CN102985888B - 具有机器人和两个可交替地与机器人连接的装置的机器人系统及更换这些装置的方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的用于使与机器人（R）连接的、与机器人应用（APP）通信的装置（W1，D1；W2，D2）进行交替的方法，包括以下步骤：S2：检测与第一装置（W1，D1）的通信的断开；S3：从通信目录（ARP）中删除关于所述第一装置的地址项（“MAC1|IP1”）；S4：建立与第二装置（W2，D2）的通信；以及S5：在所述通信目录中为所述第二装置创建地址项（“MAC2|IP1”）。

Description

具有机器人和两个可交替地与机器人连接的装置的机器人系 统及更换这些装置的方法

技术领域

本发明涉及具有机器人和两个可交替地与该机器人连接的装置的机器人系统、用于更换与机器人相连的装置的方法、以及具有实施这样的方法的程序的计算机程序产品。

背景技术

对于具有一个或多个机器人的机器人系统，在工业实践中，通常需要更换工具，例如更换具有不同的几何形状、运动学特性等等的各种夹持器。

根据企业内部实践，机器人应用例如通过在标准IEC 61158和IEC 61784.2中定义的PROFINET IO网络与各个工具通信，所述机器人应用程序尤其可处理例如为“打开/关闭夹持器”的运动指令和例如为“将夹持器1更换为夹持器2”的更换指令。

根据迄今为止的企业内部实践，单个的工具被并列地配置为PROFINET自身的设备或者从设备，它们每个都被分配以自己的IP地址和自己的名称。缺点是为此必须相应地设置多个输入和输出，其随着每个额外的更换工具而增加并且由此增加配置开销和数据开销。在一个例子中，如果为工具设置64个输入/输出，则三个相互之间可更换的工具就已经需要192个输入/输出并且需要配置三个不同的PROFINET设备。

一种可设想的解决方案在于，在通信中，尤其是针对PROFINET控制器或者主设备的通信中，对于不同的相互间更换的工具仅设置一个PROFINET设备，并且以相同的IP地址和相同的名称来配置这些工具的PROFINET设备。配置开销和数据开销相应地减小了。

举例来说，如果现在夹持器1由夹持器2来替换，则两个相关的PROFINET设备具有相同的IP地址和相同的名称，但却有不同的设备特定的、通常已由制造商唯一地或者单独地分配的MAC标识。

在用夹持器1工作期间，该夹持器的MAC标识相应地在ARP表中与上述IP地址相对应，机器人应用可以借助PROFINET控制器通过该IP地址利用夹持器1的MAC标识与连接的夹持器1对话。

如果现在连接夹持器2以取代夹持器1，则夹持器2的MAC标识不再与所述ARP项一致。PROFINET控制器向该IP地址发送的分组相应地丢失。

这种情况由PROFINET控制器在一定的时间之后基于超时来识别，所述控制器发送ARP请求并建立与连接的夹持器2的PROFINET设备通信，其中夹持器2的MAC标识以相同的IP地址填写在ARP表中。除了分组丢失的问题，这里还流逝相当长的时间，在实践中例如有1至2秒，直到基于超时发送ARP请求，并据此建立新的通信。这特别是在工业自动化中对于频繁的工具更换是不期望的，因为它会使过程减慢。

在EP 1 307 823 B1中提出，针对故障设备的替代设备发送BOOTP请求，之后，如果监控代理确定两个装置的端口地址一致，该代理据此向替代设备发送故障装置的IP地址。

发明内容

本发明的目的是改善对能够可选择地与机器人连接的装置的更换。

本发明的目的由权利要求1所述的方法来实现。权利要求10提出了受保护的机器人系统，其用于实施本发明的方法，权利要求11提出了一种计算机程序产品，特别是机器可读的数据载体或存储介质，其具有用于实施本发明的方法的程序。从属权利要求涉及有利的拓展方案。

机器人系统包括一个或多个机器人。对这些机器人中的至少一个机器人设置两个或更多个可以交替地与该机器人连接的装置。所述装置优选包括用于连接到通信装置（尤其是网络，优选是PROFINET网络，最好是PROFINET IO网络）的网络通信装置（尤其是现场装置），以及一个或多个工具（例如夹持器），和/或一个或多个其他外围设备。对于PROFINET（IO）网络，该网络通信装置包括所谓的PROFINET（IO）设备或PROFINET（IO）从设备。

机器人系统还包括机器人应用程序,例如系统控制器或机器人控制器和/或通过它们处理的程序。机器人应用向装置、特别是向所述装置的至少一个工具和/或其他外围设备的控制器发送指令，尤其是动作指令和/或运动指令， 如“打开/关闭夹持器”、“启用/禁用保持磁铁/焊接电流/油漆供给”等等，和/或更换装置指令比如“从装置1解耦”、“与装置2耦合”等等。机器人应用程序与所述装置特别是它的控制器优选通过网络进行通信，在此，设置网络主设备，该主设备向所述装置的相应网络从设备传送机器人应用程序的指令，该从设备优选将这些指令传送到所述装置的控制器。在PROFINET（IO）网络中，网络主设备包括PROFINET（IO）控制器或主设备。

