CN105345817A - 机器人内部报警信号的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人内部报警信号的处理方法，包括将机器人报警系统中报警输出信号不仅用LED灯的亮灭来输出，而且采用语音模块通过语音的形式来输出告警指令。语音合成管理芯片采用高速串行SPI外设接口方式，同时为了能及时快速的响应外围报警事件，采用中断处理的工作方式。报警模块是整个系统的安全控制单元，负责完成整个机器人系统的监管和报警控制功能，负责监测外部报警并作中断处理，完成与控制器、示教器、伺服驱动模块间的通信任务。本发明操作简便、快速，灵敏性强且时效性高。

Description

机器人内部报警信号的处理方法

技术领域

本发明属于自动化控制应用技术领域，具体涉及一种机器人内部报警信号的处理方法。

背景技术

随着科技的不断进步，工业机器人的发展过程可分为三代：第一代，为示教再现机器人，主要由机器人示教器和示教盒组成，可预先按照示教器中所存程序来引导动作，在当前工业中应用最多；第二代，为感觉型机器人，如有力觉、触觉和嗅觉等，拥有对某些外界信息自反馈的能力，目前已进入应用阶段；第三代，为智能型机器人，具有感知和理解外部环境的能力，在适时根据工作环境的要求自动调节控制系统，目前尚处于实验研究阶段。

机器人系统一般包括机器人控制器，机器人本体，机器人示教器，上位机PC。机器人控制器是机器人系统中的核心组件，作为用户与机器人的交互处理中心，它一方面通过示教器发送或接收用户的指令，控制机器人运动；另一方面通过接受机器人内部及外部的报警信号，负责完成整个机器人系统的监管和报警控制功能。在机器人操作使用过程中，往往会遇到各种问题，包括严重的电磁干扰、控制通信不畅、按键反应不灵敏、示教器死机等设计问题，从而导致机器人反应迟缓，时效性较差且操作不灵活，不能对紧急状况做出及时的反应，以告知使用者紧急停机。通常工业机器人报警控制模块采用的是传统LED灯显示报警信号，待机器人出现报警错误时，要打开控制柜查看相应的LED灯判断哪路报警信号的错误，从而导致查找机器人报警信号反应迟缓，实时性较差且不灵活。为此，工业机器人的安全报警系统有着巨大的市场需求和广阔的发展空间，研究具有语音报警功能的工业机器人具有非常重要的理论和现实意义。利用语音报警功能能及时通知使用者机器人出现故障，以保证用户和机器人的安全。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提出一种机器人内部报警信号的处理方法，该方法操作手段简便快速且针对性强，具有良好的通用性和一定的可扩展性。

技术方案：一种机器人内部报警信号的处理方法，包括报警模块和语音模块；

所述报警模块是整个系统的安全控制单元，负责完成整个机器人系统的监管和报警控制功能，负责监测外部报警并作中断处理，完成与嵌入式微控制器、示教器、伺服驱动模块间的通信任务，实现机器人各单元的相互协调工作；

所述语音模块通过语音的形式来输出告警指令。

具体地，所述报警模块首先将录好的报警信号传输到语音合成芯片并存储在外部存储器中，其次通过嵌入式微控制器进行报警数据的算法处理及判断任务。

具体地，机器人报警信号输出为两种型式：一、采用LED灯的亮灭来输出，二、采用语音模块以语音的形式来输出。

具体地，所述报警模块包括嵌入式微控制器、语音合成单元、语音模块、扬声器、存储器、电源模块、SPI串行通信接口和I/O接口。

更具体地，所述语音合成单元包括语音合成管理芯片，其采用高速的SPI串行通信接口方式，与嵌入式微控制器进行数据通信，以提高机器人的人机交互性能。

具体地，所述报警模块的程序直接面对嵌入式微控制器及其外围设备。程序分为前台程序和后台程序；所述前台程序是一个实时中断服务程序，通过中断处理事件来实时处理外部报警信号；所述后台程序是掌握中断处理后的信号的软、硬件资源的分配、管理及任务的调度。

更具体地，所述后台程序是根据输入的报警信号与语音合成芯片输入的报警信号进行匹配，判断是否具备相应LED灯及语音模块的运行条件，通过一定的调度算法来完成相应的操作，同时负责将该报警信号传达至机器人主控制模块，且同时传送至语音模块，启动扬声器发出相应的报警指令。

具体地，所述报警模块采用VHDL语言编写程序。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：提出一种利用语音报警的形式来通知用户，并将报警信号反馈给CPU的一种处理方法，该方法使系统具有良好的人机交互性，具有通信速率高、操作方便、抗干扰能力强等特点，能够很好地满足系统对安全性、可靠性和稳定性等性能的要求，利用丰富的LED灯结构和语音管理结构实现了对报警信号的双重管理和高效控制；本方法使得机器人报警的操控手段针对性强，操作简便、快速，机器人的动作灵敏准确而且时效性较强。

