CN105034000B - 一种基于cad导入的工业机器人图形化控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业机器人领域，旨在提供一种基于CAD导入的工业机器人图形化控制系统。该种基于CAD导入的工业机器人图形化控制系统包括工控机控制器、运动控制卡和机器人本体；工控机控制器能将图形化任务转化成运动控制指令，并发送到运动控制卡；运动控制卡能接收运动控制指令，控制机器人本体进行运动；机器人本体包括伺服驱动器、伺服电机和机械关节结构，用于完成具体工作动作。本发明结合了CAD图纸导入和PC机操作的优势，能将加工工件的CAD图纸自动编译为运动控制卡可以执行的机器人指令语句，不需要用户直接输入具体的控制指令代码和参数，提高了参数输入的精度、速度以及编程的速度。

Description

一种基于CAD导入的工业机器人图形化控制系统

技术领域

本发明是关于工业机器人领域，特别涉及一种基于CAD导入的工业机器人图形化控制系统。

背景技术

工业机器人是目前应用最为成熟和成功的机器人技术，目前工业机器人基本都采用手控盒+控制器+机器人本体的结构。针对不同的工作任务和控制目标需要操作人员采用手控盒进行教导编程获得控制任务，手控盒同时可以实现对机器人的手动操作以及启动和停止等功能。

对于复杂运动轨迹的机器人任务，采用手控盒教导编程非常地麻烦，需要专业的人员不断教导实现，对于非规则运动曲线，需要逐点示教的方式存入控制器，较多过程非常复杂，速度也非常慢。针对一个具体的人工，尤其是焊接、喷涂等常规任务，通常焊接的轨迹是已知的，通过焊接工件的CAD图纸可以得到，但是无法直接使用在控制器上。同时在手控盒上进行教导时，是按照机器人运动控制指令编程语言一条一条语句编辑完成的，指令语句不但难于理解，而且不够直观，操作也不方便。

如果能够充分发挥成熟的计算机技术，实现图形化的编程界面，特别是结合CAD图纸导入运动轨迹，将能够直接地获得机器人运动轨迹关键点的坐标，方便提取参数进行编程，进而能够大大提高编程的速度和编程界面的直观性，便于后期程序的维护。故图形化教导的技术，在工业机器人控制领域，拥有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种利用CAD图纸提取位置参数以及图像化编程的思想，提高工业机器人编写控制程序的速度和灵活性的图形化编程方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种基于CAD导入的工业机器人图形化控制系统，包括工控机控制器、运动控制卡和机器人本体，所述工控机控制器用于作为工业机器人图形化控制系统的核心处理器，能将得到的运动控制指令发送到运动控制卡；所述运动控制指令是指运动控制卡能直接执行的指令；

工控机控制器中还设有图形化控制模块，图形化控制模块能将外部设备导入工控机控制器的图形化任务，转化成运动控制卡能执行的运动控制指令；

所述运动控制卡能接收工控机控制器发送的运动控制指令，并能在接收到工控机控制器发出的开始运行指令后，根据接收到的运动控制指令控制机器人本体进行运动；

所述机器人本体包括伺服驱动器、伺服电机和机械关节结构，用于完成具体工作动作；且伺服驱动器能利用脉冲反馈连接到运动控制卡，反馈各个机械关节结构的位置。

在本发明中，所述工控机控制器中，图形化控制模块将图形化任务转化成运动控制指令的具体方法为：

步骤A：利用导入的图形化任务，选择机器人运动轨迹，并提取出运动轨迹上各点的三维坐标，作为特征点；

步骤B：将步骤A获得的特征点的坐标进行EXCEL表格化：

将特征点序列按行进行显示，即EXCEL表格的每一行用于显示一个特征点的数据；

EXCEL表格的第一列为特征点的序号；第二列为特征点的X坐标；第三列为特征点的Y坐标；第四列为特征点的Z坐标；第五列为特征点的运动类型，选择为0或者1，为0表示为直线运动，为1表示为圆弧运动；第六列为圆弧半径，只有在第五列为1表示圆弧运动时，此列参数才有意义；第七列为运动速度；第八列为位姿选项；

其中，EXCEL表格的第七列运动速度、第八列位姿选项通过(用户编程)设置参数确认；

步骤C：从步骤B获得的EXCEL表格中，依次读取每一行参数，并按照坐标、运动类型、运动速度和位姿选项，将每一行参数编译为一条运动控制指令，逐行编译完EXCEL表格后，保存为运动任务程序，即完成图形化任务转化。

在本发明中，所述步骤A中，若机器人运动轨迹为直线运动轨迹，则只需提取直线运动轨迹上起点和终点的三维坐标；若机器人运动轨迹为圆弧运动轨迹，则需要提取圆弧运动轨迹上三点的坐标和半径；若机器人运动轨迹为复杂不规则曲线运动轨迹，则需要通过直线段近似的方法，密集选择连续的多点的三维坐标。

在本发明中，所述图形化任务是指CAD图纸任务。

在本发明中，所述用于将图形化任务导入工控机控制器的外部设备采用U盘。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明结合了CAD图纸导入和PC机操作的优势，通过加工工件的CAD图纸，获得机器人运动轨迹坐标和运动方式，通过PC机的图形界面进行参数的补充设置，并自动根据运动方式和参数编译为运动控制卡可以执行的机器人指令语句，不需要用户直接输入具体的控制指令代码和参数，提高了参数输入的精度和速度以及编程的速度。

