CN104635633A - 一种具有WiFi无线通讯的多总线式工业机器人控制系统 - Google Patents

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孙一兰
陶耀东
李锁
任艳
吴世丹
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Abstract

本发明涉及工业机器人自动控制技术领域，特别是涉及具有WiFi无线通讯的总线式工业机器人控制系统。包括机器人示教器和主控制器两部分，在机器人示教和测试再现阶段，通过线缆与机器人主控制器连接，实现机器人操作；在生产再现阶段，通过WiFi无线通讯功能，将在线修改的机器人运行参数传送给机器人主控制器，如再现速度、循环次数等。同时，机器人硬件系统的CPCI-BUS总线板卡，可配置3种不同的工业以太网总线，分别是MIII总线、SSBIII总线和Ethercat总线，实现一台机器人主控制器可以同时与一种以上总线接口的伺服系统的连接，增强了机器人主控制器的可配置性。

Description

一种具有WiFi无线通讯的多总线式工业机器人控制系统
技术领域
本发明涉及工业机器人自动控制技术领域，特别是涉及具有WiFi无线通讯的总线式工业机器人控制系统。
背景技术
自动化生产线由工业机器人、加工设备、物料传送装置、料仓等组成。因此，一方面要求机器人操作简便、安全，提高与加工设备及其他设备的配套应用效率；一方面要求机器人高性能、低成本，降低整套生产线的前期投入。
在机器人的生产再现阶段，当需要根据现场生产任务的变化而对机器人的运行参数进行修改时，如再现速度、循环次数等，需要通过机器人示教器修改编程参数。现有的机器人示教器与机器人主控制器通过线缆连接通讯，这迫使操作者要进入生产线加工区才能进行操作。在生产线加工区，通常有多条生产线，而一条生产线又有多台机器人、多条物料传送带以及料仓等，人员穿行存在高度的安全隐患。
机器人的主控制器和伺服系统是机器人的关键部件，两部件高速、协调配置完成对机器人的控制。一般地，机器人主控制器之可以支持一种总线接口驱动，也就是只能与一种总线接口的伺服系统连接，缺少了可配制性。
发明内容
为了解决上述实际需求与问题，本发明提供了一种具有WiFi无线通讯的多总线式工业机器人控制系统，在机器人示教器中设计了WiFi无线通讯功能，在机器人主控制器中设计了支持多种总线通讯接口的硬件系统。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种具有WiFi无线通讯的多总线式工业机器人控制系统，包括机器人示教器和机器人主控制器两部分，所述机器人主控制器的硬件系统包括由电源模块、CPCI-CPU处理器板卡、CPCI-4ECDP轴控制板卡、CPCI-I/O输入输出接口板卡、CPCI-BUS总线板卡以及连接各板卡的CPCI系统级通信底板；其中，通过CPCI-BUS总线板卡配置3种不同的工业以太网总线，分别是MIII总线、SSBIII总线和Ethercat总线，使一台机器人主控制器可以同时与一种或一种以上总线接口的伺服系统连接。
所述CPCI-BUS总线板卡包括PCI总线控制器、总线控制器、NIOS处理器、和AVLON总线控制器和外部时钟管理模块；所述总线控制器通过Avalon总线接口模块、NIOS处理器与PCI总线控制器交互数据；所述总线控制器包括MIII总线控制器，SSBIII总线控制器，Ethercat总线控制器。
所述机器人示教器配置示教器WiFi无线装置，所述机器人主控制器配置主控制器WiFi无线装置；在机器人示教和测试再现阶段，机器人示教器通过示教器线缆与机器人主控制器连接，实现机器人操作；在生产再现阶段，机器人示教器通过WiFi无线装置和WiFi无线装置与机器人主控制器连接，将在线修改的机器人运行参数传送给机器人主控制器。
本发明具有以下优点及有益效果：
1、所设计的机器人示教器，一方面可以通过线缆与机器人主控制器通讯，完成机器人的示教、测试再现等过程中的操作和编程；一方面可以通过WiFi无线与机器人主控制器通讯，将在线修改的机器人运行参数通过无线网络传送给机器人主控制器，既提高了操作的简便性，又实现生产线加工区的无人化以提高生产的安全性。
2、所设计的机器人主控制器，其硬件系统中的CPCI-BUS总线板卡，可配置3种不同的工业以太网总线，实现一台机器人主控制器可以同时与一种以上总线接口的伺服系统的连接，增强了机器人主控制器的可配置性，支持机器人整机制造商根据用户对成本、性能的不同要求而配置不同品牌的伺服系统。
附图说明
图1为机器人主控制器的硬件系统结构图；
图2为示教和测试再现阶段的机器人示教器与主控制器的通讯连接图；
图3为生产再现阶段的机器人示教器与主控制器的通讯连接图；
图4为CPCI-BUS总线板卡的逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明所设计的具有WiFi无线通讯的多总线式工业机器人控制系统，包括机器人示教器和主控制器两部分。图1是机器人主控制器11的硬件系统结构图，由电源模块1、CPCI-CPU处理器板卡2、两块CPCI-4ECDP轴控制板卡3、CPCI-I/O输入输出接口板卡4、CPCI-BUS总线板卡5和连接各板卡的CPCI系统级通信底板组成。在机器人的示教和测试再现阶段，图2中的机器人示教器10和机器人主控制器11通过示教器线缆12连接。示教器线缆12是26芯双绞电缆，将机器人示教器10的按键命令传送给机器人主控制器11，再将机器人主控制器11的控制结果传送回机器人示教器10进行显示，快速、准确地完成机器人的示教编程。完成机器人的示教和测试再现，机器人就与生产线中的物料传送装置协调配合进行生产加工，即机器人的生产再现阶段，此时去掉示教器线缆12，机器人自动进行循环操作。在循环操作中，生产任务如果修改，需要更改机器人的再现速度、循环次数等运行参数时，则图3中的机器人示教器10和机器人主控制器11通过示教器WiFi无线装置13和主控制器WiFi无线装置14进行通讯，使操作者在加工区外简便、安全地对机器人进行参数修改。
本发明所设计的图3中机器人主控制器中的CPCI-BUS总线板卡，可配置3种不同的工业以太网总线，分别是MIII总线接口7、SSBIII总线接口8和Ethercat总线接口9。其中，MIII总线是日本安川伺服系统的专用总线；SSBIII总线是沈阳高精伺服系统的专用总线；Ethercat总线是国际通用标准总线，如日本山洋伺服系统的总线采用的就是该总线。当机器人整体制造商为降低成本、提高性能同时选用两种具有不同总线接口的伺服系统时，本设计可以提供三种组合方式，即SSBIII总线与MIII总线组合、SSBIII总线与Ethercat总线组合、MIII总线和Ethercat总线组合。当选择三种组合中的一种时，比如SSBIII总线与MIII总线组合，只要将两种伺服系统的连接线缆插入CPCI-BUS总线板卡的MIII总线接口7、SSBIII总线接口8，同时将机器人主控制器的伺服配置参数中的总线类型钩选为MIII和SSBIII，即完成日本安川伺服系统、沈阳高精伺服系统与本机器人控制系统的连接应用。
本发明所设计的机器人主控制器中的CPCI-BUS总线板卡5的硬件电路以FPGA为核心的3种工业以太网总线与PCI总线控制器进行交互数据的控制逻辑，3种工业以太网总线电路。其中总线交互数据的控制逻辑是电路的核心部分，FPGA的内部包括PCI总线接口，MIII总线接口，SSBIII总线接口，Ethercat总线接口，集成软核处理器Nios的协处理器模块，外部时钟管理模块等，其内部逻辑框图如图4所示。
总线控制器通过Avalon总线接口模块与NIOS处理器交互数据，其中总线控制器包含有三种，分别为MIII总线控制器，SSBIII总线控制器，Ethercat总线控制器。总线控制器部分主要包括总线地址译码控制、读写时序控制、总线状态应答控制和总线中断控制四个部分，总线状态应答控制主要是根据3种不同的工业以太网总线的控制时序回送应答状态，从而保证3种不同总线读写动作的正确执行，通过分别对3种总线接口的地址译码和读写时序控制，实现总线数据与FPGA中轴控制数据、IO控制数据和通讯检查三部分进行数据交换，从而达到3种总线数据的互通。

