CN102439908A

CN102439908A - 工业通信***和方法

Info

Publication number: CN102439908A
Application number: CN2010800187249A
Authority: CN
Inventors: V·基利巴尔达; 大卫·王
Original assignee: Comau LLC
Current assignee: Comau LLC
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2012-05-02
Also published as: EP2409457A2; CA2755446A1; WO2010107872A2; WO2010107872A3; EP2409457A4; US20100241260A1; MX2011009705A

Abstract

这里公开了一种使用具有至少一个计算资源和云通信网的远程基础设施环境来控制至少一个工业设备的方法。这种方法包括：建立所述至少一个工业设备与远程基础设施环境之间的通信；使用云通信网将数据从至少一个计算资源发送给工厂通信网，至少一个工业设备被配置成响应于至少一部分所发送的数据而执行至少一个预定功能；以及由至少一个计算资源使用云通信网从至少一个工业设备接收数据，所接收的数据是响应于所述至少一个预定功能的执行而产生的。

Description

工业通信***和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年3月17日提交的美国专利申请No.12/725,635、2009年3月17日提交的美国临时专利申请No.61/160,893和2010年1月12日提交的美国临时专利申请No.61/294,265的优先权，这些专利申请的全部内容通过引用包括在这里。

技术领域

本发明一般地涉及用于工业通信的***和方法，具体地涉及通过远程基础设施环境的工业通信。

背景技术

制造设施中的装配线通常包括多个自动化机器人。这些机器人可以包括处在它们腕端的连接器，用来接纳各自的末端执行器，并且每个机器人与控制本机器人和末端执行器的操作的各自控制***通信。每个控制***通常包括可编程逻辑控制器(PLC)，被编程成控制它的机器人和末端执行器执行一个特定操作或一组操作。例如，与携带焊接末端执行器的机器人联接的控制***可以被编程成控制机器人将焊接末端执行器移入一个特定位置并且一旦在该特定位置中就驱动该焊接末端执行器。在这个例子中，控制***可以被编程成控制机器人的三维的移动和机器人的多达三维的转动以及对末端执行器的驱动。

然而，装配线可能被重新配置以便例如适应不同类型的工件。重新配置装配线通常要求改变许多机器人和末端执行器所执行的操作。结果，许多控制***必须被重新编程成以不同方式控制它们各自的机器人和末端执行器。例如，如果从机器人上卸下焊接末端执行器而替换为夹持末端执行器，就必须更新控制***，以适当地控制该机器人和夹持末端执行器。作为另一个例子，如果末端执行器所执行的操作有任何方式的不同，诸如在持续时间或位置上有不同，即使末端执行器仍是同一个，也可能需要对控制***重新编程。

且不说重新编程，使用这些现场PLC(即实际位于制造设施处的PLC)的控制***通常例如增大了制造设施的成本。此外，如上面所讨论的，对每个PLC重新编程和/或执行维护可能是费时的，并且可能降低装配线的效率。

发明内容

在这里公开了一种使用具有至少一个计算资源和云通信网络的远程基础设施环境来控制至少一个工业设备的方法的一些实施例。在一个这样的实施例中，这种方法包括建立所述至少一个工业设备与远程基础设施环境之间的通信和使用云通信网将数据从至少一个计算资源发送给工厂通信网。该至少一个工业设备被配置成响应于至少一部分所发送的数据而执行至少一个预定功能。这种方法还包括由至少一个计算资源使用云通信网络从至少一个工业设备接收数据。所接收的数据是响应于所述至少一个预定功能的执行而产生的。

在这里还公开了一种使用具有至少一个计算资源和云通信网的远程基础设施环境与至少一个工业设备通信的方法的一些实施例。这种方法包括：建立所述至少一个工业设备与远程基础设施环境之间的通信；以及由所述至少一个工业设备使用工厂通信网从所述至少一个计算资源接收数据。此外，这种方法还包括响应于至少一部分所接收的数据而执行至少一个预定功能。这种方法还包括使用云通信网将数据从所述至少一个工业设备发送给所述至少一个计算资源。所发送的数据是响应于所述至少一个预定功能的执行而产生的。

