CN105843202A - 工业机器人控制系统及其运行模式的切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人控制系统及其运行模式的切换方法。工业机器人控制系统包括：控制装置，用于切换工业机器人控制系统的运行模式；以及发送装置，用于通过工业以太网向所述网络级控制站发送自己系统的运行模式切换报告数据包；当所述工业机器人控制系统的运行模式被切换时，所述控制装置获取运行模式被切换前的运行参数，生成至少包含所述运行参数和自己系统的识别信息的运行模式切换报告数据包传递给所述发送装置，所述发送装置将所述运行模式切换报告数据包通过所述工业以太网发送至所述网络级控制站，所述工业机器人控制系统在不同的运行模式下，向自己系统内的不同组的元件供电。

Description

工业机器人控制系统及其运行模式的切换方法

技术领域

本发明涉及一种网络连接的工业控制系统，尤其是工业机器人控制系统及其运行模式的切换方法。

背景技术

目前，出于节省人工、提高效率、保障安全等的考量，汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业等诸多领域越来越多的采用工业机器人、智能装备来实现生产线的智能化。在这样的生产线或生产车间上，工业机器人往往成组协作工作。每个工业机器人都具有自己的工业机器人控制系统，工业机器人控制系统控制并监测工业机器人进行作业，并能够通过以太网与网络级控制站进行通信，进行指令、数据等的收发。

例如，为了维护、或者减少生产能力，或者在检测到机器人或其控制装置出现故障时，需要主动或被动地关闭工业机器人及其控制系统。为了关闭工业机器人及其控制系统，使其从正常作业模式切换到待机模式或者完全断电模式，操作控制系统的电源开关，使得控制系统与外部电源软件上或者硬件断开。之后，再次操作电源开关，控制系统再次连接到外部电源，从而切换为正常作业模式。

以往，当重新连接电源时，控制系统执行全系统的开启或重启，系统内的各单元重新校准和初始化。另外，也已知当断开电源时，控制系统将各单元电流数据等操作数据存储在本地存储装置中，待再次被接通电源时，取出存储的操作信息快速启动，不必所有单元都重新校准或初始化，缩短了系统重启的时间。但是由于是本地存储，并没有汇总到网络控制层面，因此对于整个网络来说属于分散管理，统一把握和管理整个生产车间内的运行状况难度大。另外，当自己系统的控制装置死机或者因为意外造成本地数据丢失时无法快速重启。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种工业机器人控制系统，其中，多个所述工业机器人控制系统通过工业以太网与网络级控制站相连，所述工业机器人控制系统包括：

控制装置，用于切换工业机器人控制系统的运行模式；以及

发送装置，用于通过工业以太网向所述网络级控制站发送自己系统的运行模式切换报告数据包；

当所述工业机器人控制系统的运行模式被切换时，所述控制装置获取运行模式被切换前的运行参数，生成至少包含所述运行参数和自己系统的识别信息的运行模式切换报告数据包传递给所述发送装置，所述发送装置将所述运行模式切换报告数据包通过所述工业以太网发送至所述网络级控制站，

所述工业机器人控制系统在不同的运行模式下，向自己系统内的不同组的元件供电。

根据本发明的一个方面，所述工业机器人控制系统还包括接收装置，用于接收通过工业以太网从所述网络级控制站发送的运行模式切换指示数据包，所述控制装置在来自接收装置的运行模式切换指示数据包是发送给自己系统的数据包时，提取包含在该运行模式切换指示数据包中的模式切换指令，并根据所述模式切换指令，将自己系统的运行模式切换为正常运行模式或其他运行模式，切断或接通各组元件的供电。

根据本发明的一个方面，所述控制装置在来自接收装置的运行模式切换指示数据包是发送给自己系统的数据包时，还提取包含在该运行模式切换指示数据包中的运行参数，并基于该运行参数执行工业机器人控制系统的启动和初始化。

