引言

工業機器人工作站是智能製造中執行焊接、搬運
、裝配
、打(da)磨(mo)等(deng)任(ren)務(wu)的(de)核(he)心(xin)單(dan)元(yuan)。隨(sui)著(zhe)生(sheng)產(chan)柔(rou)性(xing)化(hua)和(he)質(zhi)量(liang)要(yao)求(qiu)提(ti)升(sheng)，工(gong)作(zuo)站(zhan)不(bu)僅(jin)需(xu)要(yao)高(gao)精(jing)度(du)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)
，還(hai)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)地(di)依(yi)賴(lai)機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)進(jin)行(xing)定(ding)位(wei)引(yin)導(dao)與(yu)質(zhi)量(liang)檢(jian)測(ce)。然(ran)而(er)，傳(chuan)統(tong)架(jia)構(gou)中(zhong)機(ji)器(qi)人(ren)控(kong)製(zhi)器(qi)、視覺係統和AI分析單元往往獨立部署，導致數據鏈路長、實時協同難、集成複雜度高。本文結合EdgePLC BL245係列工業AI邊緣控製器的技術特性
，探討其在工業機器人工作站中實現“控製-視覺-AI”一體化融合的應用方案，分析如何通過邊緣智能提升機器人的柔性作業能力與質量閉環水平。

一
、工業機器人工作站應用中的主要痛點

1. 視覺係統與機器人控製器分離，實時協同困難

在(zai)視(shi)覺(jiao)引(yin)導(dao)抓(zhua)取(qu)或(huo)定(ding)位(wei)場(chang)景(jing)中(zhong)
，工(gong)業(ye)相(xiang)機(ji)采(cai)集(ji)的(de)圖(tu)像(xiang)需(xu)傳(chuan)輸(shu)至(zhi)獨(du)立(li)視(shi)覺(jiao)工(gong)控(kong)機(ji)處(chu)理(li)，結(jie)果(guo)再(zai)通(tong)過(guo)以(yi)太(tai)網(wang)發(fa)送(song)給(gei)機(ji)器(qi)人(ren)控(kong)製(zhi)器(qi)，整(zheng)個(ge)鏈(lian)路(lu)延(yan)遲(chi)常(chang)達(da)數(shu)百(bai)毫(hao)秒(miao)。對(dui)於(yu)高(gao)速(su)分(fen)揀(jian)或(huo)動(dong)態(tai)跟(gen)隨(sui)等(deng)應(ying)用(yong)，這(zhe)一(yi)延(yan)遲(chi)限(xian)製(zhi)了(le)機(ji)器(qi)人(ren)節(jie)拍(pai)速(su)度(du)的(de)提(ti)升(sheng)，也(ye)影(ying)響(xiang)定(ding)位(wei)精(jing)度(du)。同(tong)時(shi)，兩(liang)個(ge)獨(du)立(li)係(xi)統(tong)間(jian)接(jie)口(kou)協(xie)議(yi)的(de)匹(pi)配(pei)和(he)時(shi)序(xu)同(tong)步(bu)需(xu)額(e)外(wai)開(kai)發(fa)，係(xi)統(tong)集(ji)成(cheng)周(zhou)期(qi)較(jiao)長(chang)。

2. 多機器人協同調度缺乏統一控製中樞

當工作站包含多台機器人協同作業（如雙機協同焊接
、搬運與上下料配合）時shi，通tong常chang依yi賴lai各ge機ji器qi人ren控kong製zhi器qi間jian的de硬ying接jie線xian或huo簡jian單dan網wang絡luo信xin號hao交jiao互hu實shi現xian互hu鎖suo。這zhe種zhong分fen布bu式shi邏luo輯ji缺que乏fa全quan局ju協xie調tiao能neng力li，難nan以yi根gen據ju工gong件jian到dao位wei情qing況kuang或huo工gong位wei節jie拍pai變bian化hua動dong態tai調tiao整zheng任ren務wu分fen配pei，在zai異yi常chang工gong況kuang下xia的de聯lian動dong處chu理li也ye較jiao為wei繁fan瑣suo。

3. AI質量檢測難以嵌入控製回路

焊接質量檢測
、裝配精度校驗等AIzhijiangongnengduozaidulilixiangongweiwancheng，huotongguohoutaifuwuqiyibuchuli。quexianfaxianshibuliangpinkenengyiliuruxiadaogongxu

，wufashishichufafanxiuhuotingji。jishibufenfanganjiangAI部署於現場工控機，也麵臨算力占滿時影響其他任務的穩定性問題，且未與機器人控製器形成信息閉環。