Claims (3)

1.一种具有WiFi无线通讯的多总线式工业机器人控制系统，包括机器人示教器（10）和机器人主控制器（11）两部分，其特征在于，所述机器人主控制器的硬件系统包括由电源模块（1）、CPCI-CPU处理器板卡（2）、CPCI-4ECDP轴控制板卡（3）、CPCI-I/O输入输出接口板卡（4）、CPCI-BUS总线板卡（5）以及连接各板卡的CPCI系统级通信底板；其中，通过CPCI-BUS总线板卡（5）配置3种不同的工业以太网总线，分别是MIII总线、SSBIII总线和Ethercat总线，使一台机器人主控制器（11）可以同时与一种或一种以上总线接口的伺服系统连接。
2.根据权利要求1所述的具有WiFi无线通讯的多总线式工业机器人控制系统，其特征在于，所述CPCI-BUS总线板卡（5）包括PCI总线控制器、总线控制器、NIOS处理器、和AVLON总线控制器和外部时钟管理模块；所述总线控制器通过Avalon总线接口模块、NIOS处理器与PCI总线控制器交互数据；所述总线控制器包括MIII总线控制器，SSBIII总线控制器，Ethercat总线控制器。
3.根据权利要求1所述的具有WiFi无线通讯的多总线式工业机器人控制系统，其特征在于，所述机器人示教器（10）配置示教器WiFi无线装置（13），所述机器人主控制器（11）配置主控制器WiFi无线装置（14）；在机器人示教和测试再现阶段，机器人示教器（10）通过示教器线缆（12）与机器人主控制器（11）连接，实现机器人操作；在生产再现阶段，机器人示教器（10）通过WiFi无线装置（13）和WiFi无线装置（14）与机器人主控制器（11）连接，将在线修改的机器人运行参数传送给机器人主控制器（11）。
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