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5G远程运维技术在智能机器人工作站中的应用

潘明来唐敬文

摘要：文章针对智能机器人工作站研究设计了基于5G网络的远程数字化运维体系架构。首先分析了5G技术的指标优势及远程运维的概念，提出构建方案来应对现有网络的挑战；然后详细构建了智能机器人工作站系统的组成和运维流程；设计了SDN+MEC的网络模型；在此基础之上，给出了远程运维的功能模块划分，实现对工作站的实时监控和智能化决策；最后通过原型系统的开发与性能测试，验证了5G条件下实现毫秒级的确定性时延和高可靠的远程运维控制是可行的。

关键词：5G网络远程运维智能机器人工作站

随着工业互联网和智能制造的快速发展，对生产系统的柔性化和智能化提出了更高要求。然而传统有线运维方式面临布线复杂、运维延迟大等问题。远程无线运维技术因此成为实现智能升级的重要途径。应用5G技术进行远程运维，可利用其超高带宽和超低时延的优势，实时监控设备的运行状态，并在故障发生后快速响应和处理，实现无人值守、高效运转。这对推进智能机器人等核心制造装备的运用至关重要。

本文采用构建面向智能机器人工作站的5G远程运维解决方案，运用理论分析与原型系统验证相结合的研究方法，设计网络体系结构和功能模块，开发原型系统并测试性能，以期获得通用化的技术验证方案，为后续产业化应用奠定基础。

25G远程运维技术分析

2.15G技术

5G网络在无线接入速率、用户体验、连接密度和移动性等方面超越4G。其关键指标包括：峰值速率20Gbps，用户体验速率100Mbps，空口时延1ms，连接设备数量千万级，高移动性支持速率达500km/h等。5G网络分为增强型移动宽带、超可靠低时延通信和大规模物联网三类典型场景。其中，超可靠低时延通信正可提供微秒级的低时延抖动，满足工业远程运维对实时控制响应的苛刻需求;大规模物联网可支持海量低功耗传感设备接入，实现全面感知；而增强型移动宽带提供高速率则可实现视频监控、VR视角控制等丰富交互应用。

5G网络采用端到端的网络切片技术，可根据不同业务需求和服务等级，创建多个逻辑子网络，为运维流量提供专线隔离。同时结合MEC多接入边缘计算技术，在接入网络边缘部署应用服务器，缩短数据传输路径，数据就近处理，从而实现毫秒级的确定时延传输。5G核心网开放多种网络能力，如位置、质量体验、处于线管理等，通过标准北向接口，使第三方应用可根据自身需求灵活调用。这为开发创新型运维应用提供了便利，比如精准定位功能，可帮助快速锁定机器人故障部位。

2.2远程运维

远程运维通过远程监测和控制手段，实现对生产设备和系统的状态监测、故障检测与诊断、控制优化、升级维护等，使其高效、经济和无人值守地运转。主要功能有视频监控、数据采集、系统控制、在线协助等。体系结构上由信息感知层、数据存储处理层和应用交互层三部分组成。5G条件下，远程运维系统可实时获取各种生产数据，上传至云平台生成数字孪生模型。运维人员通过远程服务器访问模型，进行状态监测、故障预测、过程优化、协作指导等，并下发控制指令对设备进行调节，构成闭环反馈，以实现无人值守的智能化运维。重点是其可以确保网络信息安全，防止数据泄露；并让工作站及设备具备开放灵活的标准接口，以支持与运维系统的对接集成。这是实现多供应商设备协同运维的基础。

TimeSensitiveNetworking是一套IEEE标准的时间敏感网络技术，通过严格控制网络时延、抖动和包丢率参数，使流量精确遵循事先配置的传输轨迹，为实时控制提供确定性保障，可完美应用于工业远程例如机器人工作站运维场景。

3智能机器人工作站构建

3.1工作站组成

3.1.1系统架构

智能机器人工作站是一个机电气一体化的复杂系统集成，主要包括工业机器人主体、末端执行机构、传感器测量系统、控制器与驱动器、人机界面以及远程通信和云平台等子系统，通过机械、控制、信息多个学科和技术的交叉，实现特定自动化作业功能。

3.1.2机器人联合控制系统

机器人控制系统贯穿工作站的整个控制链路。其由位置控制器、速度控制器、电流控制器等构成多级反馈控制架构。位置控制器根据程序轨迹规划计算目标角度值，并控制每个关节的驱动电机，闭环执行运动学计算；速度、电流控制器负责稳定响应。

3.1.3运动控制过程

在远程运维指令输入后，首先由轨迹规划模块根据目的地计算或查表获得空间曲线方程；运动学模块解析求解每关节相应的角度、速度、加速度数据；再由控制器多级闭环控制电机驱动器的输出，协调各关节运动，最终完成末端执行机构的预期运动。协调性好的控制系统是运维的基础与关键。

3.1.4开放式远程运维接口

工作站控制系统开放标准化网络接口，可接收来自不同上层远程平台的监测和控制指令，获取实时运行状态数据并反馈，也可连接传感设备接入信息；既实现上下游信息ynchroniz