CN104834230B - 一种工业机器人教学培训系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工业机器人教学培训系统及其控制方法，包括仿真教学设备和工业机器人设备，仿真教学设备包括手持示教器、控制器和PC机，手持示教器利用TCP/IP协议的网络与PC机进行数据通讯和数据传输，操控手持示教器输出信号至PC机中；手持示教器利用TCP/IP协议的网络与控制器相连，操控手持示教器输出信号控制工业机器人设备执行相应的动作。本发明具有安全性高、兼容性好、价格低廉等优点，可实现对工业机器人的仿真示教，不会出现由于误操作导致的人员伤亡和机器的损害，非常适合于教学或者新手的练习。

Description

一种工业机器人教学培训系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，具体的说是一种工业机器人教学培训系统及其控制方法。
背景技术
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。目前，世界工业机器人装机总量已达到一百多万台。以汽车制造业为例，每万名生产工人占有机器人的数量，日本为1710台，意大利为1600台，法国为1120台，西班牙为950台，美国为770台，中国还不到90台。如果考虑到制造业整体对机器人的需求，中国工业机器人市场潜力巨大。在2014年，中国已成为全球最大的工业机器人消费国，预计到2015年,中国机器人市场需求量将达3.5万台，将近占全球总量的20％。
随着人口红利的逐渐下降，工业机器人越来越广泛的应用于点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、码垛等行业中，因此如何为企业培养更多的人才亟待解决。但是，由于目前机器人动辄几十万的价格，部分高校、职校或者小企业教学设施配套不足，对机器人的教学还是停留在书本上，难以形成比较系统的教学。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种廉价方便的工业机器人教学仿真方案，即一种工业机器人教学培训系统及其控制方法，以解决工业机器人教学难的问题。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种工业机器人教学培训系统，包括仿真教学设备和工业机器人设备，所述仿真教学设备包括手持示教器、控制器和PC机，手持示教器是仿真教学设备的人机交互部分，所述手持示教器利用TCP/IP协议的网络与PC机进行数据通讯和数据传输，操控手持示教器输出信号至PC机中，PC机即可仿真机器人动作，同时，PC机将仿真机器人的状态信息实时反馈给手持示教器；
所述手持示教器利用TCP/IP协议的网络与控制器相连，操控手持示教器输出信号控制工业机器人设备执行相应的动作，并将执行后的工业机器人设备的当前状态信息经控制器处理后发送到手持示教器上，手持示教器收到信息后更新手持示教器的状态显示和参数显示。
PC机中提供不同行业应用的工艺包，方便根据不同的需求和工艺调整教学仿真的内容；PC机内置的教学软件，是仿真教学设备的执行部分，真实的模拟机器人的动作和姿态。
一种工业机器人教学培训系统的控制方法，包括以下步骤：
1)初始化：包括手持示教器初始化、PC机初始化、控制器初始化；
2)当操控仿真机器人时，PC机读取本地的仿真机器人配置文件、示教文件、全局位置点、错误日志的数据，通过TCP/IP协议的网络连接到手持示教器，并将仿真机器人配置文件、示教文件、全局位置点、错误日志的数据发送到手持示教器，等待读取手持示教器的机器人运动指令或者机器人状态配置指令；
当操控工业机器人设备时，控制器实时准备接收手持示教器所发出的指令；
3)操控手持示教器：
