CN103429399A

CN103429399A - 用于命令机器人的系统

Info

Publication number: CN103429399A
Application number: CN2011800654908A
Authority: CN
Inventors: O.贝克; H.吕德勒; F.戴
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2013-12-04
Also published as: EP2665585A2; WO2012097834A2; WO2012097834A3; EP2665585B1

Abstract

本发明涉及用于通过可编程逻辑控制器（92）命令机器人（90，120）的系统（30），其包括：至少两个功能块（10，32，34，36，38），其中至少一个输入用于触发（12，42，44，46，48）附属PLC功能的执行并且至少一个输出（14，16，18，62，64，66）指示附属功能块（10，32，34，36，38）的状态，其中每个功能块（10，32，34，36，38）代表要被命令的机器人（90，120）的移动路径的移动段（112，114，116，118），机器人控制器接口（40），其将当前执行中的功能块（10，32，34，36，38）编排到机器人命令内。这些功能块（10，32，34，36，38）相继链接（62－44；64－46；66－48）在一起，使得后续功能块的执行通过行动功能块的输出而触发。编排的机器人命令（74，76，78，80，82，84）可应用于机器人控制器（94，122）并且机器人控制器接口（40）准备接收机器人控制器（94，122）的反馈信号，其影响附属功能块（10，32，34，36，38）的输出（14，16，18，62，64，66）状态。

Description

用于命令机器人的系统

技术领域

本发明涉及用于通过可编程逻辑控制器命令机器人的系统和用于命令机器人的附属方法。

背景技术

已知机器人广泛地在例如材料处理、机器抚育、部件组装、电弧焊或车辆喷漆的工业应用中使用。此外，类似拾置或码垛应用的处理任务典型地可由机器人实现。通常，若干机器人沿公共生产线一同工作，而每个机器人预见用于某一生产步骤。那些机器人的整体控制典型地由系统实现，该系统基于可编程逻辑控制器（PLC）。该可编程逻辑控制器例如根据输送系统的位置协调不同机器人的工作序列的触发，要组装的工件以此沿机器人的不同工作位置传输。PLC的编程采用更广的方式而标准化，例如通过IEC 61131，因此关于该问题，精通PLC编程的人员能够操作广泛的不同PLC控制的生产线。

机器人通常包括机器人操纵器，其在移动中具有若干自由度，例如六个或七个，而在该机器人操纵器的末端处典型地预见类似钳子的末端执行器或类似焊枪的另一个工具。在移动中具有至少六个自由度的机器人操纵器能够在每个取向中将附属工具定位在它的工作范围的每个坐标内。从而，沿机器人工具的移动路径的坐标典型地需要六个值，三个针对附属坐标并且三个针对附属取向。机器人的工作范围取决于机器人并且例如可在附属机器人底座周围的1m至3m的半径内。

机器人的移动典型地由专用机器人控制器控制，该专用机器人控制器在一侧上包括一类计算机系统并且在另一侧上包括用于机器人的附属驱动器的若干放大器。典型地，移动中的每个自由度需要例如电机的专用驱动器。期望的机器人移动通常包含在机器人程序内，其存储在机器人控制器的计算机系统上。移动路径由给定坐标之间的移动段序列组成，这些给定坐标在机器人程序内规定。从而，机器人程序可包含具有“从当前坐标以速度[z]线性移动到坐标[x1, x2, x3, o1, o2, o3]”或“从当前坐标以速度[z]线性移动到当前坐标+delta[x1, x2, x3, o1, o2, o3]”内容的命令。另外，机器人程序典型地包括机器人的配置数据，例如关于轴限制或安装的设备的信息。机器人控制器计算不同马达的附属控制信号，使得机器人操纵器的尖端执行期望的运动。由共同的机器人控制器控制两个或以上的机器人，这也是能想到的。

从而，机器人的编程是相当耗时的任务并且需要专门的知识。因为每个机器人制造者典型地为他的机器人提供不同的编程语言，如果不同种类的机器人安装在制造厂的相同生成线内，编程工作量也增加。

在该技术发展水平内，这样的生产线的操作需要至少两个不同的控制系统：在一侧上用于整体控制的PLC系统并且在另一侧上用于不同制造者的机器人的控制系统（其全部必须由生产线的相同操作人员操作），这是不利的。

