工业机器人正在崛起，5G是工业自动化领域的热门话题。库崎智能相信将两种技术结合在一起至关重要，因此，我们将机器人技术作为5G用例进行了研究。让我们在这个领域分享一些见解和我们对未来的看法！

如果您有机会进入工厂车间并看到机器人在工作。强度，速度和极端精度的结合绝对令人印象深刻。在过去几年中，它们成为生产过程自动化的通用工具。由于它们的应用可能性不断扩展，使用自动化的好处高于购买价格，安装和编程机器人的工作和成本，它们就可以在任何地方使用。  

目前，市面上基本有四种类型的工业机器人：重型单臂机器人（传统工业机器人），协作式单臂或双臂机器人（协作机器人），特定情况使用，机器人公司研发的机器人（LIMITED）和其他类型的机器人（EXOTIC）。

一年一度的汉诺威工业博览会通常会对机器人市场有一个很好的概述，今年传统工业机器人和协作机器人无处不在。协作型机器人最近变得非常突出，因为它们可以更容易地集成到生产设施中，因为出于安全原因通常不需要围栏，并允许与他们的同事一起操作。

LIMITED机器人包括快速拾取和放置模型，有时称为“蜘蛛”或三角洲机器人和Scara模型（选择性合规装配机器人手臂）。Scara机器人的设计类似于人的手臂，但其运动仅限于水平面。两种机器人模型对于特定用例都相当紧密。 

最后，键入EXOTIC机器人 - 有不同的概念，如各种移动工业机器人和一些非常有趣的生物启发机器人。

传统工业机器人和协作机器人类型的典型独立于供应商的解剖结构是具有包括关节和驱动器的物理机器人，其由机器人控制器补充，其中部署了所有控制逻辑。两个元件通过导线连接，用于电源和所有驱动器的低级控制。

人机界面，这可能是一个标准的个人计算机可以被用于机器人程序。协作机器人还内置了许多传感器，可以与人类进行安全的互通，并且设计可以避免锋利的边缘。

从供应商到供应商的差异在于性能，预期的使用领域，编程可能性以及机器人控制器可以接口的方式，以及通过例如外部传感器的集成可以在多大程度上影响机器人程序。

在机器人研究中，Cloud Robotics是一个主要话题。基本上，它是使用通信技术将机器人连接到云。云机器人的好处是：为大众市场自动化以及其他一些出版物铺平了道路，包括：

1. 在云中使用更强大的计算资源（例如，用于AI任务）
2. 使用互联网上的数据进行决策和学习（包括数字双胞胎）
3. 随着功能被卸载到中央云，每个机器人的成本更低
4. 如果一个机器人从云中的最新备份中物理断开，则可以执行故障转移
5. 通过在云中运行多个实例作为热备用，可以提高功能的可靠性，并且操作可以立即从故障主要功能中接管而不会中断
6. 使操作 和 维护更容易（软件更新，配置更改，监控等）

但是5G与云机器人有什么关系呢？
车间的静态机器人也可以使用工业以太网连接，以实现上面列出的大部分好处。

那么为什么我们需要5G通信用于工业机器人？

简而言之，如果机器人应灵活使用并且可能是移动的，那么电缆就是一种负担。

蜂窝连接是最佳选择，因为它是具有非常大的全球生态系统的标准化技术。4G适用于许多用例，但5G也将支持绝对最苛刻的用例，例如在云的处理与机器人的即时运动相关的情况下的云机器人（你可以在下面找到一些非凡的例子）。超可靠和低延迟通信（URLLC）是5G新无线电（NR）支持的新服务类别，旨在满足工业领域中应用的5G要求。3GPP报告TR 22.804定义了在垂直域中应用的5G的用例和要求，如制造。其中，“移动机器人”被指定为一个用例

机器人控制中的延迟影响（使用UR5机器人）

我们通过建模的5G链路评估了UR5机械手臂（也是协作型机器人）的闭环控制性能。重点放在链接延迟对特定关键性能指标（KPI）测量的机器人手臂运动质量性能的影响。UR机械手臂具有外部可访问的速度控制接口，可接受每个关节（伺服）的速度命令，并以8 ms的更新时间发布联合状态信息。调查的KPI是轨迹执行的响应时间和精度，即与计划轨迹的空间和时间偏差。测量结果表明，网络延迟低于4毫秒没有显着的性能影响。

所需的延迟还取决于机器人的任务：

• 对外部事件的反应：需要低网络延迟，因为机器人和控制器之间的网络延迟直接增加了反应时间。

• 实时轨迹细化（即，机器人手臂末端的精确定位）：轨迹执行时间的截止日期导致对最大可容忍网络延迟的要求。通常，较高的网络延迟使得细化时间更长，并且以这种方式增加了总轨迹执行时间。

• 轨迹精度：某些任务需要沿着路径精确移动，例如焊接，而不仅仅是在最终位置。另一个例子是更多机器人手臂的协作，其中精确和同步的运动是至关重要的。对于这些任务，如果在轨迹规划中应该遵守外部信息，则需要低网络延迟。
  

我们的愿景是，在未来几年，大多数工业机器人和机器人用品将配备4G和/或5G通信模块，因为蜂窝通信技术正在成为现代工厂的重要组成部分。但是，从我们对工业机器人的实践经验，到真正利用无线通信提供的灵活性，还需要重新思考一些机器人控制概念，如引入虚拟化控制功能，并允许机器人和机器人控制器的接口更灵活。一个外部系统。也许一些EXOTIC类型的概念在不久的将来也会变得更受欢迎。许多云机器人概念都是基于AI的，因此，它将成为机器人技术的一个基本组成部分。机器人，云，5G和AI听起来像是一个热门词汇聚会，但在这种背景下变得真实。一个长期的问题是，工业机器人将引入多大的自主权，以及它对工业机器人通信方式的影响。

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