在这里还公开了一种用于与具有至少一个计算资源和一个云通信网的远程基础设施环境通信的工业设备。在一个这样的实施例中，这种设备包括用于建立与工厂通信网和控制器通信的网络接口。该控制器被配置成接收来自至少一个计算资源的数据和响应于至少一部分所接收的数据而执行至少一个预定功能。该控制器还被配置成通过工厂通信网将数据发送给至少一个计算资源。所发送的数据是响应于所述至少一个预定功能的执行而产生的。工厂通信网还与云通信网操作上联接，以传送所发送的数据。

附图说明

下面将参照附图进行说明，在这些附图中，同样的标号指示几个视图中同样的部分，其中：

图1为一个工业通信***的示意图；

图2为一个装配线的顶视图；

图3为一个机器人的示意图；以及

图4为一个末端执行器的示意图。

具体实施方式

下面将参照图1-4描述用于与工业器具通信的工业通信***的例子。如图1中所示，工业通信***100可以包括具有一个或多个计算资源10和与工厂服务器12通信的云通信网11(例如因特网)的远程基础设施环境8。工厂服务器12可以通过工厂通信网14(例如局域网(LAN))与各种工业设备或器具通信。例如，工业设备或器具可以是第一机器人16、第一末端执行器18、第二机器人20、第二末端执行器22、和/或在图1中未示出的另外的机器人、末端执行器或其他工业设备。可替换地，或除了工厂服务器12与工厂通信网14通信之外，工业通信***100还可以与云通信网11直接通信，以便将数据发送给工业器具和/或从工业器具接收数据。云通信网11和工厂服务器12都可以将数据传送给视觉和/或听觉的显示器22。

如图2中所示，制造工厂44可以包括一条或多条装配线46，每条装配线具有一个或多个工作站48，在工作站48中处理工件(未示出)。工业器具(在这里是第一机器人16及其第一末端执行器18、第二机器人20及其第二末端执行器22)可以被定位成充分接近装配线46，以在工作站48处理工件。工厂服务器12也可以被设置在制造工厂44内。

再回到图1，计算资源10可以是硬件、软件或它们的任何组合。在一个实施例中，云资源是包括微处理器和存有软件的存储器的远程服务器。作为非限制性的例子，计算资源10也可以是PLC、膝上型计算机、台式计算机、工作站、手持设备、微处理器、存储数据库或它们的任何组合。当然，其他云资源也是可用的，其他实施例可以使用任何其他适当的设备、设备的组合。与如以上所说明的PLC的功能类似，计算资源10可以用来控制诸如第一机器人16及其第一末端执行器18、第二机器人20及其第二末端执行器22的工业器具的操作。

通常，传统的制造工厂使用现场PLC来控制设置在厂内的工业器具。通过从制造工厂44撤除一些或所有的PLC(即实际设置在制造工厂内的PLC)，制造工厂可以例如由于不必再提供和维护硬件(即PLC)和在硬件上编程的软件以控制工业器具，降低了成本。当然，在一些实施例中，制造工厂44仍可以含有控制一些工业器具的一个或多个PLC，而其他器具将与远程基础设施环境8保持通信而不使用PLC。

此外，撤除了制造工厂内的一些或所有PLC，由于具有从云通信网11到工业器具的远程控制和通信能力，就可以提高工厂的运行效率。此外，制造工厂的运行效率还可以由于具有如下面将详细讨论的同时与机器人和它们所关联的末端执行器(例如第一机器人16和末端执行器18)通话的能力而得到提高。

如上所述，计算资源10可以通过例如云通信网11与工厂服务器12和/或工业器具通信。计算资源10和云通信网11可以基于公用、专用、混合的计算模型或者任何其他适当的计算模型。在公用计算模型中，计算资源10可以由第三方实体运行或管理，并使计算资源10对于一组无关或有关的客户、公司组织和/或其他实体是可用的。例如，在一个公用计算模型中，计算资源10可以由向不同的制造工厂供应工业器具的工业器具制造商运行或管理。因而，计算资源10(例如服务器、存储***和网络资源)可以由多个客户共享，并可以用来与不同和/或无关的工厂内的工业器具通信。然而，例如，即使在公用计算模型中，一个特定工厂也可以具有它自己专用的而其他工厂不可以使用的云资源。