发明内容

基于该技术发展水平，本发明的目标是提供用于控制或命令机器人的系统，其在编程、调试或操作期间需要较少的工作量。

该问题通过用于通过上述种类的可编程逻辑控制器而命令机器人的系统来解决。该系统包括：至少两个功能块，其中至少一个输入用于触发附属PLC功能的执行并且至少一个输出指示附属功能块的状态，其中每个功能块代表要被命令的机器人的移动路径的移动段；和机器人控制器接口，其将当前执行中的功能块编排到机器人命令内。这些功能块相继链接在一起，使得后续功能块的执行通过行动功能块的输出而触发。编排的机器人命令可应用于机器人控制器并且PLC的机器人控制器接口被准备以接收机器人控制器的反馈信号，其影响附属功能块的输出状态。

本发明的基本思想在于使用可编程逻辑控制器的PLC功能性用于命令机器人本身。从而，机器人的不同运动命令通过使用附属专用PLC功能块而相继发送到机器人控制器。每个PLC功能块能用标准PLC用户接口来编程，并且每个PLC功能块对应于某一机器人命令，例如对应地“从当前位置移动到坐标[x1, x2, x3, o1, o2, o3]”或“在坐标[v1, v2, v3]周围以半径[z]执行圆周移动”或等。期望的功能可从可用类型的功能块列表选择，其中在PLC编程期间参数必须变成规定的。从而，整个期望的移动路径在PLC功能序列中可用。当然，这样的PLC功能序列不一定变成在线编辑－此外，它可从外部（例如从数据表或文件）输入可编程逻辑控制器内。

通过可编程逻辑控制器命令机器人在于及时且相继向机器人控制器提供机器人命令，之后必须执行这些机器人命令。从而，可编程逻辑控制器的功能块必须采用对应于期望的机器人移动路径的移动段序列的确切相同的序列执行。根据本发明，如果向附属输入提供附属信号，每个功能块被触发或执行。第一功能块例如通过起动信号而单独被触发，而每个后续功能块通过行动功能块的输出而触发。

为了将当前执行的功能块的该序列转变为机器人命令序列（其能由机器人控制器执行），当前执行中的每个功能块通过机器人控制器接口而编排到附属机器人命令内。那些编排的机器人命令可应用于机器人控制器，使得它们可以被执行。

根据本发明，预见当前执行的机器人命令的实际状态被发送回到控制器接口，使得附属功能块的输出状态对应地被实施。该信息对于触发后续功能块是重要的。否则，行动功能块一经起动后就执行每个后续功能块，使得功能块的执行与机器人移动的执行差不多不同步，这将是可能的。从而，实现通过使用可编程逻辑控制器的机器人的控制，这独立于机器人的编程语言并且采用有利的方式利用广泛标准化的PLC功能。

在本发明的变化形式中，功能块的至少一个输出对至少三个状态编码，即指示功能块已经被激活的第一状态、指示机器人已经开始对应运动的第二状态、指示机器人已经完成对应运动的第三状态。这采用有利的方式实现条件的控制：后续命令在什么时间发送到机器人控制器以及要由机器人（相应地，机器人控制器）执行的命令栈有多长。

根据本发明的另外的变化形式，后续功能块通过对第一状态（即，附属功能块已经被激活）编码的行动功能块的输出而触发。从而，在行动功能块已经起动以变成执行就提前将后续命令提供给机器人控制器。从而，机器人在没有任何中断的情况下完成行动命令之后立即开始执行后续命令。利用该方法，因为机器人的先行算法可提前需要若干命令，提前提供更大量的机器人命令，从而实现平滑的机器人运动，这是可能的。根据期望的机器人移动，这可以是优选的解决方案。

根据本发明的另一个变化形式，还预见至少一个后续功能块由对第二状态（即，机器人已经开始附属运动）编码的行动块的输出而触发。通过该方法，可能的是，提前提供正好一个机器人命令。根据期望的机器人移动，这可以是优选的解决方案。

遵循本发明的另外的变化形式，预见至少一个后续功能块通过对第三状态（即，机器人已经完成行动块的对应运动）编码的行动功能块的输出而触发。根据该方法，未提前提供机器人命令。从而，机器人将在那些连续命令之间执行运动停止，从而等待下一个命令。根据期望的机器人移动，这可以是优选的解决方案。

在本发明的另外的实施例中，至少一个功能块由数据处理装置上的附属软件功能实现。这样的数据处理装置可以是，例如用于控制生产线的已用计算机。从而，附加硬件的工作量可以采用有利的方式通过将根据本发明的系统的功能性实现到现有硬件中而减少。