附图说明

图1是机器人报警模块硬件结构图；

图2是软件系统整体结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

如图1-2所示，一种机器人内部报警信号的处理方法，基于工业6轴焊接机器人报警模块的报警信号的优化处理方法，其硬件结构包括嵌入式微控制器、语音合成单元，语音模块、扬声器、存储器、电源模块、SPI串行通信接口、继电器模块、I/O接口；采用CoolRunner-II型芯片作为报警模块的主控芯片，其具有丰富的逻辑元件和I/O资源；为保证机器人协调工作的正常运行，报警模块需及时将出现的报警信号，及时通知其他环节；在报警模块内语音合成芯片与主芯片之间采用了收发独立、可同步进行的高速同步SPI串行接口。为了提高电路的运算处理速度，特别使用了外部Flash存储器；上述SPI串行通讯接口是指语音处理芯片与CPU及存储器的信息接口方式，而I/O接口是指信息的通用输入输出口。

其硬件模块的具体实现步骤：

（1）将录好的报警信号通过语音合成芯片转换成相应的电平信号，存入外部Flash存储器；

（2）系统通电，通过报警模块中的硬件电路监测外围设备输入的报警信号，并将该报警信号传送至嵌入式微控制器进行一定的算法处理，一方面将处理后的信号通过背板传送至机器人主控制器，另一方面与语音合成芯片输入的报警信号进行判断匹配；一方面将判断匹配后的信号启动相应的LED硬件电路，另一方面启动语音模块，通过扬声器将报警指令输出。

选择中断处理的工作方式是要保证能及时快速的响应外围设备的报警操作又不过多的占用CPU的工作时间；报警模块在大部分的工作时间里都是等待报警信号的输入，然后根据报警信号的当前状态来判断是否执行以及执行何种类型的操作；由于报警信号数量繁多且时间具有随意性，为了能及时快速响应报警事件，报警处理模块采用中断处理的工作方式。

上述外围设备是指除主芯片外其他的外部辅助信号的输入环节。

本发明中的报警模块主要负责整个机器人系统安全功能的监管和报警控制功能，负责检测外部报警并做中断处理，完成与控制器、示教器、伺服等模块间的通信任务；在相应模块之间采用了抗干扰性很强的CAN总线结构，实现在复杂电磁条件和复杂的焊接环境下的高效快速通信，利用丰富的报文结构实现了多节点高效控制。

本发明所开发的软件程序是直接面向微控制器及外围设备的，其分为两部分：前台程序和后台程序；

前台程序是一个实时中断服务程序，承担所有报警信号的实时处理功能，主要是通过相应的控制算法简化报警种类的操作；后台程序则掌握了整个机器人控制系统中报警信号软、硬件资源的分配、管理及任务的调度等。

后台程序是将算法处理后的报警信号传送至机器人主控制器，经主控制器相应算法处理后通过伺服模块，给出机器人动作调整的指令。且检查中断处理后的每个报警信号是否具备启动LED灯及语音模块的运行条件，通过相应的调度算法来完成相应的操作，并将匹配后的报警信号启动相应的LED灯亮，且送至语音模块，通过扬声器将报警信号输出，以便使用者执行急停操作。

为了不影响微控制器处理数据的速度，中断程序及调用函数的代码要设计简练且逻辑结构严谨。后台程序在用VHDL编程时，要特别注意条件判断语句的编程，以减少不必要的判断匹配语句。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，本技术领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种机器人内部报警信号的处理方法，其特征在于：包括报警模块和语音模块；

所述报警模块是整个系统的安全控制单元，负责完成整个机器人系统的监管和报警控制功能，负责监测外部报警并作中断处理，完成与嵌入式微控制器、示教器、伺服驱动模块间的通信任务，实现机器人各单元的相互协调工作；

所述语音模块通过语音的形式来输出告警指令。

2.根据权利要求1所述的机器人内部报警信号的处理方法，其特征在于：所述报警模块首先将录好的报警信号传输到语音合成芯片并存储在外部存储器中，其次通过嵌入式微控制器进行报警数据的算法处理及判断任务。

3.根据权利要求2所述的机器人内部报警信号的处理方法，其特征在于：机器人报警信号输出为两种型式：一、采用LED灯的亮灭来输出，二、采用语音模块以语音的形式来输出。

4.根据权利要求1所述的机器人内部报警信号的处理方法，其特征在于：所述报警模块包括嵌入式微控制器、语音合成单元、语音模块、扬声器、存储器、电源模块、SPI串行通信接口和I/O接口。

5.根据权利要求4所述的机器人内部报警信号的处理方法，其特征在于：所述语音合成单元包括语音合成管理芯片，其采用高速的SPI串行通信接口方式，与嵌入式微控制器进行数据通信。

6.根据权利要求1所述的机器人内部报警信号的处理方法，其特征在于：所述报警模块的程序直接面对嵌入式微控制器及其外围设备；程序分为前台程序和后台程序；所述前台程序是一个实时中断服务程序，通过中断处理事件来实时处理外部报警信号；所述后台程序是掌握中断处理后的信号的软、硬件资源的分配、管理及任务的调度。

7.根据权利要求6所述的机器人内部报警信号的处理方法，其特征在于：所述后台程序是根据输入的报警信号与语音合成芯片输入的报警信号进行匹配，判断是否具备相应LED灯及语音模块的运行条件，通过一定的调度算法来完成相应的操作，同时负责将该报警信号传达至机器人主控制模块，且同时传送至语音模块，启动扬声器发出相应的报警指令。

8.根据权利要求1所述的机器人内部报警信号的处理方法，其特征在于：所述报警模块采用VHDL语言编写程序。