附图说明

图1为本发明的控制结构框图。

图2为本发明中图形化控制模块的EXCEL表格示意图。

具体实施方式

首先需要说明的是，本发明涉及工业机器人领域，是计算机技术在工业控制领域的一个应用分支。在本发明的实现过程中，会涉及到多个软件功能模块的应用。申请人认为，如在仔细阅读申请文件、准确理解本发明的实现原理和发明目的以后，在结合现有公知技术的情况下，本领域技术人员完全可以运用其掌握的软件编程技能实现本发明。前述软件功能模块包括但不限于图形化控制模块，凡本发明申请文件提及的均属此范畴，申请人不再一一列举。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示的一种基于CAD导入的工业机器人图形化控制系统，包括工控机控制器、运动控制卡、机器人本体三个部分，机器人本体包含伺服驱动器、伺服电机和机械关节结构三个部分。工控机控制器是进行人机交互的界面，以及进行控制任务编程的核心处理器，加工部件的CAD图纸可以通过U盘导入工控机控制器，获得加工的关键轨迹数据。工控机控制器将编辑完成的关键轨迹数据，编译为运动控制卡可以执行的运动控制指令，并发送到运动控制卡，并发出开始运行的指令。运动控制卡接收到控制指令以后，控制机器人本体进行运动，实现预想的控制目标。机器人本体中的伺服驱动器还能利用脉冲反馈连接到运动控制卡，反馈当前机器人各个关节的位置。

基于CAD导入的图形化编程方法在工控机控制器中，是基于图形化控制模块来实现的，其基本原理和步骤如下：

(1)首先利用用户导入的工件CAD图纸，选择机器人运动轨迹，并提取出运动轨迹的上各点的三维坐标，直线运动只需提取直线起点和终点的三维坐标，圆弧需要提取圆上三点的坐标和半径，复杂不规则曲线则需要通过直线段近似的方法，密集地选择连续的多点的三维坐标。

(2)如图2所示，将上述步骤1获得的特征点的坐标，进行EXCEL表格化：

将CAD导入的特征点序列按行进行显示，即EXCEL表格的每一行用于显示一个特征点的数据。

另外，EXCEL表格的第一列为特征点序号；第二列为点X坐标；第三列为点Y坐标；第四列为点Z坐标。第五列为特征点运动类型，选择为0或者1，为0表示该点为直线运动，为1表示为圆弧运动。第六列为圆弧半径，只有在第五列为1表示圆弧运动时，此列参数才有意义。并增加第七和第八两列用户编程设置参数，第七列为运动速度，第八列为位姿选项，设置好以后进行保存。

(3)图形化控制模块从上述EXCEL表格中依次读取每一行参数，按照点坐标、运动方式、运动速度和位姿参数，进行解释编译为一条运动控制卡的运动控制指令，逐行编译完所有行以后进行保存为运动任务程序。

(4)工控机控制器将编译好的运动任务程序下载到运动控制卡进行保存，并发送启动运动指令。

(5)运动控制卡接收到运动任务程序和启动的运行指令后，按照运动任务程序进行执行，控制机器人关节运动，完成控制任务。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于CAD导入的工业机器人图形化控制系统，包括工控机控制器、运动控制卡和机器人本体，其特征在于，所述工控机控制器用于作为工业机器人图形化控制系统的核心处理器，能将得到的运动控制指令发送到运动控制卡；所述运动控制指令是指运动控制卡能直接执行的指令；

工控机控制器中还设有图形化控制模块，图形化控制模块能将外部设备导入工控机控制器的图形化任务，转化成运动控制卡能执行的运动控制指令，具体方法为：

步骤A：利用导入的图形化任务，选择机器人运动轨迹，并提取出运动轨迹上各点的三维坐标，作为特征点；

步骤B：将步骤A获得的特征点的坐标进行EXCEL表格化：

将特征点序列按行进行显示，即EXCEL表格的每一行用于显示一个特征点的数据；

EXCEL表格的第一列为特征点的序号；第二列为特征点的X坐标；第三列为特征点的Y坐标；第四列为特征点的Z坐标；第五列为特征点的运动类型，选择为0或者1，为0表示为直线运动，为1表示为圆弧运动；第六列为圆弧半径，只有在第五列为1表示圆弧运动时，此列参数才有意义；第七列为运动速度；第八列为位姿选项；

其中，EXCEL表格的第七列运动速度、第八列位姿选项通过设置参数确认；

步骤C：从步骤B获得的EXCEL表格中，依次读取每一行参数，并按照坐标、运动类型、运动速度和位姿选项，将每一行参数编译为一条运动控制指令，逐行编译完EXCEL表格后，保存为运动任务程序，即完成图形化任务转化；

所述运动控制卡能接收工控机控制器发送的运动控制指令，并能在接收到工控机控制器发出的开始运行指令后，根据接收到的运动控制指令控制机器人本体进行运动；

所述机器人本体包括伺服驱动器、伺服电机和机械关节结构，用于完成具体工作动作；且伺服驱动器能利用脉冲反馈连接到运动控制卡，反馈各个机械关节结构的位置。

2.根据权利要求1所述的工业机器人图形化控制系统，其特征在于，所述步骤A中，若机器人运动轨迹为直线运动轨迹，则只需提取直线运动轨迹上起点和终点的三维坐标；若机器人运动轨迹为圆弧运动轨迹，则需要提取圆弧运动轨迹上三点的坐标和半径；若机器人运动轨迹为复杂不规则曲线运动轨迹，则需要通过直线段近似的方法，密集选择连续的多点的三维坐标。

3.根据权利要求1至2任意一项所述的工业机器人图形化控制系统，其特征在于，所述图形化任务是指CAD图纸任务。

4.根据权利要求1至2任意一项所述的工业机器人图形化控制系统，其特征在于，所述用于将图形化任务导入工控机控制器的外部设备采用U盘。