基于5G专网的工业机械手臂的控制方法与系统技术方案

本发明专利技术揭示了一种基于5G专网的工业机械手臂的控制方法与系统，包括用于提供5G通信环境的5G专网系统；用于下发生产指令和接收脱敏后状态反馈数据的云端控制监控服务器；用于将生产指令翻译为工业机械手臂可识别的控制指令和对状态反馈数据进行清洗的边缘计算网关；用于根据控制指令执行生产计划的工业机械手臂。本发明专利技术将第五代移动通信技术应用于工业生产环境中，搭建了5G专网系统并针对工业应用进行了状态复核比对、产品加工数据拆分存储、状态反馈数据清洗等优化，具有可靠、吞吐量大、通信时延低、保密性好的优点。保密性好的优点。保密性好的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于5G专网的工业机械手臂的控制方法与系统


[0001]本专利技术涉及5G通信及工业自动化控制
，具体涉及一种基于5G专网的工业机械手臂的控制方法与系统。

技术介绍

[0002]随着社会和工业技术的不断发展，尤其是在当今工业4.0的变革浪潮中，传统的制造业正在向智慧化、自动化方面加速转变，以适应客户对产品的高品质、快速交付、信息溯源的需求。与此同时，人力成本不断上升，招工难是劳动密集型企业面临的一个现实问题；此外，在一些特殊的工业生产环节，特别是脏、累、差的工作环境下，年轻一代人一般都不愿从事该领域工作。因此，在新建智慧工厂建设和现有工厂自动化升级转变的过程中，需要用到大量的机械手臂，来代替人员的重复性操作。
[0003]在实际应用中，除了能对机械手臂提供固化的程序指令外，往往还需要依据实际应用场景，为机械手臂提供实时地、动态的指令控制。为了能够精准掌控机械手臂的所有操作过程的数据（如工作温度、工作电压、工作电流等关键性物理及电气参数），需要针对性的部署传感器。并且，机械手臂传感器反馈的数据，以及工业摄像头等图像识别装置反馈的数据，必须要及时、准确的传输到位，因此就需要机械手臂部署的通信网络具有高吞吐量、低时延的特点。
[0004]然而，当前，一些工厂的机械手臂一般都是采用固定位置来部署，再通过有线网络，如工业以太网，光纤，工业控制总线等，或者通过无线网络，如工厂内的Wi
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Fi、4G移动网络，实现对机械手臂的指令控制和数据采集。但是，采用有线网络部署机械手臂，需要大量的通信线路的施工架设和硬件成本投入，倘若日后需要重新规划产线布局，会牵连到物理通信线路的重新架设的问题，移动部署过程非常不便。而采用Wi
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Fi，4G等无线网络覆盖的方式，同样，也是存在一些不足之处，如Wi
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Fi在工厂复杂环境下容易受到同频干扰造成通信不稳定；4G的通信速率不高和通信时延大不能满足工业应用。
[0005]此外，在工业生产的过程中，为防止泄密，对产品生产相关数据的保密工作也非常重要。
[0006]当今，新一代移动通信技术—5G不仅仅是为了解决通信问题，同时也为工业应用提供了强大的技术支撑，不断快速地融入各行各业，赋能产业发展。
[0007]因此，亟需一种可靠、吞吐量大、通信时延低、保密性好的方法和系统能够在5G专网环境下解决工业机械手臂的上述问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于5G专网的工业机械手臂的控制方法与系统。
[0009]为实现上述专利技术目的之一，本专利技术采用如下技术方案：一种基于5G专网的工业机械手臂的控制方法，包括：用于提供5G通信环境的5G专网系统；
用于下发生产指令和接收脱敏后状态反馈数据的云端控制监控服务器；用于将生产指令翻译为工业机械手臂可识别的控制指令和对状态反馈数据进行清洗的边缘计算网关；用于根据控制指令执行生产计划的工业机械手臂；所述云端控制监控服务器还用于通过图纸分离算法将产品图纸中包含的产品加工数据分为若干组空间位置参数以及细节参数，空间位置参数存储于云端控制监控服务器，细节参数存储于边缘计算网关，同组的空间位置参数与细节参数以无明确意义的唯一标识符关联，空间位置参数随生产指令下发至边缘计算网关后，边缘计算网关将空间位置参数与细节参数合成，经过坐标转换后生成控制指令。
[0010]进一步的，通过5G核心网、BBU基站构成5G专网系统，所述5G专网系统北向通过互联网连接云端控制监控服务器，南向通过RRU射频拉远单元和5G终端连接工业机械手臂。
[0011]更进一步的，所述5G专网系统通过5G核心网中的UPF用户面功能模组与边缘计算网关直连。
[0012]进一步的，所述边缘计算网关还用于对控制指令的执行进行状态复核，所述控制指令提取细节参数的公差，以与边缘计算网关接收到的状态反馈数据进行状态复核比对，工业机械手臂每执行完一条控制指令均进行状态复核，如复核通过则边缘计算网关向工业机械手臂发送下一条控制指令，如复核不通过则进行生产中断告警。
[0013]进一步的，所述图纸分离算法读取产品加工数据中特征参数的预定义规则，对产品加工数据中的特征参数进行识别，将产品图纸中包含的产品加工数据分为若干组空间位置参数以及细节参数。