但在另一方面，通过附属硬件模块实现功能块，这也是能想到的。该变化形式实现附属功能的非常快速执行。使用更大量的相同软件模块用于实现更大量的功能块将减少用于采用有利的方式实现这样的系统的工作量，而系统也容易扩大（如需要的话）。

在另外的实施例中，可以在像机器人控制器软件一样的相同硬件上执行功能块。从而，不需要附加硬件用于实现PLC功能性。

在本发明的优选形式中，机器人控制器包括运动队列，其预见为将编排的机器人命令存储在其中。这对于本发明的那些变化形式尤其有用，其中预见通过对第一或第二状态编码的行动功能块的输出而触发后续功能块。在那些情况下，在机器人命令可以变成由机器人控制器执行之前提前提供它们。从而，需要命令栈，其采用有利的方式可由这样的运动队列实现。

根据本发明的另外的变化形式，预见从运动队列消除那些编排的机器人命令，其已经由机器人执行。在将那些命令已经被执行的信息发送到机器人控制器接口后，它们对于进一步的行动没有进一步的影响。

该问题还通过用于使用根据本发明的系统来命令机器人的方法而解决，该方法包括以下步骤：

●在PLC上发起第一功能块的执行，

●将分配给第一功能块的机器人命令编排到机器人控制器的运动队列内，

●通过附属行动块的输出发起后续功能块的执行，

●将分配给每个后续功能块的机器人命令编排到机器人控制器的运动队列内，

●执行存储在机器人控制器的运动队列中的命令，

●向至少附属功能块提供附属移动段的执行的状态数据，

●根据提供的状态数据更新至少一个功能块的输出。

已经对应地对于附属系统描述该方法的优势。

本发明的另外的有利实施例在从属的权利要求中提及。

附图说明

现在将凭借示范性实施例并且参考附图来进一步解释本发明，其中：

图1示出可编程逻辑控制器（PLC）的示范性功能块，

图2示出用于通过PLC命令机器人的示范性系统以及

图3示出具有移动路径的示范性机器人。

具体实施方式

图1示出功能块10，其包括用于触发附属功能的执行的输入12（在图中用“T”引用）、另外的输入20（在图中用“I1”、“I2”、“I3”、“In”引用）和三个输出14、16、18（在图中用“O1”、“O2”、“O3”引用）。功能块描述输入20与输出14、16、18之间的功能关系，其全部预见为对状态TRUE或FALSE编码。第一输出14代表第一状态，即已经激活功能块，第二输出16代表第二状态，即附属移动段的执行已经开始，而第三输出代表第三状态，即附属移动段的执行已经完成。这样的功能块与利用专用硬件一样好地作为软件功能而可实现。

图2示出用于通过PLC来命令机器人的示范性系统30。可编程逻辑控制器92包括相继连接的四个示范性功能块32、34、36、38。第一功能块32的执行可以由它的输入42（例如由外部手动信号）触发。功能块的第一输出62连接到后续功能块34的触发输入44。第一输出62在它的TRUE状态中指示已经开始执行功能块32。从而，在一起动行动块32就执行后续的第三功能块34。因此，附属机器人命令由机器人控制器接口40在一定程度上同时地编排到实际机器人命令内。编排的命令都应用于机器人控制器94，其还包括用于相继存储编排机器人命令的运动队列。数据连接线68（典型地，现场总线）预见为在PLC 92与机器人控制器94之间。运动队列可以是机器人控制器94自身的一部分，但它还可以集成到可选的PLC接口50内，其预见为协调与可编程逻辑控制器92的通信。

机器人控制器94包括具有存储并且执行机器人移动程序能力的计算装置。该机器人移动程序包括第一70和第二72架构部分，其构成包括运动命令的机器人程序的一部分。在该情况下，编排的运动命令74、76、78、80、82、84相继集成到可执行机器人程序内，使得机器人90相继执行那些命令。

因为对应于第二32和第三34功能块的命令在一定程度上同时应用于机器人控制器94，运动队列具有第二命令作为备用，而第一命令由机器人90执行。从而，机器人90在两个移动段的执行之间不中断运动。

第四功能块36利用它的触发输入46通过第三移动块34的第二输出64来触发。第二输出64对第二状态（即已经开始附属移动段的执行）编码。从而，对应于第四功能块36的机器人命令在机器人90已经开始执行对应于第三功能块34的移动段后被编排到运动队列内。同时，已经开始执行的信息由通信线68从机器人控制器94提供给PLC 92。