根据本发明的一个方面，所述网络级控制站通过所述工业以太网向所述多个工业机器人控制系统广播发送所述运行模式切换指示数据包。

根据本发明的一个方面，当所述控制装置接收到本地输入的运行模式切换指令时，根据所述模式切换指令，将自己系统的运行模式切换为正常运行模式或其他运行模式，切断或接通各组元件的供电。

根据本发明的一个方面，所述的工业机器人控制系统还包括存储装置，当所述工业机器人控制系统的运行模式被切换时，所述控制装置还将运行模式被切换前的运行参数存储到所述存储装置中。

根据本发明的另一个方面，还提供一种工业机器人控制系统的运行模式的切换方法，其中，多个所述工业机器人控制系统通过工业以太网与网络级控制站相连，所述运行模式切换方法包括：获取运行模式被切换前的运行参数，生成至少包含所述运行参数和自己系统的识别信息的运行模式切换报告数据包；以及将所述运行模式切换报告数据包通过所述工业以太网发送至所述网络级控制站；以及执行自己系统的运行模式切换，切断或接通工业机器人控制系统中的各组元件的供电；其中，所述工业机器人控制系统在不同的运行模式下，向自己系统内的不同组的元件供电。

根据本发明的另一个方面，所述的工业机器人控制系统的运行模式的切换方法还包括：接收通过所述工业以太网从所述网络级控制站发送的运行模式切换指示数据包；以及判断所接收的运行模式切换指示数据包是否为发送给自己系统的数据包，如果是，则提取包含在该运行模式切换指示数据包中的模式切换指令；其中，根据所述模式切换指令执行所述自己系统的运行模式切换。

根据本发明的另一个方面，在所接收的运行模式切换指示数据包是发送给自己系统的数据包时，还包括：提取包含在该运行模式切换指示数据包中的运行参数；以及基于该运行参数执行工业机器人控制系统的启动和初始化。

根据本发明的另一个方面，所述网络级控制站通过所述工业以太网向所述多个工业机器人控制系统广播发送所述运行模式切换指示数据包。

根据本发明的另一个方面，所述的工业机器人控制系统的运行模式的切换方法还包括：还包括接收本地输入的运行模式切换指令，其中，根据所述模式切换指令执行所述自己系统的运行模式切换。

根据本发明的另一个方面，所述的工业机器人控制系统的运行模式的切换方法，还包括：当所述工业机器人控制系统的运行模式被切换时，还将运行模式切换前的运行参数存储到自己系统中。

附图说明

图1是示出根据本发明实施方式的工业机器人控制系统的联网结构的示意图；

图2是示出工业机器人控制系统的运行模式切换方法的一个示例的流程图；

图3A和图3B是示出根据本发明实施方式的运行模式切换指示数据包I和运行模式切换报告数据包R的包结构的示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明的具体实施方式进行说明。在本发明的说明中，为了使得本发明更加清楚，对于相关公知功能以及与本发明没有直接关系的结构、功能，省略具体说明。

图1是根据本发明实施方式的工业机器人控制系统的联网结构的示意图。

如图1所示，多个工业机器人控制系统21、…2n(n为2以上的整数)分别通过工业以太网3与网络级控制站1连接，从而可以与网络级控制站1之间进行指令、数据等的收发，每个工业机器人控制系统21、…2n连接一个工业机器人41、…4n，控制该工业机器人41、…4n进行作业。工业以太网3可以采用冗余的高速工业以太网，例如100Mbps高速工业以太网。

网络级控制站1是集网络通讯、工程分析、操作为一体的中央监控管理单元，将来自各工业机器人控制系统21、…2n的信息写入数据库，进行用户画面和标准画面的集中显示、报警管理，并且完成工业机器人41、…4n进行作业的参数设定、调整及操作，以及完成面向对象的操作控制以及在线诊断等。

还可以被写入不同程序，完成事件顺序、故障以及用户操作记录，制作标准、临时和事故追忆报表，完成用户特定的计算任务，支持用户进行应用拓展，还可以提供直观的计算公式输入界面，并实现自由检索。同时还可以进行网络管理，运行应用程序、并可连接外部相应设备，例如打印机、CD-ROM、调制解调器等等。