在专用计算模型中，计算资源10可以被构建成由一个客户、组织或其他实体专用。例如，在一个专用计算模型中，计算资源10可以由一个拥有多个制造工厂的公司运行或管理。该专用计算模型可以由该特定的公司本身或第三方实体代管。专用计算模型使客户、组织或其他实体可以具备对云资源10的高级控制。

无论是使用公用、专用还是混合的计算模型，都可以将计算资源10设置在任何适当的位置。例如，可以将云资源、计算资源10安置在远离制造工厂的位置或者就安置在工厂内。如以上所讨论的，可以将云资源设置在由工业器具制造商运行的一个设施处或者设置在一个拥有多个制造工厂的公司的一个设施处。当然，也可以将计算资源10安置在任何其他适当位置。

虽然，如以上所说明的，云通信网11可以是因特网，但云通信网11也可以是任何其他适当的通信协议或基础设施。例如，在其他一些实施例中，云通信网11可以是虚拟专用网、专用网(例如多协议标记交换)、点到点网或任何其他适当的网络或者这些网络的任何组合。

此外，计算资源10可以与多个工厂服务器12诸如位于不同制造工厂的工厂服务器12通信或者与多个位于不同制造工厂的工业器具通信。类似地，多于一个的计算资源10可以与单个工厂服务器12或工业器具通信。计算资源10的存储器可以装有各种类型的信息，诸如用于一个或多个工业器具的操作指令和软件更新。因此，计算资源10可以将信息，诸如工业器具软件和/或维护更新和工业器具操作指令，发送给工厂服务器12。计算资源10也可以将此信息直接发送给工业器具。此外，计算资源10可以接收来自每个工厂服务器12或直接来自工业器具的信息。计算资源10从工厂服务器12或工业器具接收到的信息可以用来例如监视工业器具的效率和状况。

工厂服务器12可以是包括微处理器和存有软件的存储器的服务器。除了接收来自计算资源10的信息之外，工厂服务器12还可以在本地接收信息，例如通过将信息人工输入工厂服务器12，通过用诸如CD-ROM驱动器或便携式硬盘驱动器的信息存储设备将信息上载给工厂服务器12，或者通过工厂通信网14将信息从计算机传送给工厂服务器12。工厂服务器12可以通过工厂通信网14与工业器具(例如，第一机器人16、第一末端执行器18、第二机器人20和第二末端执行器22)通信，如下面要更详细讨论的那样。

如上面所讨论的，工厂通信网14可以是LAN，并且可以包括例如用于基于IEEE标准802.11(也被称为Wi-Fi)的通信的一个或多个无线路由器和/或用于基于IEEE标准802.3(也被称为以太网)的通信的组件诸如集线器、路由器、交换机、网桥和导线。工厂通信网14可以允许从工厂服务器12到诸如第一机器人16、第一末端执行器18、第二机器人20和第二末端执行器22的工业器具的通信，如图1中所示。此外，代替LAN，工厂服务器12与工业器具之间的通信可以使用另一种通信***，诸如CAN(校园网)，如果例如制造工厂44的规模足以保证使用CAN的话。

显示器22可以提供关于从工业器具收集或的发送给工业器具的信息/数据、工业器具的状态报告、维护管理信息和任何其他所期望或需要的信息的信息。显示器22可以设置在制造工厂44内或远离制造工厂44处。虽然仅示出了一个显示器22，工业通信***100可以按期望或需要包括多于一个的显示器或者没有显示器。显示器22可以由用户配置成显示与制造工厂44(或其他工厂)内的工业器具有关的所有信息，或者可以被配置成只显示该信息的子集。当然，其他适当的显示器也是可用的。

