本論文的焦點(diǎn)是在遠(yuǎn)程通信方面和機(jī)器人工作站的形象化，或者是借助連到機(jī)器人工作站的PC機(jī)，或者是經(jīng)由因特網(wǎng)上的Web瀏覽器。所具有的在線能力、機(jī)器人工作站臺(tái)的直觀顯示與對(duì)其控制一起，特別是通過(guò)因特網(wǎng) (Internet)對(duì)其控制，有著很大的優(yōu)點(diǎn)。這使得工業(yè)設(shè)備(編入機(jī)器人工作站)的管理者能監(jiān)督、控制和在線直接觀察諸機(jī)器人單元的狀態(tài)及當(dāng)前的動(dòng)作，管理者不需附加設(shè)備只憑借PC機(jī)和Internet連接，由他的辦公室就可方便地做到這一點(diǎn)。
對(duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)，利用一臺(tái)ABB公司IRB 2400型工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行于工作站中，與裝配部分、物料搬運(yùn)部分和生產(chǎn)設(shè)備部分結(jié)合在一起。這整個(gè)的工作站是通過(guò)PC機(jī)上的線框圖來(lái)仿真的。該P(yáng)C機(jī)經(jīng)由與機(jī)器人兼容的快速串行鏈接(RSL)被連接到機(jī)器人控制器。這個(gè)鏈接允許PC機(jī)控制在線的機(jī)器人和工作站。VB（Visual BASIC)程序的仿真部分被轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)頁(yè)面上的Java語(yǔ)言applet程序。這個(gè)applet程序上網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通信，然后與運(yùn)行仿真軟件包的PC機(jī)通信。這樣就經(jīng)由Internet網(wǎng)建立了控制。在專家系統(tǒng)中已為具體的工作站設(shè)備建立和利用一些原則，以允許工作站去完成一系列確定了的制造動(dòng)作。該專家系統(tǒng)按照Internet網(wǎng)上允許的用戶附加數(shù)值到工作站的控制程序，去完成工作站中的一定動(dòng)作，不需要任何的機(jī)器人詳細(xì)編程語(yǔ)言(DPL)或者專門的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言(CPL)方面的知識(shí)。
設(shè)計(jì)階段
該設(shè)計(jì)的第一階段是IRB 2400型機(jī)器人的軟件仿真開發(fā)，包括經(jīng)由快速串行鏈接(RSL)的來(lái)自PC機(jī)的對(duì)于機(jī)器人的在線控制。設(shè)計(jì)的第二階段將第一階段與仿真中的生產(chǎn)設(shè)備、物料搬運(yùn)和裝配集成起來(lái)，并給出一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的工作站設(shè)備與仿真中的專家系統(tǒng)集成。設(shè)計(jì)的第三階段是經(jīng)由Internet網(wǎng)控制，合并網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和Java語(yǔ)言applet軟件。不同設(shè)計(jì)階段的布置如圖1所示。
圖1 各設(shè)計(jì)階段和組成
軟件開發(fā)
在第一階段，編程語(yǔ)言VB用來(lái)支持快速編程開發(fā)（RPD），它與連接機(jī)器人和PC機(jī)的快速串行鏈接（RSL）相兼容。仿真軟件的主頁(yè)如圖2所示。
圖2 仿真軟件的主頁(yè)
實(shí)際的機(jī)器人工作站如圖3所示。
圖3 實(shí)際的機(jī)器人工作站
機(jī)器人的運(yùn)行程序使用了與C語(yǔ)言非常相似的快速編程語(yǔ)言(RPL)。
在PC機(jī)上建立的表示機(jī)器人的三維線框圖包含它的所有運(yùn)動(dòng)范圍。用該鏈接，機(jī)器人能被在線控制。仿真中包含如下功能:
·自動(dòng)程序的生成
·隱含線的移動(dòng)
·從任一位置觀察
·防碰撞系統(tǒng)
·全逆運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換
·容易附加任何別的被仿真設(shè)備到該環(huán)境中
·在仿真中移動(dòng)被仿真的各部分能力
·接收來(lái)自機(jī)器人的出錯(cuò)信息
·讀出機(jī)器人的位置和狀態(tài)
使用幾何方法得到逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解。