下面，对工业机器人控制系统21进行说明。工业机器人控制系统21包括控制装置211、发送装置212、接收装置213、存储装置214、检测单元215、输入输出装置216、开关单元218以及电源单元219。另外，工业机器人控制系统21还可以包括风扇、工业机器人的一个或多个致动器以及一个或多个驱动器等，这里将这些元件统称为其他元件，并在附图中以符号217示出。

控制装置211控制工业机器人控制系统21内的各装置、单元以及元件的工作以实现对工业机器人的控制。

发送装置212与控制装置211连接，接受来自控制装置211的数据，并将该数据打包成数据包通过工业以太网3发送给网络级控制站1，由此在离开正常运行模式时，将工业机器人控制系统21的运行模式改变前的运行参数发送到网络级控制站1进行备份。以便在下次重启时便捷地读取运行模式被改变前的运行参数，节省工作时间，减少能量损耗，并且采用上传到网络级控制站1的备份方式，避免因为个别工业机器人控制系统故障导致的数据丢失问题。

接收装置213，其通过工业以太网3接收来自网络级控制站1的数据包。

存储装置214，其存储工业机器人控制系统21的运行参数。运行参数可以是电流数据，例如是启动和初始化数据等。当工业机器人控制系统21的运行模式即将被改变时，可以将运行模式改变前的运行参数(电流数据)存储在存储装置214中，这样，当工业机器人控制系统21重新启动时可以直接读取改变之前的电流数据，避免了重新启动时，需要完全重新校准和初始化，节省了工作时间。当然，本发明中的工业机器人控制系统21中也可以不包括存储装置214，当工业机器人控制系统21需要切换运行模式时，还可以将运行参数存储在其他具有存储功能的元件中。

检测单元215，用于检测工业机器人及其控制系统上发生的故障。这里，检测单元215是检测工业机器人及其控制系统的各种故障的检测电路、探测器、传感器等的统称。检测单元215在检测到工业机器人及其控制系统中的元件发生了故障时向控制装置211输出故障信号，控制装置211将接收到的故障信号视为从当前运行模式切换为故障模式的运行模式切换指令。这里，为了便于说明，假定故障模式下工业机器人及其控制系统除控制装置211和接收装置213之外全部断电。这里，可以是物理断电，也可以是软性断电。

输入输出装置216，用于供用户进行数据或指令等的输入，以及向用户输出各种形式的数据。输入输出装置216可以为用户提供直观的应用处理界面，可以采用按钮、显示器和键盘、触控面板、打印机等通常的输入输出设备。

电源单元219，其与外部电源连接并且向控制装置211、接收装置213供电，并且经由开关单元218与发送装置212、以及控制系统21的其他元件217连接，向装置和元件供电，这些元件例如可以是风扇、工业机器人的一个或多个致动器、一个或多个驱动器、制动器等。控制装置211通过控制开关单元218来执行电源单元219对控制系统21的各元件的供电和断电，即执行软性电源控制。

如图示的工业机器人控制系统2n等其他的工业机器人控制系统的与本发明相关的功能和结构也与工业机器人控制系统21相同，因此这里不再赘述。

工业机器人控制系统21的运行模式可以是正常运行模式或其他运行模式。

在正常运行模式下，开关单元218全部接通，所有的元件均通过电源单元219从外部电源获得供电。

其他运行模式是指正常运行模式之外的模式，即、工业机器人及其控制系统中的至少一部分装置或元件被断电的模式，例如节能模式、故障模式、维护检修模式等。在其他运行模式下，为接收数据包、处理信息，至少控制装置211、接收装置213与电源单元219连接从而保持供电，其他部分212、214～217可以全部或部分被切断供电。

例如，关于故障模式，当工业机器人控制系统21中的某个元件发生了故障时，为了进行维修或更换，需要关闭工业机器人及其控制系统21，此时，也要切断控制装置211和接收装置213之外的其他部分。