已知的控制机器人和末端执行器的控制***可能有许多缺点。例如，在改变末端执行器或者其他改变机器人所执行的操作时对每个控制***重新编程可能是低效率的。

在这里所描述的实施例与已知的对机器人的控制***相比可以具有许多优点。例如，效率可以得到提高，因为末端执行器可以在安装到机器人上之前被编程。作为另一个例子，软件更新，诸如提供新的指令的更新，可以很容易传送给机器人和/或末端执行器，以使机器人和末端执行器所在的装配线可以被更高效地重新配置。

如图3中所示，第一机器人16可以包括机器人控制***17，机器人控制***17可以直接联接到机器人16上(例如，联接到机器人16的基底、臂或腕上)，也可以配置在机器人16附近。机器人控制***17可以包括用来通过工厂通信网14与工厂服务器12通信的无线卡24。作为替换，机器人控制***(RCS)17也可以包括另一种网络接口卡(NIC)，诸如以太网卡，这取决于工厂通信网14的配置情况。无线卡24可以与CPU(中央处理单元)26通信，以将从工厂服务器12接收到的信息发送给CPU 26。CPU 26可以是微处理器，而且CPU26可以与存储器28通信。存储器28可以是RAM、ROM、硬盘驱动器或其他类型的存储器。CPU 26可以将从无线卡24接收到的信息传送给存储器28存储。此外，CPU 26可以检索存储在存储器28上的信息，并且CPU 26可以执行存储在存储器28上的软件。例如，CPU 26可以执行存储在存储器28上的机器人控制程序，该控制程序包括用于控制机器人16将末端执行器18移动到预定位置或沿着预定路径移动的指令。此外，RCS 17可以用它的无线卡24通过工厂通信网14与其他设备诸如其他工业器具通信。

仍参见图3，机器人16可以还包括用来产生使机器人16运动的力的至少一个伺服机构，诸如第一伺服机构30和第二伺服机构32。例如，驱动第一伺服机构30可以使机器人16绕它的基底转动，而驱动第二伺服机构32可以使机器人16的腕相对于机器人16的臂转动。RCS 17的CPU 26可以与伺服机构30和32通信。结果，RCS 17可以控制伺服机构30和32，从而控制机器人16的运动。可以包括一些附加伺服机构，用来使机器人16进行附加运动(例如，机器人16可以具有6个自由度，从而可以有6个伺服机构，每个伺服机构与一个自由度相应)，并且RCS 17可以与这些附加伺服机构通信，以控制这些附加伺服机构的操作。此外，RCS 17可以与一些在图3中未示出的附加组件诸如用于检测第一机器人16的位置的一个或多个传感器通信。第二机器人20也可以包括一个RCS 17和至少一个伺服机构诸如伺服机构30和32。

如图4中所示，第一末端执行器18可以包括末端执行器控制***或末端执行器控制单元(EECU)19。第一末端执行器18和EECU19可以封装在一起，使得它们形成一个整体单元。例如，EECU 19可以安装在末端执行器18的外表上的壳内，或者EECU 19可被容纳在末端执行器18的外壳内。EECU 19可以包括用于通过工厂通信网14与工厂服务器12或云通信网11通信的无线卡34。作为替换，EECU19也可以包括另一种网络接口卡(NIC)，诸如以太网卡，这取决于工厂通信网14的配置情况。无线卡34可以与CPU 36通信，以将从工厂服务器12接收到的信息发送给CPU 36。CPU 36可以是微处理器，并且CPU 36可以与存储器38通信。存储器38可以是RAM、ROM、硬盘驱动器或其他类型的存储器。CPU 36可以将从无线卡34接收到的信息传送给存储器38存储。此外，CPU 36可以检索存储在存储器38上的信息，并且CPU 36可以运行存储在存储器38上的软件。例如，CPU 36可以执行存储在存储器38上的包括用于控制末端执行器18的指令的末端执行器控制程序。此外，EECU 19可以通过工厂通信网14与其他工业器具诸如RCS 17通信。