进入操作界面：用户进行文件管理、程序示教、参数配置、坐标系管理和IO逻辑管理操作，手持示教器转换成示教文件和机器人运动指令，所述机器人运动指令包括位置点信息类型和运动轨迹类型；
当操控仿真机器人时，则示教文件和机器人运动指令通过TCP/IP协议的网络发送给PC机，用户进行参数配置、坐标系管理和机器人当前状态设定的操作，转换成机器人参数配合和状态指令，通过TCP/IP协议的网络发送给PC机；
当操控工业机器人设备时，则示教文件和机器人运动指令通过TCP/IP协议的网络发送给控制器，用户进行参数配置、坐标系管理和机器人当前状态设定的操作，转换成机器人参数配合和状态指令，并发送给控制器；
4)接收手持示教器的指令后，判断读取的指令是否为运动指令；
当读取的指令为运动指令时，则位置点信息类型的运动指令会实时的通过机器人的正逆解完成各个关节的角度值和机器人当前的位置和姿态的转换，以确定机器人当前的位置和姿态，运动轨迹类型的运动指令根据PTP轴运动、Lin直线运动、Cric圆弧运动的不同的运动插补方式规划运动的轨迹，结合位置点和运动轨迹计算出每一步的插补值，在操控仿真机器人时，更新PC机中仿真机器人的位置和姿态，并将仿真机器人实时的运动位置和状态发送给手持示教器；在操控工业机器人设备时，则更新工业机器人设备的位置和姿态，并将工业机器人设备实时的运动位置和状态发送给手持示教器；
当读取的指令为参数配置和状态指令时，对于操控仿真机器人时，PC机则更新仿真机器人状态和配置仿真机器人参数，将其更新到PC机的仿真机器人规划和仿真机器人状态中，并向手持示教器实时的发送当前的状态；对于操控工业机器人设备时，控制器则更新工业机器人设备状态和配置工业机器人设备参数，将其更新到控制器的工业机器人设备规划和工业机器人设备状态中，并向手持示教器实时的发送当前的状态；
5)手持示教器实时读取控制器发送的数据，实时更新手持示教器的显示。
本发明可提供完善的工业机器人示教编程的方案，包括机器人不同坐标系下的点动、示教文件的编程、按照示教文件选择单步或者连续执行、实时更改机器人速度等。提供了不同的仿真机器人类型，方便根据不同的需求更换仿真机器人；提供不同的仿真机器人外围设备模型，包括夹具、工具等；提供针对不同行业应用的工艺包，如打磨、喷涂、搬运等；可以按照一定的数据格式导入、导出仿真出的数据文件，该数据文件可以直接在真实的工业机器人设备上运行；提供与教学仿真设备相配套的工业机器人设备，两者有着非常好的兼容性和可移植性。
本发明的有益效果是：本发明具有安全性高、兼容性好、价格低廉等优点，可实现对工业机器人的仿真示教，具体如下：
(1)价格低廉：由于使用了仿真与实体操作形式，以更经济的方式实现让所有学员同时实际操控；
(2)功能全面：涉及了工业机器人的所有操作和应用；
(3)工艺包丰富：提供针对不同行业应用的工艺包，如打磨、喷涂、铣削等；
(4)兼容性好：可以按照一定的数据格式导入导出仿真出的数据文件，该数据文件可以直接在真实的工业机器人设备上运行，和工业机器人设备有着完美兼容，利用手持示教器可操控PC机，也可操控工业机器人设备；
(5)安全性高：不会出现由于误操作导致的人员伤亡和机器的损害，非常适合于教学或者新手的练习。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的系统原理示意图；
图2为本发明的手持示教器的操控原理图；
图3为本发明的PC机的工作原理图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
如图1至图3所示，一种工业机器人教学培训系统，包括仿真教学设备和工业机器人设备4，所述仿真教学设备包括手持示教器1、控制器3和PC机2，手持示教器1是仿真教学设备的人机交互部分，所述手持示教器1利用TCP/IP协议的网络与PC机2进行数据通讯和数据传输，操控手持示教器1输出信号至PC机2中，PC机2即可仿真机器人动作，同时，PC机2将仿真机器人的状态信息实时反馈给手持示教器1；