第五功能块38利用它的触发输入48通过第四功能块36的第三输出66来触发。第三输出66对第三状态（即已经完成对应于第四移动块36的移动段的执行）编码。从而，附属机器人命令直到运动队列内所有以前的命令已经由机器人90执行才编排到运动队列内。因此，机器人运动将在执行最后的机器人命令之间停止。在该情况下，数据通信线52、54、56、58假设为由可编程逻辑控制器92内的纯数据交换（例如，由变量）而实现。如果可编程逻辑控制器将已经由专用物理硬件而不是软件模块实现，那些数据通信线将是实际的物理现有线。

图3示出在简图100中具有移动路径的示范性机器人。机器人120连接到机器人控制器122，其连接到未示出的可编程逻辑控制器。根据规定的移动路径，机器人120将沿由坐标102、104、106、108、110（其在它们之间建立移动段112、114、116和118）限定的移动路径移动。每个坐标102、104、106、108、110必须假设为至少包括六个坐标值，三个针对XYZ方向上的坐标并且三个针对附属取向，借此还可预见机器人的配置数据。当然，根据本发明通过可编程逻辑控制器在移动中以较少的自由度命令机器人，这也是可能的。

标号列表

Claims

1. 一种系统（30），用于通过可编程逻辑控制器（PLC）（92）命令机器人（90，120），其包括：

●至少两个功能块（10，32，34，36，38），其中至少一个输入用于触发（12，42，44，46，48）附属PLC功能的执行并且至少一个输出（14，16，18，62，64，66）指示附属功能块（10，32，34，36，38）的状态，其中每个功能块（10，32，34，36，38）对应于要被命令的所述机器人（90，120）的移动路径的移动段（112，114，116，118），

●机器人控制器接口（40），其将当前执行中的所述功能块（10，32，34，36，38）编排到机器人命令内，

其中所述功能块（10，32，34，36，38）相继链接（62－44；64－46；66－48）在一起，使得后续功能块的执行通过行动功能块的输出而触发，其中编排的机器人命令（74，76，78，80，82，84）可应用于机器人控制器（94，122），其中所述机器人控制器接口（40）被准备以接收所述机器人控制器（94，122）的反馈信号，其影响所述附属功能块（10，32，34，36，38）的输出（14，16，18，62，64，66）状态。

2. 如权利要求1所述的系统，其中，至少一个输出（14，16，18，62，64，66）对至少三个状态编码，即

●第一状态，其指示所述功能块（10，32，34，36，38）已经被激活；

●第二状态，其指示所述机器人（90，120）已经开始对应运动；

●第三状态，其指示所述机器人（90，120）已经完成所述对应运动。

3. 如权利要求2所述的系统，其中，至少一个后续功能块由所述行动功能块的所述第一状态触发。

4. 如权利要求2或3所述的系统，其中，至少一个后续功能块由所述行动功能块的所述第二状态触发。

5. 如权利要求2至4中的一个所述的系统，其中，至少一个后续功能块由所述行动功能块的所述第三状态触发。

6. 如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，至少一个功能块由数据处理装置上的附属软件功能实现。

7. 如权利要求6所述的系统，其中，所述功能块在机器人控制器的相同硬件而不是机器人控制器软件上实现。

8. 如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，至少一个功能块由附属硬件模块实现。

9. 如前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述机器人控制器（94，122）包括运动队列，其预见为将所述编排的机器人命令（74，76，78，80，82，84）存储在其中。

10. 如权利要求8所述的系统，其中，所述机器人控制器（94，122）预见为从所述运动队列消除那些编排的机器人命令（74，76，78，80，82，84），其已经由所述机器人（90，120）执行。

11. 一种方法，用于使用如权利要求8或9的系统命令机器人，其包括以下步骤：

●发起第一功能块（10，32，34，36，38）的执行，

●将分配给所述第一功能块的机器人命令编排到所述机器人控制器（94，122）的所述运动队列内，

●通过所述附属行动块的输出发起后续功能块（34，36，38）的执行，

●将分配给每个后续功能块的机器人命令编排到所述机器人控制器（94，122）的所述运动队列内，

●执行存储在所述机器人控制器（94，122）的所述运动队列中的命令，

●向至少所述附属功能块（10，32，34，36，38）提供所述附属移动段（112，114，116，118）的执行的状态数据，

●根据提供的状态数据更新至少一个功能块（10，32，34，36，38）的输出（14，16，18，62，64，66）。