仍参见图4，第一末端执行器18还可以包括工具40。工具40可以是对工件进行操作的装置，诸如焊枪、夹具、涂胶器、喷漆器或螺柱焊机。EECU 19可以与工具40通信，以控制工具40的操作。第一末端执行器18还可以包括其他组件，诸如用于确定工具40操作的持续时间的一个或多个定时器41(或者，CPU 36可以执行定时功能)、用于移动或驱动工具40的一个或多个伺服机构42、以及用于检测工具40的操作的一个或多个传感器43。根据工具40的类型，传感器43可以检测工具40是处于″开″状态还是″关″状态、工具40在执行一个操作中的进度、工具40的效率和/或工具40的其他状态。定时器41、伺服机构42和传感器43都可以与CPU 36通信，CPU 36可以按来自定时器41和传感器43的输入，响应于末端执行器控制程序而驱动伺服机构42以控制工具40。根据工具40的类型，代替伺服机构42或除了伺服机构42之外还可以包括另一个工具驱动装置。例如，代替伺服机构42或除了伺服机构42之外还可以包括用于驱动工具40的气动装置、电动机、阀门和/或电路。第二末端执行器22也可以包括一个EECU 19和诸如工具40、定时器41、伺服机构42和/或传感器43的其他组件。

由于包括EECU 19以及包括定时器41、伺服机构42和传感器43中任一个，第一末端执行器18可以是一个能控制它自己的功能的自含式单元。因此末端执行器18可以只是依赖于第一机器人16对末端执行器18定位。末端执行器18不一定要接收发自也控制机器人16的控制器的控制信号。也就是说，分开和独立起作用的控制***，在图2和3所示的例子中的RCS 17和EECU 19，可以分别控制第一机器人16和由第一机器人16携带的第一末端执行器18。虽然EECU 19的操作可以独立于RCS 17而且末端执行器18可以只是依赖于机器人16进行定位，但是EECU 19和RCS 17也可以如上所述通过工厂通信网14或其他通信***相互通信。例如，RCS 17可以将机器人16和/或末端执行器18的位置传送给EECU 19，EECU 19在控制工具40时可以考虑机器人16和/或末端执行器18的位置。此外，第一机器人16的RCS 17和第一末端执行器18的EECU 19除相互通信之外可以与工业器具诸如第二机器人20的RCS 17和第二末端执行器22的EECU 19通信。结果，第二机器人20的RCS 17和第二末端执行器22的EECU 19可以根据分别从第一机器人16的RCS 17和/或第一末端执行器18的EECU 19接收到的输入，分别控制它们各自的工业器具。

此外，工厂服务器12可以通过经由工厂通信网14与RCS 17和EECU 19通信，更新RCS 17的存储器28和EECU 19的存储器38上的软件和操作指令以及其他信息。工厂服务器12可以独立地与每个RCS 17和EECU 19通信。因此，不同的工业器具可以被更新或独立地从其他工业器具接收新的操作指令，尽管不同的更新和新的信息可以同时传送给多个工业器具。工厂服务器12与机器人16、20及末端执行器18、22之间的通信由于多种原因可以是有益的。例如，如果重新配置装配线46，诸如通过分别改变机器人16和20或它们的末端执行器18和22所执行的操作以处理不同类型的工件，就可以提供新的操作指令。作为另一个例子，如果在前一版本的指令中发现错误，就可以对指令进行更新，或者如果一个机器人例如机器人16出故障，可以通过机器人控制程序更新和/或末端执行器改变而将附近的一个机器人例如机器人20重新配置成执行同样的操作。

通过工厂通信网14更新机器人16、20和/或末端执行器18、22上的指令也可以提高制造工厂44的效率。例如，末端执行器18可以在安装到机器人16上之前被编程成执行某个功能，诸如要用末端执行器18替换前一个末端执行器的话。末端执行器18可以当在自动引导运载工具上被运送到机器人16时或者当在存储设施内时被重新编程。因此，一旦末端执行器18被安装，机器人16和末端执行器18就可以开始执行操作。此外，使服务器12具有控制所有的机器人16、20和末端执行器18、22的能力可以提高装配线44的效率，因为可以从单个位置(即，服务器12)接入所有的控制***。

