发表于 1648119228000
机器人边缘计算应用
1. 项目背景
中科院沈阳自动化研究所联合杭州电子科技大学、北京机械工业自动化研究所、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所以及浙江钱江机器人等技术团队，通过将 IEC61499 标准、边缘计算技术与传统PLC结合，研发了支持边缘计算的分布式机器人控制器产品，使国内企业与国外优势企业在新的共同起跑线上竞争。
2. 技术特点
机器人控制器的边缘应用，不仅要求控制器提供机器人的实时控制，包括实时高速总线通信、实时模型解算、实时轨迹规划和控制、实时力感知和控制，而且还要具备机器人数据采集、调度、智能计算和网络互联等功能，提供边缘计算服务。
支持边缘计算的机器人控制器，一方面多核处理器处理能力强大、资源丰富，其上部署的实时操作系统和容器服务能将边缘机器人的控制任务和边缘计算任务配置到不同容器中实施；二是具有工业实时以太网接口，不仅为运动控制的多轴伺服驱动器提供了高精度同步的支撑，而且实现了视觉传感器、变频驱动器、安全控制回路等部件的全部网络连接。
技术团队开发了基于 IEC61499 标准的多机器人协同控制功能块库。边缘计算机器人控制技术方案如图25。
边缘机器人功能块库，设计为运动控制系统的应用层，为用户提供机器人的包括直线运动、圆弧运动等在内的基本运动控制功能与包括与、或、非运算在内的基本逻辑控制功能，包括满足IEC61499 标准的基本功能块BFB、复合功能块CFB及服务接口功能块SFB等。机器人运动控制功能块封装了包括基本运动、逻辑运算、数值运算、事件处理、数据类型转换等在内的基本功能。
多机器人的分布式协同控制，在网络传输上使用EtherCAT作为工业实时以太网，时间同步通过TSN保证。IEC61499 是基于事件的功能块在分布式控制系统中的标准，它更适合分布式工业控制的场景。因此，使用 IEC61499 的功能块的分布式部署来完成机器人之间的任务同步；分布式部署协议栈遵循 IEC61499 标准，通过定义的软件模型来表示系统中的控制器设备及其连接，通过将应用程序拆分为多个设备，就可以将应用程序中的功能块映射到不同的机器人控制器中，以实现分布式部署。
项目结论
本项目采用 IEC61499 标准的运行时环境，使开发与具体执行分离，同时使软件与异构硬件进行解耦，减少了多机器人控制系统的开发复杂度，同时也降低了系统的维护成本。
使用基于 IEC61499 的模型语言对机器人对象进行描述，实现控制、机理与可视化等多种模型间的统一管理与自动转换，能够通过所见即所得的方式快速搭建机器人模型。
使用 IEC61499 标准图形化的开发方式进行多机器人协同控制系统的开发，得益于图形化的天然优势，便于开发人员交流、维护，为系统的构建节省了大量的时间、资金及人力成本。不仅能够解决当机器人应用程序复杂度高、代码量巨大时，控制系统扩展性和维护性差的问题，还能够提高系统的适用性、扩展性、易用性和可重构性。
使用 IEC61499 标准图形化的开发方式进行多机器人协同控制系统的开发，得益于图形化的天然优势，便于开发人员交流、维护，为系统的构建节省了大量的时间、资金及人力成本。不仅能够解决当机器人应用程序复杂度高、代码量巨大时，控制系统扩展性和维护性差的问题，还能够提高系统的适用性、扩展性、易用性和可重构性。