[0014]进一步的，边缘计算网关通过脱敏算法清洗状态反馈数据，再将脱敏后状态反馈数据上传至云端控制监控服务器，脱敏算法根据以下公式执行：其中，Xn为状态反馈数据中第n个参数的实际测量值，Xn(max)、Xn(min)是第n个参数的预设最大值、最小值，S[n]为用于存储脱敏后状态反馈数据的数组，α为针对不同工业机械手臂或厂区随机生成的正整数。
[0015]为实现上述另一专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于5G专网的工业机械手臂的控制系统，包括：5G专网系统，用于提供5G通信环境；云端控制监控服务器，用于下发生产指令和接收脱敏后状态反馈数据；边缘计算网关，用于将生产指令翻译为工业机械手臂可识别的控制指令和对状态反馈数据进行清洗；工业机械手臂，用于根据控制指令执行生产计划；云端控制监控服务器，还用于通过图纸分离算法将产品图纸中包含的产品加工数据分为若干组空间位置参数以及细节参数，空间位置参数存储于云端控制监控服务器，细节参数存储于边缘计算网关，同组的空间位置参数与细节参数以无明确意义的唯一标识符关联，空间位置参数随生产指令下发至边缘计算网关后，边缘计算网关将空间位置参数与
细节参数合成，经过坐标转换后生成控制指令。
[0016]进一步的，通过5G核心网、BBU基站构成5G专网系统，所述5G专网系统北向通过互联网连接云端控制监控服务器，南向通过RRU射频拉远单元和5G终端连接工业机械手臂。
[0017]进一步的，所述边缘计算网关还用于对控制指令的执行进行状态复核，所述控制指令提取细节参数的公差，以与边缘计算网关接收到的状态反馈数据进行状态复核比对，工业机械手臂每执行完一条控制指令均进行状态复核，如复核通过则边缘计算网关向工业机械手臂发送下一条控制指令，如复核不通过则进行生产中断告警。
[0018]进一步的，所述图纸分离算法读取产品加工数据中特征参数的预定义规则，对产品加工数据中的特征参数进行识别，将产品图纸中包含的产品加工数据分为若干组空间位置参数以及细节参数。
[0019]相对于现有技术，本专利技术的技术效果在于：本专利技术将第五代移动通信技术应用于工业生产环境中，搭建了5G专网系统并针对工业应用进行了状态复核比对、产品加工数据拆分存储、状态反馈数据清洗等优化，具有可靠、吞吐量大、通信时延低、保密性好的优点。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施方式中基于5G专网的工业机械手臂的控制系统的系统架构图；图2是本专利技术实施方式中基于5G专网的工业机械手臂的控制系统的网络拓扑图；图3是本专利技术实施方式中基于5G专网的工业机械手臂的控制方法的数据流向图；图4是本专利技术实施方式中基于5G专网的工业机械本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于5G专网的工业机械手臂的控制方法，其特征在于，包括：用于提供5G通信环境的5G专网系统；用于下发生产指令和接收脱敏后状态反馈数据的云端控制监控服务器；用于将生产指令翻译为工业机械手臂可识别的控制指令和对状态反馈数据进行清洗的边缘计算网关；用于根据控制指令执行生产计划的工业机械手臂；所述云端控制监控服务器还用于通过图纸分离算法将产品图纸中包含的产品加工数据分为若干组空间位置参数以及细节参数，空间位置参数存储于云端控制监控服务器，细节参数存储于边缘计算网关，同组的空间位置参数与细节参数以无明确意义的唯一标识符关联，空间位置参数随生产指令下发至边缘计算网关后，边缘计算网关将空间位置参数与细节参数合成，经过坐标转换后生成控制指令。2.根据权利要求1所述的一种基于5G专网的工业机械手臂的控制方法，其特征在于，通过5G核心网、BBU基站构成5G专网系统，所述5G专网系统北向通过互联网连接云端控制监控服务器，南向通过RRU射频拉远单元和5G终端连接工业机械手臂。3.根据权利要求2所述的一种基于5G专网的工业机械手臂的控制方法，其特征在于，所述5G专网系统通过5G核心网中的UPF用户面功能模组与边缘计算网关直连。4.根据权利要求1所述的一种基于5G专网的工业机械手臂的控制方法，其特征在于，所述边缘计算网关还用于对控制指令的执行进行状态复核，所述控制指令提取细节参数的公差，以与边缘计算网关接收到的状态反馈数据进行状态复核比对，工业机械手臂每执行完一条控制指令均进行状态复核，如复核通过则边缘计算网关向工业机械手臂发送下一条控制指令，如复核不通过则进行生产中断告警。5.根据权利要求1所述的一种基于5G专网的工业机械手臂的控制方法，其特征在于，所述图纸分离算法读取产品加工数据中特征参数的预定义规则，对产品加工数据中的特征参数进行识别，将产品图纸中包含的产品加工数据分为若干组空间位置参数以及细节参数。6.根据权利要求1所述的一种基于5G专网的工业机械手臂的控制方法，其特征在于，边缘计算网关通过脱敏算法清洗状态反馈数据，再将脱敏后状态反馈...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐进东，吴绍波，宋同富，
申请(专利权)人：苏州摩联通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：