在系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，主要目標(biāo)之一是使PC機(jī)的控制能力達(dá)到最大，PC機(jī)能以快速而有效的途徑，以盡可能少的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與機(jī)器人控制器通信。
為了由PC機(jī)控制機(jī)器人的位置，研究了兩種可能的方法。第一種方法涉及在PC機(jī)上生成完整的快速程序，然后這些程序下載到機(jī)器人控制器去執(zhí)行。因此，為機(jī)器人每個(gè)動(dòng)作所用的程序都會(huì)生成并下載去執(zhí)行。這種方法已完成并被測(cè)試。對(duì)機(jī)器人在線位置控制，結(jié)果不是很有利的，因?yàn)樵谛碌奈恢妹罱o出和機(jī)器人開始運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之間，該方法產(chǎn)生1.5秒到2.5秒的延遲。因此，為了達(dá)到上述目標(biāo)，必須發(fā)現(xiàn)更有效和更快速的方法。
第二種方法涉及由PC機(jī)修改在機(jī)器人控制器上運(yùn)行的存在于RPL語(yǔ)言中的某些持續(xù)變量。在含有這些變量的程序于機(jī)器人控制器上運(yùn)行時(shí)，RPLBAO保證能修改這些持續(xù)變量。
因此，對(duì)于其中僅含一條機(jī)器人位置指令的RPL，該位置變量被定義為是不變的并被反復(fù)執(zhí)行，機(jī)器人可以由PC機(jī)改變這個(gè)持續(xù)變量來(lái)被定位。當(dāng)執(zhí)行這種控制方法時(shí)，所產(chǎn)生的機(jī)器人響應(yīng)時(shí)間為0.3秒，這比之第一種方法是快得多了。
軟件/硬件集成
第二階段中，機(jī)器人工作站的組成部分——即生產(chǎn)設(shè)備、物料搬運(yùn)和裝配——被建立并實(shí)際構(gòu)成。結(jié)合進(jìn)這些設(shè)備的各種傳感器提供準(zhǔn)確的信息以及工作站的狀態(tài)。傳感器輸入到并進(jìn)入PC機(jī)上的專家系統(tǒng)，以智能地確定為完成確定任務(wù)的工作站中機(jī)器人的動(dòng)作。將用于該設(shè)備的實(shí)際零件和目標(biāo)提供給專家系統(tǒng)以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人。在這個(gè)設(shè)備中，為了從中選擇而將各種編制的機(jī)器人路徑和動(dòng)作提供給專家系統(tǒng)。對(duì)于專家系統(tǒng)，具體的設(shè)備目標(biāo)是從四個(gè)給定的未加工零件中產(chǎn)生兩個(gè)被正確加工和裝配的零件。專家系統(tǒng)的原則基礎(chǔ)構(gòu)成有些涉及機(jī)器人工作站中諸傳感器和條件的任何可能的組合。因此，該專家系統(tǒng)能在任何情況下被啟動(dòng)，并在任何配置下用機(jī)器人工作站朝著其目標(biāo)開始工作。上述能力對(duì)工作站的智能作出極大貢獻(xiàn)，尤其是在由Internet網(wǎng)控制時(shí)。專家系統(tǒng)軟件編制從B.Sawyer的書《用Pascal語(yǔ)言編制專家系統(tǒng)》中可獲得。由于這個(gè)軟件最初是用Pascal語(yǔ)言寫的，所以提出了用VB語(yǔ)言的集成課題。然而，用Pascal語(yǔ)言為開發(fā)Windows應(yīng)用的面向目標(biāo)的圖形工具集
Delphi已被用于建立專家系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DDL)會(huì)并入VB語(yǔ)言仿真軟件。
遠(yuǎn)程（Internet網(wǎng)）控制
第三階段通過(guò)Internet網(wǎng)集成并控制機(jī)器人工作站。圖4表示出機(jī)器人工作站/Internet網(wǎng)通信的概略布局。
圖4 機(jī)器人工作站//Internet網(wǎng)通信概略布局
Internet網(wǎng)頁(yè)瀏覽器與網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器以通常的方式進(jìn)行通信。運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)頁(yè)面的Java語(yǔ)言之a(chǎn)pplet程序作為對(duì)機(jī)器人工作站的用戶接口。該applet與Java服務(wù)器通信，Java服務(wù)器運(yùn)行在與長(zhǎng)崎網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器一樣的PC機(jī)上。
通過(guò)微軟(Microsoft)公司的共享文件對(duì)Diesel公司的PC機(jī)進(jìn)行通信，對(duì)長(zhǎng)琦的PC機(jī)Java服務(wù)器使用兩個(gè)為Diesel PC機(jī)共享的文件。