关于节能模式，为了减少生产能力或定期维护检修，需要停止工业机器人及其控制系统的除控制装置211和接收装置213之外的其他部分的供电。当然，节能模式不限定于此，还可以选择性地切断供电，示例性地，只对工业机器人41的一个或多个致动器、一个或多个驱动器、制动器等耗能负载切断电源供电，从而减少能量消耗的模式也可归类为节能模式。这里优选软性断电。当正常运行模式与节能模式间进行切换时，例如，可以从网络级控制站1广播发送运行模式切换指示数据包，工业机器人控制系统21基于所接收的该数据包中包含的切换指令进行运行模式切换。

图2是示出工业机器人控制系统的运行模式切换方法的一个示例的流程图；图3A和图3B是分别示出根据本发明实施方式的运行模式切换指示数据包I和运行模式切换报告数据包R的包结构的示意图。下面，参考图1至图3A、图3B，对根据本发明实施方式的运行模式切换进行详细说明。具体地，多个所述工业机器人控制系统21、…2n通过工业以太网3与网络级控制站1相连，每个工业机器人控制系统21、…2n的运行模式切换方法如图2所示。这里，为了便于说明，以工业机器人控制系统21的运行模式切换为例具体进行说明。

在步骤501，控制装置211监测有没有接收到本地输入的运行模式切换指令。若有，则进入步骤506；否则，进入步骤502。

例如，当为了减少工业机器人的生产能力，减少能量消耗或者进行定期维护需要进行休眠时或者需要转换为其他运行模式时，用户可以通过输入装置等向工业机器人控制系统输入运行模式切换指令。

还例如，在正常运行模式下，若检测单元215检测到工业机器人或者其控制系统出现各种故障，则控制装置211将来自检测单元215的故障信号作为将当前作业模式转换为维护模式的运行模式切换指令。

这里，其他运行模式是指正常运行模式之外的模式，例如节能模式、故障模式、维护检修模式等。

在步骤502，控制装置211判断是否通过接收装置213接收到网络级控制站1广播发送的运行模式切换指示数据包I？若是，则进入步骤503，否则，返回步骤501，继续监测有无运行模式切换指令的输入。

例如，当为了减少生产线或生产车间的生产能力，减少能量消耗，或者为了对生产线或生产车间上的若干工业机器人进行定期维护，而需要进行休眠时或者需要变更为其他工作模式时，可以从网络级控制站1通过工业以太网3向多个工业机器人控制系统21、…2n广播发送运行模式切换指示数据包I。

运行模式切换指示数据包I如图3A所示，包括报头和数据部分，报头包括作为该数据包发送目的地的工业机器人控制系统的识别信息，例如标识符或目标地址。数据部分至少包括切换指令和运行参数。切换指令用于指示切换目标模式。运行参数是该工业机器人控制系统的运行参数，例如是上一次模式切换时所存储的运行参数。在切换指令指示的是切换到其他运行模式的情况下，运行参数部分也可以为空或用伪代码代替。

运行模式切换指示数据包I可以根据需要，包括一个工业机器人控制系统的识别信息，也可以包括生产线或生产车间内的多个或全部工业机器人控制系统的识别信息。在工业机器人控制系统的识别信息不仅为一个时，也对应地包括识别信息所指向的工业机器人控制系统的运行参数。

另外，运行模式切换指示数据包I的包结构采用通常的工业以太网通信包结构，因此这里不特别进行说明。

在步骤503中，控制装置211判断所接收的运行模式切换指示数据包I是不是发给自己系统的，如果是，则进入步骤505，否则进入步骤504，丢弃该数据包，然后返回到步骤501。

例如，是否为发给自己系统的判断可通过判断运行模式切换指示数据包I的报头中是否包含自己系统的识别信息来进行。

在步骤505中，控制装置211对接收到的运行模式切换指示数据包进行解码，并读取运行模式切换指示数据包I中的切换指令和运行参数。

在本实施例中，在步骤505同时读取切换指令和运行参数。但不限定于此，切换指令和运行参数的读取也可以分两步进行。第一步骤先读取运行模式切换指示数据包中的切换指令，并判断所读取的切换指令是否指示了切换到正常运行模式，如果是，则进入第二步骤，继续读取运行模式切换指示数据包中的运行参数。如果所读取的切换指令指示了切换到其他运行模式，则不进行运行参数的读取。

