工业机器人是智能制造的核心装备，随着物联网技术的发展，工业机器人正在从孤立的自动化设备，转变为智能制造系统中的智能节点。机器人状态监测终端、机器人协作控制器、工业物联网平台等产品的出现，让机器人与生产系统的融合越来越深入。工业机器人与物联网的深度融合，正在打造全新的智能制造新生态。本文从产品设计的角度，分析相关技术和产品的发展趋势。

工业机器人与物联网深度融合！数字化智能化如何打造智能制造新生态

工业机器人是现代制造业的基石，也是智能制造最重要的核心装备。经过几十年的发展，工业机器人技术已经非常成熟，在汽车、电子、机械等众多行业得到了广泛应用。但过去的工业机器人大多是独立工作的自动化孤岛，和生产系统中的其他设备之间缺乏有效的连接和数据交互。随着物联网技术的快速发展和工业4.0的深入推进，工业机器人正在经历一场深刻的数字化和智能化变革。通过与物联网技术的深度融合，工业机器人正在从孤立的自动化设备，转变为智能制造系统中的智能节点，连接和协同正在成为行业发展的新趋势。

机器人状态监测终端是物联网与工业机器人结合的典型产品。过去对于工业机器人的维护保养，大多采用定期检修的方式，不管有没有问题，到了时间就停机保养。这种方式不仅效率低，成本高，而且无法预测和避免突发故障。机器人一旦在生产过程中突然发生故障，可能会导致整条生产线停产，造成巨大的经济损失。机器人状态监测终端通过在机器人的关键部位安装各种传感器，实时采集机器人的运行状态数据，包括电机温度、振动幅度、电流电压、关节角度等等，然后把这些数据传输到云端平台，通过人工智能算法进行分析，就能够提前发现机器人的潜在故障，预测剩余使用寿命，实现预测性维护。

从产品设计的角度来看，机器人状态监测终端是典型的工业物联网边缘计算节点。它的工作环境非常恶劣，工厂车间里充满油污、粉尘、电磁干扰，温度变化范围大，还有各种震动。所以产品必须具备非常高的可靠性和防护等级，通常要求达到IP65以上的防护等级，能够在各种恶劣的工业环境下稳定工作。体积也要尽可能小巧，方便安装在机器人的机械臂上，不能影响机器人的正常运动。终端需要集成多种类型的传感器接口，能够同时采集温度、振动、电流等多种数据。同时还要具备一定的边缘计算能力，能够在本地对采集到的数据进行预处理，减少需要上传到云端的数据量，降低带宽压力。

无线通信技术的选择也是机器人状态监测终端设计的关键。机器人的机械臂在不断运动，布线非常不方便，所以监测终端大多采用无线通信方式。工业现场的电磁环境非常复杂，普通的WiFi或者蓝牙很容易受到干扰，所以很多产品采用了专门的工业无线通信技术，抗干扰能力更强，传输更可靠。现在5G技术在工业领域的应用越来越广泛，大带宽、低延迟、高可靠的5G网络，非常适合机器人状态监测这样的应用场景，越来越多的新产品开始集成5G通信模块。

机器人协作控制器是另一个重要的产品创新。传统的工业机器人工作的时候需要用安全围栏围起来，人和机器人不能在同一个空间工作，因为机器人很容易伤到附近的人。这大大限制了机器人的应用场景。随着协作机器人技术的发展，现在的机器人已经可以和人在同一个空间安全地协同工作了。协作控制器就是实现这一功能的核心部件，它能够实时感知周围的人和物，一旦检测到机器人和人或者障碍物发生碰撞，就会立即停止运动，保证安全。更先进的协作控制器还能够实现力反馈控制，让机器人像人一样拥有触觉，能够完成很多精密的装配工作。