根据本发明，尤其是通过网络主设备检测与第一装置的通信的断开。为此目的，主设备可执行例如看门狗功能以监控与从设备的通信，其中主设备例如周期性地检测在场信号（Anwesenheitssignals）的存在。在一优选的实施例中，在检测到从设备的断开或离场时，堆栈向驱动程序发出回叫（call-back）信息。

根据本发明，据此将第一装置的地址项从通信目录中删除。在通信目录中，优选将一个或多个通信标识与特定于装置的、优选与装置一一对应的或唯一的标识彼此一一对应。通信标识优选在配置系统或网络时，特别是配置从设备时分配给装置。在一优选的实施例中，对可交替地与机器人连接的、具有不同的特定标识的不同装置分配相同的通信标识。

通信目录尤其可以包括或者就是ARP目录或ARP表，在此ARP特别是表示“地址解析协议”。特定的或唯一的标识尤其可以是物理地址，优选是MAC标识或MAC地址，在此MAC特别是表示“介质访问控制”。通信标识尤其可以是IP地址和/或名称，在此IP特别是表示“互联网协议”。

优选一旦检测到与第一装置的通信的断开，就从通信目录中删除该第一装置的地址项。如果现在建立了与第二装置的通信，则基于缺失的地址项立即在所述通信目录中为第二装置创建地址项，其中优选通过发送ARP请求。

因此不必等待例如直到发送ARP查询并且基于该查询接受ARP项，而是更确切地说，在新的从设备注册时网络主设备依据缺失的ARP项立即识别出ARP查询的必要性。用IP地址发送到不再存在的从设备的分组也不再丢失，因为基于缺失的ARP项这些分组不再被发送。在测试中已证明，基于本发明的针对移除的装置删除地址项，可以使装置的更换明显更快速地进行，有利地是在FSU（“快速启动（Fast Start Up）”）的时间框架内。

为此特别是可以快速启动过程（Schnellhochlauf）来建立与第二装置的通 信、特别是以快速启动（Fast Start Up）进行，优选最多在0.75秒、尤其是最多在0.55秒内完成。PROFINET快速启动优选包括新连接的第二PROFINET从设备的所谓的Hello请求，以及包括相继的在PROFINET主设备和从设备之间的、以所谓的连接请求或连接响应交替进行的通信。

优选在与第二装置建立通信之前，从通信目录中删除关于第一装置的地址项，以在与第二装置连接时基于缺失的地址项无延迟地开始建立通信以及为第二装置创建地址项。特别优选一旦检测到与第一装置的通信的断开，就从通信目录中删除关于第一装置的地址项。

为了更换装置第一装置的断开是期望的。而例如该装置导致通信的断开也造成不期望的损失，该断开例如要通过网络主设备予以识别，网络主设备然后为仍然在通信目录中存在的通信地址确定超时。由此，在一优选的实施方式中，检测机器人应用程序的装置更换指令，并且仅当检测到机器人应用程序的更换装置指令以及与第一装置的通信断开时，才从通信目录中删除关于第一装置的地址项。

在一优选的实施例中，可以预先配置通信以及第一和第二装置。特别是可以配置网络以及所属的主设备和从设备，在此优选为不同的、可交替连接的装置分配相同通信地址、尤其是名称和/或IP地址，从而使机器人应用程序或主设备始终可以依据相同的IP地址与相应的相连的装置对话。

附图说明

本发明的其它优点和特征由实施例给出。在此，部分地以示意图形式示出了：

图1：示出了根据本发明实施例的机器人系统的机器人和两个工具；

图2：示出了图1中的机器人系统的机器人应用程序、PROFINET IO主设备和两个PROFINET IO从设备；以及

图3从上至下示出了根据本发明实施例的、用于将图1中机器人系统的一个工具更换为另一工具的方法的流程。

具体实施方式

图1示出了工业机器人R，工具W1或与之不同的工具W2可替换地固 定于所述工业机器人R上，以便执行自动化过程的不同的子任务，例如安装。

图2为此示出了PROFINET IO网络K，机器人应用程序APP通过该网络控制工具W1和W2。工具W1、W2连同各自的PROFINET IO设备D1或D2或PROFINET IO现场设备或从设备分别形成装置（W1，D1）或（W2，D2）。

在配置PROFINET IO网络时，已将IP地址“IP1”分配给具有特定的或唯一的、例如由制造商在网卡的ROM中固定地预设置的MAC地址“MAC1”的从设备D1。由于两种工具W1、W2应交替地使用并由机器人应用程序APP统一地访问，相同的IP地址“IP1”也被分配给具有相应的MAC地址“MAC2”的从设备D2。此外，在网络K中设置具有驱动器和堆栈（图中未示出）的PROFINET IO控制器或主设备CTRL，其特别是经由所属的从设备D1和D2将机器人应用程序APP的指令分别传送给相应的工具W1或W2。