一個(gè)文件用來(lái)連續(xù)監(jiān)控指示來(lái)自Diesel PC機(jī)響應(yīng)的變化；而另一個(gè)文件用于寫入來(lái)自用戶的響應(yīng)。在Diesel PC機(jī)方面，兩個(gè)文件對(duì)仿真程序是以相反的方式被處理，該仿真程序與包含所有控制和仿真軟件的機(jī)器人控制器通信。上述解決方法的被采用，是因?yàn)樯婕斑B接的PC機(jī)，RSL截?cái)嗔巳魏慰刂埔?guī)約(TCP)和用戶圖解規(guī)約(UDP)的傳輸。這就使得采用單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器成為必須。然而，RSL仍然允許PC機(jī)與網(wǎng)絡(luò)上的其他PC機(jī)共享文件。這種方法用來(lái)開發(fā)系統(tǒng)并利用Diesel PC機(jī)上兩個(gè)共享文件與長(zhǎng)崎的PC機(jī)通信。如果RSL不與各種網(wǎng)絡(luò)連接接口，則Java服務(wù)器能被集成到用VB語(yǔ)言寫的仿真軟件中。這也允許網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器運(yùn)行在同樣的PC機(jī)上(Diesel公司)，而不管附加的PC機(jī)(長(zhǎng)崎的)之需要。
VB語(yǔ)言仿真軟件中表示線框圖的同樣方法被用在Java語(yǔ)言applet程序中。因此，VB仿真的具體零件轉(zhuǎn)移到Java，在Internet網(wǎng)顯示同樣的線框圖。按照由網(wǎng)絡(luò)瀏覽器所觀察到的Java applet見圖5所示。
所開發(fā)的applet程序僅作為Internet網(wǎng)用戶的一個(gè)接口；不過(guò)用let程序來(lái)完成純粹的/必需程序來(lái)進(jìn)行的——applet程序僅僅作為一個(gè)接口,在發(fā)送用戶請(qǐng)求和命令到VB仿真程序時(shí)，用于接收仿真程序和最新信息。下列命令/動(dòng)作能被Internet網(wǎng)用戶完成:
·機(jī)器人的直接控制
·通過(guò)預(yù)先編程的路徑控制機(jī)器人
·專家系統(tǒng)的運(yùn)行
·操縱零件
·評(píng)價(jià)和結(jié)論
為了按照預(yù)測(cè)來(lái)檢驗(yàn)系統(tǒng)的執(zhí)行情況，進(jìn)行了兩種類型的測(cè)試。第一種測(cè)試涉及在連到機(jī)器人控制器的PC機(jī)上的仿真軟件包之評(píng)價(jià)，被認(rèn)為是局部測(cè)試。第二種測(cè)試是通過(guò)Internet網(wǎng)由Java applet 來(lái)完成的，被稱之為Internet網(wǎng)測(cè)試。局部測(cè)試在與實(shí)際機(jī)器人工作站有直觀接觸時(shí)完成。測(cè)試中所包含的所有任務(wù)都已完成。所完成的Internet 網(wǎng)測(cè)試與實(shí)際的機(jī)器人工作站沒(méi)有直觀接觸。該測(cè)試表明對(duì)實(shí)際機(jī)器人工作站提供足夠信息的三維仿真，允許用戶成功地表演并完成所有的任務(wù)。在兩種測(cè)試中，該專家系統(tǒng)都成功地完成了生產(chǎn)加工和裝配各種零件的任務(wù)。
結(jié)論
最后，遠(yuǎn)程的在線三維接口成功地使得遠(yuǎn)程用戶能與機(jī)器人工作站相互作用，在線接收各種機(jī)器人和零件位置與狀態(tài)的反饋。成功地達(dá)到無(wú)直觀接觸。為了在接收來(lái)自用戶的單條命令或指令時(shí)完成詳細(xì)的操作，機(jī)器人工作站裝備了專家系統(tǒng)。為了克服機(jī)器人工作站中出現(xiàn)的不確定性，也實(shí)行有限的推理。本文中提出的具體實(shí)驗(yàn)設(shè)備是作為更一般概念的一個(gè)典型例子。由于附加了更多的人造部件(專家系統(tǒng)除外)，一般概念的系統(tǒng)會(huì)更高級(jí)。
例如，這包括使用機(jī)器人控制器中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯進(jìn)行自動(dòng)路徑生成以及自動(dòng)的零件裝配。為了提高對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的輸入水平，非常高級(jí)的傳感器目前也可得到，允許人工智能部件去提供更理智和更先進(jìn)的建議與結(jié)果。
這些結(jié)論可視為未來(lái)自動(dòng)工廠遠(yuǎn)程和集中控制的基礎(chǔ)，可從任何地方用PC機(jī)和Internet網(wǎng)連接去實(shí)現(xiàn)控制和監(jiān)控。