另外，控制装置211在步骤506判断当前是否为正常操作模式。如果是，则进入步骤507，否则进入步骤509。

在步骤507，控制装置211获取运行模式切换前的运行参数，并生成至少包含该运行参数和自己系统的识别信息的运行模式切换报告数据包R发送给发送装置212。发送装置212经由以太网3向网络级控制站1发送该运行模式切换报告数据包R。

运行模式切换报告数据包R如图3B所示，包括报头和数据部分，报头包括作为该数据包发送源的工业机器人控制系统的识别信息，例如标识符或目标地址。数据部分至少包括切换后模式和运行参数。切换后模式是本次切换后的模式。运行参数是该工业机器人控制系统在即将切换模式时获取的运行参数。在运行模式切换前的模式为其他运行模式的情况下，也可以不获取模式切换前的运行参数，而将运行参数部分设置为空或用伪代码代替。

另外，运行模式切换报告数据包R的包结构也与运行模式切换指示数据包I一样，采用通常的工业以太网通信包结构，因此这里不特别进行说明。

另外，控制装置211也可以在步骤508将获取的运行参数存储备份在本地存储器。当然，在本发明中这一步骤并不是必须的，也可以不进行本地存储。

在步骤509，控制装置211基于切换指令，通过控制开关单元218执行运行模式的切换。例如，如果切换指令指示的是从其他运行模式切换到正常运行模式，则控制装置211在基于切换指令执行向正常运行模式的切换的同时，可以利用所存储的运行参数执行启动和初始化。这里优选首先利用本地存储的运行参数。如果本地存储出现了故障，则利用从网络级控制站1接收的运行参数。如果在本地输入切换指令的情况下由于故障而无法获得本地存储的运行参数，则可通过向网络级控制站1请求发送运行参数来获得。

当然，也可以设定为优先使用从网络级控制站1接收的运行参数，在没有来自网络级控制站1的运行参数的情况下再使用本地存储的运行参数。

在运行模式切换完成后，处理返回到步骤501，继续监测有无运行模式切换指令的输入。

如上所述，根据本发明，将工业机器人控制系统的运行模式切换前的运行参数发送给网络级控制站存储备份，以便当该工业机器人控制系统重新启动时可以直接读取运行模式切换前的运行数据，避免了重新启动时需要完全重新校准和初始化，节省了启动时间，提高了工作效率。另外，将运行模式切换前的运行参数上传到网络级控制站进行备份，能够整体上把握整个工业以太网内的运行状况，并且通过在网络级控制站统一存储备份，为个别工业机器人控制系统由于故障而丢失数据时提供了数据保障。

当然，工业机器人控制系统切换运行模式不仅可以通过经由工业以太网接收网络级控制站发送的运行模式切换指示数据包或者通过工业机器人控制系统本地输入的运行模式切换指令来执行，也可以通过例如遥控装置、控制手柄或其他具有适当输入装置可实现开关或控制操作的远程控制装置进行运行模式的切换，该远程控制装置可与工业机器人控制系统相连或者与网络级控制站相连接，从而改变工业机器人控制系统的运行模式，当然如果远程控制装置具有存储功能，工业机器人控制系统同样也可以将生成的运行模式切换报告数据包发送到远程控制装置中进行存储，有利于进一步提高工业机器人控制系统的灵活性和冗余度。

以上，参考附图对本发明的具体实施方式进行了说明，但这些附图以及说明书中公开的内容以及所适用的特定的术语仅仅是用于说明本发明的，而并非用于限定含义或限制权利要求书中记载的本发明范围的。因此，本领域技术人员能够在不脱离本发明宗旨的范围内依照本发明的构思作出各种变形以及其它等同实施方式，而且能够理解这些变形以及其它等同实施方式也被包含在本申请权利要求书中限定的本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种工业机器人控制系统，其中，多个所述工业机器人控制系统通过工业以太网与网络级控制站相连，所述工业机器人控制系统包括：