为了从工具W1更换为工具W2，首先机器人应用程序APP发送更换装置指令S1，如在图3中示出的，其自上向下表示在时间上的方法流程。

为此机器人R移动至存放姿态（图中未示出），在该存放姿态工具W1在物理上与机器人R分开。主设备CTRL例如通过相应的看门狗查询S2来检测由此随之而来的与相应的从设备D1的通信的断开。

由于相应的更换装置指令S1先前已经被检测到，主设备CTRL识别出期望的断开已完成，并随即删除ARP表中相应的地址项，在该ARP表中存储有装置（W1，D1）的特定的MAC地址“MAC1”与通信地址“IP1”的对应关系，该通信地址用于在最初与从设备D1建立通信（图中未示出）之后与和机器人连接的工具进行对话。删除在图3中由斜叉表示（图3：“S3”）。

现在通过使工具W2物理地固定到机器人上以及工具的从设备D2与网络相连接，使第二装置与机器人相连接。网络然后据此向主设备CTRL发送Hello请求（图3：“S4.1”）。

基于根据本发明的、由于第一装置（W1，D1）的断开而进行的地址项“MAC1∣IP1”的删除，主设备CTRL不必等待超时，立即发送ARP请求并建立与新的从设备D2的通信。该通信的建立用初始的Hello请求S4.1和随后的未区分示出的请求和响应S4.2作为PROFINET IO快速启动在约0.5秒内实现。在此特别是在ARP表ARP中接受地址项“MAC2∣IP1”，其将 从设备D2的特定的MAC地址“MAC2”与IP地址“IP1”彼此相对应，机器人应用程序APP或主设备CTRL用所述IP地址与相连接的工具对话。

现在机器人应用程序APP可向新工具W2发送指令（图3：“S6”），例如“打开夹持器”等等。

在重新工具更换时，例如返回到工具1或未示出的其他工具，类似地执行更换装置指令，检测通信的断开，然后删除ARP项，在快速启动中建立与新的从设备的通信，并将其MAC地址和IP地址存储在ARP表中。

如所描述的，工具更换可以更快地在快速启动的时间要求之内完成，而无分组丢失，这是由于主设备CTRL或它的TCP/IP协议栈（未详细示出）通过针对这个IP地址在分组被发送到这个IP地址之前，由于有意地删除而导致缺失的ARP项，被迫发送ARP请求。因此，在ARP表中始终仅有当前存在的MAC地址。

附图标记列表

Claims (12)

1.一种用于使与机器人(R)连接的、与机器人应用程序(APP)进行通信的多个装置(W1，D1；W2，D2)进行交替的方法，包括以下步骤：

S1：检测所述机器人应用程序的更换装置指令；

S2：检测与第一装置(W1，D1)的通信的断开；

S3：当检测到所述机器人应用程序的更换装置指令和与所述第一装置的通信的断开时，从通信目录(ARP)中删除关于所述第一装置的地址项(“MAC1|IP1”)；

S4：建立与第二装置(W2，D2)的通信；以及

S5：在所述通信目录中为所述第二装置创建地址项(“MAC2|IP1”)，

其中，所述第一装置与第二装置彼此不同且不相关。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信通过PROFINET网络进行。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信通过PROFINET IO网络进行。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在快速预备阶段建立与所述第二装置的通信。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在快速启动阶段建立与所述第二装置的通信。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，以最高0.75秒建立与所述第二装置的通信。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，以最高0.55秒建立与所述第二装置的通信。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，在建立与所述第二装置的通信之前，从所述通信目录中删除关于所述第一装置的地址项。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一装置和所述第二装置具有不同的特殊标识(MAC1，MAC2)和相同的通信标识(IP1)。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，预先配置所述通信和所述第一装置和第二装置。

11.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述建立与第二装置(W2，D2)的通信包括：使第二装置与机器人相连接，通过网络发送Hello请求。

12.一种机器人系统，其具有至少一个机器人(R)、至少两个可交替地与该机器人连接的装置(W1，D1；W2，D2)、机器人应用程序(APP)和通信装置(K)，其特征在于

在所述通信装置(K)设置有网络主设备(CTRL)，所述网络主设备用于：检测所述机器人应用程序的更换装置指令；检测与第一装置(W1，D1)的通信的断开；当检测到所述机器人应用程序的更换装置指令和与所述第一装置的通信的断开时，从通信目录(ARP)中删除关于所述第一装置的地址项(“MAC1|IP1”)；建立与第二装置(W2，D2)的通信；以及在所述通信目录中为所述第二装置创建地址项(“MAC2|IP1”)，

其中，所述第一装置与第二装置彼此不同且不相关。