4. 異構設備協議多樣，係統集成工作量大

一個典型的機器人工作站包含機器人本體、伺服驅動器
、工業相機

、激光傳感器
、PLC控製器
、HMI等設備，通信協議可能涉及EtherCAT、Modbus TCP、GigE Vision、Profinet等多種類型。傳統方案需要配備協議網關或多接口工控機，硬件設備數量多，維護成本和潛在故障點隨之增加。

二、基於EdgePLC BL245的解決方案架構

本方案以EdgePLC BL245作為工業機器人工作站的一體化控製與計算平台

，通過EtherCAT總線連接多軸伺服驅動器，通過USB3.1/MIPI接口連接工業相機，將運動控製、視覺定位、AI質檢和遠程運維等功能融合於單一控製器中。

1. 硬件配置

核心控製器：EdgePLC BL245（RK3588J工業級處理器

，四核Cortex-A76 + 四核Cortex-A55
，內置6TOPS NPU，32GB eMMC，4GB LPDDR4X），提供2路千兆以太網
、2路RS485
、USB3.1接口及Mini PCIe擴展接口。

運動控製：通過EtherCAT總線連接機器人各關節伺服驅動器及外部軸（變位機、傳送帶）驅動器
，實現多軸實時同步控製。

視覺感知：通過USB3.1接口連接工業相機（如全局快門CMOS相機），直接獲取圖像數據。

I/O擴展：通過N係列分布式I/O模塊接入安全光柵、氣動抓手電磁閥、到位傳感器等信號。

聯網通信：通過千兆以太網接入車間網絡，或通過Mini PCIe安裝4G模塊實現遠程連接。

2. 軟件配置

操作係統：EdgePLC-OS（基於Ubuntu 20.04，集成實時內核）。

控製運行時：CODESYS Runtime（IEC 61131-3標準）
，配置EtherCAT主站與運動控製授權
，支持機器人運動學模型與多軸協同。

視覺與AI工具鏈：YOLOv5/OpenCV用於目標檢測與定位，TensorFlow Lite用於質量缺陷分類。

數據與流程編排：Node-RED負責視覺結果與控製指令銜接邏輯編排，BLIoTLink完成協議轉換與上雲通信。

遠程運維：BLRAT建立安全遠程通道。

三
、方案創新點與核心功能

1. 視覺伺服閉環控製

EdgePLC通過USB3.1直接獲取相機圖像，在本地GPU/NPU上加速運行YOLO目標檢測模型，識別工件位置、姿態或焊縫軌跡。識別結果在CODESYS控製任務中立即轉化為機器人末端執行器的位置補償量，通過EtherCAT總線實時更新各軸伺服指令
，整個視覺-控製閉環延遲可控製在數十毫秒內。這種一體化架構免除了圖像數據在網絡中往返傳輸的開銷，使高速動態跟隨和精準放置成為可能。

2. 多機器人協同與動態任務分配

在CODESYS中構建統一的多軸運動控製工程，將多台機器人及其輔助軸整合於同一控製周期內。EdgePLC同tong步bu獲huo取qu各ge機ji器qi人ren位wei置zhi狀zhuang態tai及ji傳chuan送song帶dai上shang工gong件jian分fen布bu信xin號hao，根gen據ju預yu設she的de協xie作zuo策ce略lve動dong態tai分fen配pei抓zhua取qu任ren務wu
，防fang止zhi碰peng撞zhuang並bing平ping衡heng各ge機ji器qi人ren作zuo業ye負fu荷he。當dang某mou台tai機ji器qi人ren暫zan停ting（如更換抓手）時
，控製邏輯自動將其任務重新分配給其他機器人，維持工作站整體節拍穩定。

3. 邊緣AI質檢與實時缺陷響應

在機器人完成焊接、塗膠或裝配動作後，同軸或旁軸相機即刻采集加工區域圖像。EdgePLC在NPU上運行缺陷檢測模型（如焊接氣孔檢測、螺絲漏裝識別），在數十毫秒內輸出判定結果。若檢測到缺陷，控製器立即觸發返修路徑規劃或停機報警，阻止不良品流出。AI推理與控製執行在同一設備內完成，無需跨係統通信，保證了閉環響應的實時性。

4. 異構協議融合與便捷上雲

BLIoTLink軟件將相機、伺服驅動器

、激光測距傳感器等不同協議設備的數據統一轉換為OPC UA或MQTT格式，工作站內無需額外協議網關。生產數據（工件計數
、節拍統計、缺陷率）經Node-RED編排後由MQTT發送至MES或雲端，同時本地實時數據庫支持斷網續傳，確保數據完整。授權人員可通過BLRAT遠程登錄控製器，查看實時畫麵、調整視覺參數或更新控製程序，降低現場維護頻次。