所述手持示教器1利用TCP/IP协议的网络与控制器3相连，操控手持示教器1输出信号控制工业机器人设备4执行相应的动作，并将执行后的工业机器人设备4的当前状态信息经控制器3处理后发送到手持示教器1上，手持示教器1收到信息后更新手持示教器1的状态显示和参数显示。
PC机2中提供不同行业应用的工艺包，方便根据不同的需求和工艺调整教学仿真的内容；PC机2内置的教学软件，是仿真教学设备的执行部分，真实的模拟机器人的动作和姿态。
一种工业机器人教学培训系统的控制方法，包括以下步骤：
1)初始化：包括手持示教器1初始化、PC机2初始化、控制器3初始化；
2)当操控仿真机器人时，PC机2读取本地的仿真机器人配置文件、示教文件、全局位置点、错误日志的数据，通过TCP/IP协议的网络连接到手持示教器1，并将仿真机器人配置文件、示教文件、全局位置点、错误日志的数据发送到手持示教器1，等待读取手持示教器1的机器人运动指令或者机器人状态配置指令；
当操控工业机器人设备4时，控制器3实时准备接收手持示教器1所发出的指令；
3)操控手持示教器1：
进入操作界面：用户进行文件管理、程序示教、参数配置、坐标系管理和IO逻辑管理操作，手持示教器1转换成示教文件和机器人运动指令，所述机器人运动指令包括位置点信息类型和运动轨迹类型；
当操控仿真机器人时，则示教文件和机器人运动指令通过TCP/IP协议的网络发送给PC机2，用户进行参数配置、坐标系管理和机器人当前状态设定的操作，转换成机器人参数配合和状态指令，通过TCP/IP协议的网络发送给PC机2；
当操控工业机器人设备4时，则示教文件和机器人运动指令通过TCP/IP协议的网络发送给控制器3，用户进行参数配置、坐标系管理和机器人当前状态设定的操作，转换成机器人参数配合和状态指令，并发送给控制器3；
4)接收手持示教器1的指令后，判断读取的指令是否为运动指令；
当读取的指令为运动指令时，则位置点信息类型的运动指令会实时的通过机器人的正逆解完成各个关节的角度值和机器人当前的位置和姿态的转换，以确定机器人当前的位置和姿态，运动轨迹类型的运动指令根据PTP轴运动、Lin直线运动、Cric圆弧运动的不同的运动插补方式规划运动的轨迹，结合位置点和运动轨迹计算出每一步的插补值，在操控仿真机器人时，更新PC机2中仿真机器人的位置和姿态，并将仿真机器人实时的运动位置和状态发送给手持示教器1；在操控工业机器人设备4时，则更新工业机器人设备4的位置和姿态，并将工业机器人设备4实时的运动位置和状态发送给手持示教器1；
当读取的指令为参数配置和状态指令时，对于操控仿真机器人时，PC机2则更新仿真机器人状态和配置仿真机器人参数，将其更新到PC机2的仿真机器人规划和仿真机器人状态中，并向手持示教器1实时的发送当前的状态；对于操控工业机器人设备4时，控制器3则更新工业机器人设备4状态和配置工业机器人设备4参数，将其更新到控制器3的工业机器人设备4规划和工业机器人设备4状态中，并向手持示教器1实时的发送当前的状态；
5)手持示教器1实时读取控制器3发送的数据，实时更新手持示教器1的显示。
本发明可提供完善的工业机器人示教编程的方案，包括机器人不同坐标系下的点动、示教文件的编程、按照示教文件选择单步或者连续执行、实时更改机器人速度等。提供了不同的仿真机器人类型，方便根据不同的需求更换仿真机器人；提供不同的仿真机器人外围设备模型，包括夹具、工具等；提供针对不同行业应用的工艺包，如打磨、喷涂、搬运等；可以按照一定的数据格式导入、导出仿真出的数据文件，该数据文件可以直接在真实的工业机器人设备4上运行；提供与教学仿真设备相配套的工业机器人设备4，两者有着非常好的兼容性和可移植性。
