hù)操作，不需要外加類似服務(wù)箱的設(shè)備，發(fā)那科的遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程溝通、故障分析，并能及時(shí)通知現(xiàn)場(chǎng)操作人員和發(fā)那科的服務(wù)工程師進(jìn)行故障維修。

在學(xué)術(shù)界，美國(guó)辛辛那提大學(xué)大學(xué)Jay Lee等人將遠(yuǎn)程預(yù)測(cè)分析用于NISSAN公司工業(yè)機(jī)器人的健康管理，通過(guò)扭矩和溫度信號(hào)成功預(yù)測(cè)工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂的早期故障特征[4]。西澳大利亞大學(xué)Ken Taylor對(duì)一臺(tái)具有六個(gè)自由度的ABB工業(yè)機(jī)器人在與Internet連接的情況下進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，能夠成功的進(jìn)行抓取和搬運(yùn)物體來(lái)搭建復(fù)雜的模型。Carter 等人對(duì)發(fā)那科公司（FANUC）工業(yè)機(jī)器人R-J3IB的控制器無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究，并在密西西比州日產(chǎn)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)成功的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了用于工業(yè)機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控的原型網(wǎng)絡(luò)。

Bjerkeng等人基于加權(quán)偽逆冗余解決方法，對(duì)帶有主動(dòng)攝像頭控制的工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行研究，提出了一種系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控解決方案，并在庫(kù)卡KR-16機(jī)械臂上得到成功的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[7]。Sallinen等人提出了基于Web用戶界面的工業(yè)機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)的框架，這對(duì)工業(yè)機(jī)器人實(shí)施安全監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)起到關(guān)鍵性的作用。

Leutert等人開(kāi)發(fā)出一種用于遠(yuǎn)程監(jiān)控工業(yè)機(jī)器人的遠(yuǎn)程信息控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許快速分析工業(yè)機(jī)器人當(dāng)前的工作周期和數(shù)據(jù)處理，并使數(shù)據(jù)得到更好的直觀表示。Suzuki等人提出了利用觸覺(jué)信息的觸覺(jué)界面對(duì)工業(yè)機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控進(jìn)行評(píng)估，并完成工業(yè)機(jī)器人的震動(dòng)觸覺(jué)信息的實(shí)驗(yàn)。在我國(guó)，東南大學(xué)陳勇提出基于Ethernet網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控方法，通過(guò)信息融合技術(shù)處理多傳感器信號(hào)，并在南汽集團(tuán)汽車生產(chǎn)線工業(yè)機(jī)器人上得到應(yīng)用。哈爾濱工業(yè)大學(xué)李長(zhǎng)峰提出了基于TCP/IP協(xié)議的并聯(lián)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，解決了慣性核約束聚變裝置中并聯(lián)機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制。

復(fù)旦大學(xué)陸璐采用網(wǎng)絡(luò)三層模型結(jié)構(gòu)，提出了一種基于www的遠(yuǎn)程監(jiān)控工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的方案，該方案通過(guò)Internet/Intranet進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，并能與其它自動(dòng)化系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的全局管理。

大連理工大學(xué)劉磊對(duì)瑞典ABB公司和日本發(fā)那科公司開(kāi)發(fā)的遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行研究，通過(guò)分析它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)后，提出了具有兩者優(yōu)點(diǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，并成功的應(yīng)用于新松SR6C型工業(yè)機(jī)器人。廣州數(shù)控設(shè)備有限公司張愛(ài)民等人針對(duì)Socket組建以及多線程技術(shù)的發(fā)展，提出了基于TCP/IP 協(xié)議的工業(yè)機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，通過(guò)該系統(tǒng)可以隨時(shí)隨地查看或修改現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)機(jī)器人的位置、運(yùn)行狀態(tài)等相關(guān)參數(shù)信息。

中南大學(xué)周理在研究傳統(tǒng)的基于web的工業(yè)機(jī)器人監(jiān)控方案的基礎(chǔ)之上，提出了基于CORBA和JSP/JavaBean技術(shù)的機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方案，實(shí)現(xiàn)了Web技術(shù)與CORBA技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用[16]。江蘇大學(xué)徐前對(duì)嵌入式系統(tǒng)上集成Web服務(wù)器和工業(yè)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)控制平臺(tái)進(jìn)行了研究，操作人員可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