控制装置，用于切换工业机器人控制系统的运行模式；以及

发送装置，用于通过工业以太网向所述网络级控制站发送自己系统的运行模式切换报告数据包；

当所述工业机器人控制系统的运行模式被切换时，所述控制装置获取运行模式被切换前的运行参数，生成至少包含所述运行参数和自己系统的识别信息的运行模式切换报告数据包传递给所述发送装置，所述发送装置将所述运行模式切换报告数据包通过所述工业以太网发送至所述网络级控制站，

所述工业机器人控制系统在不同的运行模式下，向自己系统内的不同组的元件供电。

2.根据权利要求1所述的工业机器人控制系统，还包括接收装置，用于接收通过工业以太网从所述网络级控制站发送的运行模式切换指示数据包，

所述控制装置在来自接收装置的运行模式切换指示数据包是发送给自己系统的数据包时，提取包含在该运行模式切换指示数据包中的模式切换指令，并根据所述模式切换指令，将自己系统的运行模式切换为正常运行模式或其他运行模式，接通或切断各组元件的供电。

3.根据权利要求2所述的工业机器人控制系统，其中，

所述控制装置在来自接收装置的运行模式切换指示数据包是发送给自己系统的数据包时，还提取包含在该运行模式切换指示数据包中的运行参数，并基于该运行参数执行工业机器人控制系统的启动和初始化。

4.根据权利要求2或3所述的工业机器人控制系统，其中，

所述网络级控制站通过所述工业以太网向所述多个工业机器人控制系统广播发送所述运行模式切换指示数据包。

5.根据权利要求1所述的工业机器人控制系统，其中，

当所述控制装置接收到本地输入的运行模式切换指令时，根据所述模式切换指令，将自己系统的运行模式切换为正常运行模式或其他运行模式，切断或接通各组元件的供电。

6.根据权利要求1至5任一项所述的工业机器人控制系统，还包括存储装置，

当所述工业机器人控制系统的运行模式被切换时，所述控制装置还将运行模式被切换前的运行参数存储到所述存储装置中。

7.一种工业机器人控制系统的运行模式的切换方法，其中，多个所述工业机器人控制系统通过工业以太网与网络级控制站相连，所述运行模式切换方法包括：

获取运行模式被切换前的运行参数，生成至少包含所述运行参数和自己系统的识别信息的运行模式切换报告数据包；以及

将所述运行模式切换报告数据包通过所述工业以太网发送至所述网络级控制站；以及

执行自己系统的运行模式切换，切断或接通工业机器人控制系统中的各组元件的供电；

其中，所述工业机器人控制系统在不同的运行模式下，向自己系统内的不同组的元件供电。

8.根据权利要求7所述的工业机器人控制系统的运行模式的切换方法，还包括：

接收通过所述工业以太网从所述网络级控制站发送的运行模式切换指示数据包；以及

判断所接收的运行模式切换指示数据包是否为发送给自己系统的数据包，如果是，则提取包含在该运行模式切换指示数据包中的模式切换指令；

其中，根据所述模式切换指令执行所述自己系统的运行模式切换。

9.根据权利要求8所述的工业机器人控制系统的运行模式的切换方法，其中，在所接收的运行模式切换指示数据包是发送给自己系统的数据包时，还包括：

提取包含在该运行模式切换指示数据包中的运行参数；以及

基于该运行参数执行工业机器人控制系统的启动和初始化。

10.根据权利要求7或8所述的工业机器人控制系统的运行模式的切换方法，其中

所述网络级控制站通过所述工业以太网向所述多个工业机器人控制系统广播发送所述运行模式切换指示数据包。

11.根据权利要求7所述的工业机器人控制系统的运行模式的切换方法，还包括接收本地输入的运行模式切换指令，

其中，根据所述模式切换指令执行所述自己系统的运行模式切换。

12.根据权利要求7至11任一项所述的工业机器人控制系统的运行模式的切换方法，还包括：

当所述工业机器人控制系统的运行模式被切换时，还将运行模式切换前的运行参数存储到自己系统中。