协作控制器的设计对实时性和安全性要求极高。碰撞检测的响应时间必须非常短，稍有延迟就可能造成伤害。所以协作控制器的控制回路周期通常都在毫秒级别，对硬件的计算能力要求很高。安全功能更是整个控制器的重中之重，所有和安全相关的功能都要达到功能安全标准的最高等级，任何单一硬件或者软件的故障都不能导致安全功能失效。这就要求控制器采用非常严谨的设计，很多关键的电路都采用冗余设计，软件架构也采用专门的安全操作系统，确保万无一失。

工业物联网平台则是整个系统的大脑，所有机器人的状态数据最终都会汇总到平台上。平台能够对所有机器人的运行数据进行集中的存储、管理和分析，给用户提供统一的可视化界面，管理人员在办公室就能看到全厂所有机器人的运行状态。平台内置的人工智能算法，能够对数据进行深度分析，发现设备的异常状态，提前预警潜在的故障，给出维护建议。同时平台还能够对机器人的运行数据进行统计分析，找出生产过程中的瓶颈，优化生产流程，提高生产效率。

除了设备管理功能，工业物联网平台更大的价值在于能够打破信息孤岛，实现不同设备之间的数据共享和协同。过去工厂里的机器人、机床、AGV小车、传送带都是各自独立的系统，相互之间没有数据交互。通过工业物联网平台，可以把所有这些设备都连接起来，让它们能够相互通信，协同工作。比如机器人完成一道工序之后，可以自动通知AGV小车过来把工件运走；AGV把工件运到机床旁边之后，自动通知机床开始加工。整个生产过程实现完全自动化的衔接和调度，生产效率能够得到极大的提升。

工业软件的重要性正在越来越凸显。过去人们关注更多的是机器人本体这些硬件产品，现在大家逐渐意识到，软件才是智能制造的灵魂。同样的硬件，配上不同的软件，发挥出的价值天差地别。机器人离线编程软件、生产调度软件、数字孪生软件、设备管理软件，各种各样的工业软件，正在成为智能制造投资的重点。硬件的价值占比在不断下降，软件和服务的价值占比在持续上升。这也给产品设计带来了新的挑战，现在设计一款工业产品，不能只考虑硬件本身，还要考虑对应的软件系统和用户体验，软硬件一体化设计成为必然的趋势。

人机交互方式也在发生深刻的变化。过去操作工业机器人需要专业的技术人员，使用专门的示教器，编写复杂的机器人程序，门槛非常高。现在随着技术的进步，机器人的操作方式正在变得越来越简单。图形化编程界面，拖拽式的操作，不需要写代码就能完成机器人的编程。甚至可以用语音来控制机器人，或者用手势和VR技术来示教机器人。交互方式的简化，大大降低了机器人的使用门槛，让更多的中小企业也能用得起工业机器人。这对于机器人的普及，以及智能制造的深入发展，都有非常重要的意义。

安全问题是工业机器人与物联网融合过程中必须高度重视的问题。过去的工业机器人不联网，所以几乎没有网络安全的问题。现在机器人都连接到了网络上，网络攻击的风险也随之而来。如果黑客入侵了工业机器人系统，篡改了机器人的运行程序，后果不堪设想。所以在产品设计的时候，必须把网络安全放在非常重要的位置。设备身份认证、数据加密传输、访问权限控制、入侵检测，各种各样的安全技术都要应用到产品中，构建纵深的安全防御体系，确保系统的安全可靠。

工业机器人与物联网的融合，正在从根本上改变制造业的生产方式。从自动化到数字化，再到智能化，每一步都在极大地提升生产效率，降低生产成本，提高产品质量。中国是世界第一制造大国，也是世界最大的工业机器人市场，这一轮技术变革给我们带来了难得的弯道超车的机遇。过去中国制造业在高端设备和工业软件方面和发达国家有不小的差距，现在新的技术革命面前，大家站在同一起跑线上。只要我们抓住机遇，加大研发投入，就有可能在这一轮变革中实现超越，从制造大国迈向制造强国。