杭州電子科技大學(xué)梅旭紅等人提出了用于遠(yuǎn)程監(jiān)控工業(yè)機(jī)器人的C/S（客戶端和服務(wù)器）模式。中南大學(xué)尹紅麗提出了一種基于互聯(lián)網(wǎng)和傳感器驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)，從而保證控制信息的無(wú)失真和減少本地模擬虛擬工業(yè)機(jī)器人和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)工業(yè)機(jī)器人之間的動(dòng)作時(shí)間差，將遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制友好的結(jié)合在一起。

就目前來(lái)看，工業(yè)機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控主要借助于基于互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，Internet通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，工業(yè)機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)有著雄厚的理論基礎(chǔ)與良好的技術(shù)支撐。但是，在實(shí)際生活中，遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷中的機(jī)密數(shù)據(jù)可能存在泄漏、篡改或者丟失的安全隱患，加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷中的數(shù)據(jù)安全研究勢(shì)在必行。

對(duì)工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行采集、處理與融合是實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷的基礎(chǔ)。工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集后，從多傳感器獲取的信號(hào)不能直接用來(lái)評(píng)估、診斷和預(yù)測(cè)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)，因?yàn)槎鄠鞲衅餍盘?hào)的數(shù)據(jù)量很大，信息之間可能存在冗余和矛盾，很難直接進(jìn)行分析和應(yīng)用，必須對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理、變換和融合，提取能較準(zhǔn)確反映工業(yè)機(jī)器人狀態(tài)的信號(hào)特征值，通過(guò)建立這些信號(hào)特征值與性能、壽命和故障之間的映射關(guān)系，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人具體狀態(tài)的可靠識(shí)別。在信號(hào)采集方面，David Alejandro等人提出了一種利用加速度器和陀螺儀兩種傳感器完成工業(yè)機(jī)器人振動(dòng)現(xiàn)象的信號(hào)采集的新方法。

中國(guó)科技大學(xué)張興悟等人采用以數(shù)字信號(hào)處理(DSP)為核心的信號(hào)采集與信息處理技術(shù)，并結(jié)合現(xiàn)代智能傳感器技術(shù)的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)了具有廣泛適應(yīng)性的工業(yè)機(jī)器人智能信號(hào)采集處理模塊。浙江大學(xué)胡旭東討論了基于網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)機(jī)器人遠(yuǎn)程信號(hào)采集案例。在信號(hào)處理方面，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所陳細(xì)軍等人提出了一種采用多DSP控制和處理各類非視覺(jué)傳感器的方法，給出了傳感器信號(hào)處理的原理和具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。華中理工大學(xué)王軍等人介紹了一種高精度多功能型的工業(yè)機(jī)器人六維腕力傳感器及其信號(hào)處理系統(tǒng)，對(duì)機(jī)械手腕部的力/力矩信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室馬玉龍等人討論了基于加速度信號(hào)增強(qiáng)的無(wú)色卡爾曼濾波方法在機(jī)器人中的應(yīng)用。

淮陰師范學(xué)院俞阿龍將多重小波變換應(yīng)用到工業(yè)機(jī)器人腕力傳感器信號(hào)去噪中，采用浮動(dòng)閥值法消除噪聲，小波變換方法可更有效地處理信號(hào)，具有傳統(tǒng)方法不可比擬的性。同濟(jì)大學(xué)CIMS研究中心付宜利等人提出了一種基于數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)的信號(hào)處理系統(tǒng)，適合于實(shí)時(shí)信號(hào)處理。

中南民族大學(xué)程立等人在分析芯片信號(hào)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種信號(hào)譯碼方法，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的算法，并在具體的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中得到了實(shí)現(xiàn)。在信號(hào)融合方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)多傳感器信號(hào)融合技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，目前在多傳感器信號(hào)融合領(lǐng)域具有代表性的方法有加權(quán)平均、貝葉斯估計(jì)、卡爾曼濾波、S-D推理，模糊邏輯和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法。

PatrikAxelsson等人開(kāi)發(fā)了一種用于柔性工業(yè)機(jī)器人狀態(tài)估計(jì)的傳感器信號(hào)融合方法。浙江大學(xué)管天云提出了基于模糊積分理論的多傳感器信號(hào)智能融合系統(tǒng)，并成功的運(yùn)用于工業(yè)機(jī)器人的非視覺(jué)傳感器信號(hào)的融合。

由上述文獻(xiàn)可知，工業(yè)機(jī)器人信號(hào)采集、處理及融合的方法逐漸從傳統(tǒng)的單一的傳感器向數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)以及更加智能化的方向發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)于這方面的研究正處于積思索與探索階段。