四、與傳統PLC方案的優勢對比

1. 架構簡化——從多設備堆疊到一體融合

傳統方案通常采用“機器人控製器 + 視覺工控機 + AI服務器 + PLC + 網關”的多硬件架構，設備間網絡連接複雜。EdgePLC方案以單一控製器集成運動控製
、視覺處理和AItuili，dafujianshaoxianchangyingjianjiedianshuliang，jiangdiguineikongjianzhanyongyujiexianweihugongzuoliang。kongzhiyuganzhideshujujiaohuanzaishebeineibuzongxianwancheng
，tongxinkekaoxingtisheng。

2. 智能賦能——從邏輯執行到認知決策

傳統PLC不具備視覺處理與AI推理所需的高性能計算和軟件棧。BL245內置6TOPS NPU及完整的AI推理框架

，可在本地實現工件識別、缺陷檢測
、軌gui跡ji優you化hua等deng智zhi能neng功gong能neng。這zhe使shi得de機ji器qi人ren工gong作zuo站zhan不bu再zai隻zhi是shi執zhi行xing預yu設she軌gui跡ji的de自zi動dong化hua設she備bei
，而er成cheng為wei能neng夠gou感gan知zhi環huan境jing變bian化hua並bing自zi主zhu調tiao整zheng行xing為wei的de智zhi能neng作zuo業ye單dan元yuan，為wei無wu人ren化hua自zi適shi應ying生sheng產chan提ti供gong基ji礎chu能neng力li。

3. 無縫互聯——多協議原生支持貫通數據鏈路

EdgePLC在硬件層集成多類型通信接口，軟件層通過BLIoTLink支持EtherCAT
、Modbus、OPC UA、MQTT等主流工業協議，實現對機器人伺服、相機、傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)上(shang)層(ceng)係(xi)統(tong)的(de)全(quan)鏈(lian)路(lu)數(shu)據(ju)貫(guan)通(tong)。與(yu)不(bu)同(tong)品(pin)牌(pai)設(she)備(bei)的(de)集(ji)成(cheng)可(ke)通(tong)過(guo)統(tong)一(yi)協(xie)議(yi)轉(zhuan)換(huan)完(wan)成(cheng)，顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)集(ji)成(cheng)時(shi)的(de)二(er)次(ci)開(kai)發(fa)工(gong)作(zuo)量(liang)和(he)部(bu)署(shu)周(zhou)期(qi)。

4. 靈活擴展——軟件定義的工作站功能迭代

BL245基於Ubuntu和Docker容器化架構，支持Python、C++等高級語言開發。當需要適配新款相機、更換AI檢測模型或新增通信規約時，可通過軟件更新或容器部署實現功能擴展，無需更改硬件配置。I/O方麵支持最多32塊N係列擴展模塊，可靈活配置DI/DO/AI/AO數量，適配不同規模工作站的需求。這一彈性設計保護了用戶的初始投資
，便於工作站功能的長期演進。

五

、實施效果參考

在某汽車零部件企業機器人焊接工作站試點應用中
，采用EdgePLC BL245替代傳統分立控製係統，運行數據顯示：

視覺引導節拍：視覺定位至機器人動作的端到端延遲顯著縮短，工作站整體節拍提升約25%。

質量閉環：在線AI焊接缺陷檢測使不良品流出率大幅降低，返修成本相應減少。

設備集成：硬件模塊數量減少三分之一以上，控製櫃空間利用率和係統平均無故障時間均得到改善。

運維響應：超過六成的程序調整與參數優化可通過遠程方式完成
，現場維護頻次降低。

六、結語

EdgePLC BL245係列工業AI邊緣控製器為工業機器人工作站提供了一種高度集成化
、智能化的控製架構方案。通過將實時運動控製

、視覺定位引導
、AI質zhi量liang檢jian測ce以yi及ji多duo協xie議yi數shu據ju融rong合he統tong一yi於yu單dan一yi平ping台tai
，該gai方fang案an有you效xiao縮suo短duan了le感gan知zhi到dao執zhi行xing的de延yan遲chi
，簡jian化hua了le係xi統tong結jie構gou，使shi機ji器qi人ren工gong作zuo站zhan具ju備bei更geng強qiang的de柔rou性xing化hua作zuo業ye能neng力li和he智zhi能neng決jue策ce水shui平ping。隨sui著zhe製zhi造zao業ye對dui裝zhuang備bei智zhi能neng化hua與yu集ji成cheng化hua要yao求qiu的de持chi續xu提ti升sheng，此ci類lei控kong製zhi-視覺-AI一體化架構在機器人應用領域有著較為廣泛的應用前景。