使用时，根据实际的需求，选择操控仿真机器人或者操控工业机器人设备4，操作人员操控手持示教器1，即可对应驱使仿真机器人或者工业机器人设备4动作，达到示教的目的，安全性能极高。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种工业机器人教学培训系统的控制方法，其特征在于：所述工业机器人教学培训系统，包括仿真教学设备和工业机器人设备(4)，所述仿真教学设备包括手持示教器(1)、控制器(3)和PC机(2)，所述手持示教器(1)利用TCP/IP协议的网络与PC机(2)进行数据通讯和数据传输，操控手持示教器(1)输出信号至PC机(2)中，PC机(2)即可仿真机器人动作，同时，PC机(2)将仿真机器人的状态信息实时反馈给手持示教器(1)；
所述手持示教器(1)利用TCP/IP协议的网络与控制器(3)相连，操控手持示教器(1)输出信号控制工业机器人设备(4)执行相应的动作，并将执行后的工业机器人设备(4)的当前状态信息经控制器(3)处理后发送到手持示教器(1)上，手持示教器(1)收到信息后更新手持示教器(1)的状态显示和参数显示；
所述控制方法包括以下步骤：
1)初始化：包括手持示教器(1)初始化、PC机(2)初始化、控制器(3)初始化；
2)当操控仿真机器人时，PC机(2)读取本地的仿真机器人配置文件、示教文件、全局位置点、错误日志的数据，通过TCP/IP协议的网络连接到手持示教器(1)，并将仿真机器人配置文件、示教文件、全局位置点、错误日志的数据发送到手持示教器(1)，等待读取手持示教器(1)的机器人运动指令或者机器人状态配置指令；
当操控工业机器人设备(4)时，控制器(3)实时准备接收手持示教器(1)所发出的指令；
3)操控手持示教器(1)：
进入操作界面：用户进行文件管理、程序示教、参数配置、坐标系管理和IO逻辑管理操作，手持示教器(1)转换成示教文件和机器人运动指令，所述机器人运动指令包括位置点信息类型和运动轨迹类型；
当操控仿真机器人时，则示教文件和机器人运动指令通过TCP/IP协议的网络发送给PC机(2)，用户进行参数配置、坐标系管理和机器人当前状态设定的操作，转换成机器人参数配合和状态指令，通过TCP/IP协议的网络发送给PC机(2)；
当操控工业机器人设备(4)时，则示教文件和机器人运动指令通过TCP/IP协议的网络发送给控制器(3)，用户进行参数配置、坐标系管理和机器人当前状态设定的操作，转换成机器人参数配合和状态指令，并发送给控制器(3)；
4)接收手持示教器(1)的指令后，判断读取的指令是否为运动指令；
当读取的指令为运动指令时，则位置点信息类型的运动指令会实时的通过机器人的正逆解完成各个关节的角度值和机器人当前的位置和姿态的转换，以确定机器人当前的位置和姿态，运动轨迹类型的运动指令根据PTP轴运动、Lin直线运动、Cric圆弧运动的不同的运动插补方式规划运动的轨迹，结合位置点和运动轨迹计算出每一步的插补值，在操控仿真机器人时，更新PC机(2)中仿真机器人的位置和姿态，并将仿真机器人实时的运动位置和状态发送给手持示教器(1)；在操控工业机器人设备(4)时，则更新工业机器人设备(4)的位置和姿态，并将工业机器人设备(4)实时的运动位置和状态发送给手持示教器(1)；
当读取的指令为参数配置和状态指令时，对于操控仿真机器人时，PC机(2)则更新仿真机器人状态和配置仿真机器人参数，将其更新到PC机(2)的仿真机器人规划和仿真机器人状态中，并向手持示教器(1)实时的发送当前的状态；对于操控工业机器人设备(4)时，控制器(3)则更新工业机器人设备(4)状态和配置工业机器人设备(4)参数，将其更新到控制器(3)的工业机器人设备(4)规划和工业机器人设备(4)状态中，并向手持示教器(1)实时的发送当前的状态；
5)手持示教器(1)实时读取控制器(3)发送的数据，实时更新手持示教器(1)的显示。
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