以上对所述例子作了说明，以便允许容易地理解本发明，但上述例子并不限制本发明。相反，本发明打算包含各种改型和等效配置，其范围在法律允许下要被给予最宽的解释以便包括所有这样的改型和等效结构。

Claims

1.一种使用具有至少一个计算资源和云通信网的远程基础设施环境来控制至少一个工业设备的方法，所述方法包括下列步骤：

建立所述至少一个工业设备与远程基础设施环境之间的通信；

使用云通信网将数据从所述至少一个计算资源发送给工厂通信网，所述至少一个工业设备被配置成响应于至少一部分所发送的数据而执行至少一个预定功能；以及

由所述至少一个计算资源使用云通信网从所述至少一个工业设备接收数据，所接收的数据是响应于所述至少一个预定功能的执行而产生的。

2.根据权利要求1的方法，其中，所述至少一个预定功能的执行是在不使用现场可编程逻辑控制器的情况下完成的。

3.根据权利要求1的方法，其中，所发送的数据包括对所述至少一个工业设备的维护更新。

4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其中，所述云通信网为因特网、点到点网和专用网之一。

5.根据权利要求1至3中任一项的方法，其中，发送数据的步骤包括通过现场工厂服务器发送数据。

6.根据权利要求1至3中任一项的方法，其中，所述至少一个工业设备为机器人和末端执行器之一。

7.根据权利要求1至3中任一项的方法，其中，所述工厂通信网为局域网。

8.根据权利要求1至3中任一项的方法，其中，所述至少一个计算资源为远程服务器、远程可编程逻辑控制器、远程手持设备、远程微处理器和远程存储数据库中至少一个。

9.一种使用具有至少一个计算资源和云通信网的远程基础设施环境与至少一个工业设备通信的方法，所述方法包括下列步骤：

由所述至少一个工业设备使用工厂通信网从所述至少一个计算资源接收数据；

响应于至少一部分所接收的数据而执行至少一个预定功能；以及

使用云通信网将数据从所述至少一个工业设备发送给所述至少一个计算资源，所发送的数据是响应于所述至少一个预定功能的执行而产生的。

10.根据权利要求9的方法，其中，执行所述至少一个预定功能的步骤包括：

执行所述至少一个预定功能而不使用现场可编程逻辑控制器。

11.根据权利要求9的方法，还包括：

给所述工业设备提供维护更新和软件更新之一，所述维护更新和软件更新是从所述至少一个计算资源发送的。

12.根据权利要求9至11中任一项的方法，其中，所述云通信网为因特网、点到点网和专用网之一。

13.根据权利要求9至11中任一项的方法，其中，接收数据的步骤包括通过现场工厂服务器接收数据。

14.根据权利要求9至11中任一项的方法，其中，所述至少一个工业设备为机器人和末端执行器之一。

15.根据权利要求9至11中任一项的方法，其中，所述工厂通信网为局域网。

16.一种用于与具有至少一个计算资源和云通信网的远程基础设施环境通信的工业设备，所述设备包括：

用于建立与工厂通信网的通信的网络接口；以及

控制器，被配置成：

从所述至少一个计算资源接收数据；

通过工厂通信网将数据发送给所述至少一个计算资源，所发送的数据是响应于所述至少一个预定功能的执行而产生的，

其中，所述工厂通信网与云通信网操作上联接，以传送所发送的数据。

17.根据权利要求16的设备，其中，所述控制器被配置成执行所述至少一个预定功能而不使用现场可编程逻辑控制器。

18.根据权利要求16的设备，其中，所述控制器还被配置成：

从所述至少一个计算资源接收维护更新和软件更新中至少一个。

19.根据权利要求16至18中任一项的设备，其中，所述云通信网为因特网、点到点网和专用网之一。

20.根据权利要求16至18中任一项的设备，其中，接收数据包括通过现场工厂服务器接收数据。