CN105867881B - 一种用于机器人的通讯方法及数据交互装置 - Google Patents

一种用于机器人的通讯方法及数据交互装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于机器人的通讯方法及数据交互装置，其中通讯方法包括：（1）发送方在输出总线上发出数据；（2）接收方收到输出总线上发出的数据，并通过输入总线返回数据给发送方；（3）发送方收到输入总线返回的数据，并和当前发出的数据比较是否一致；若返回数据和当前发出的数据一致，则确认为有效数据，输出总线发出确认指令；若返回数据和当前发出的数据不一致，则确认为无效数据，输出总线发出错误处理；（4）接收方收到发送方发出的确认指令，并判断是否超时，如果超时，则按错误处理；如果不超时，则认为是正确数据，并保存数据。本发明接线简单，能与所有机器人控制系统通讯并进行数据交互，通用性强。

Description

一种用于机器人的通讯方法及数据交互装置
技术领域
本发明涉及通讯控制技术领域，特别涉及一种用于机器人的通讯方法及数据交互装置。
背景技术
机器人是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并成为现代机械制造中的一个重要组成部分。机器人显著地提高了劳动生产率，改善了产品质量，对改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用，加快了实现工业生产机械化和自动化的步伐，尤其在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用更为广泛。
随着工业4.0的推进，对工厂智慧化，生产智能化有了新的需求，相应地，让机器人信息化智能化也成为了一种新的挑战，通过与机器人进行数据交互，能实时监测机器人动态，自由地控制机器人的动作。
但是，现有机器人数据交互系统存在以下问题：采集机器人内部数据需要添加专用的价格昂贵的接口扩展板卡，提高了生产成本；配套软件价格昂贵且与计算机绑定，无法通用，限制了应用范围；各机器人生产厂商的接口与通信方法不一致，这对机器人的数据信息集成与统一监测控制是不利的。
发明内容
为了克服现有机器人数据交互方式成本高、通用性差问题，本发明将提供一种用于机器人的通讯方法及数据交互装置，本发明是基于机器人控制系统的I/O单元构建的协议层，不仅接线简单，而且在数据传输过程中能够双向校验，确保数据的正确性，也能适用于所有的机器人控制系统的I/O单元，能与机器人控制系统进行数据交互，具有通用性；能够通过指令来触发机器人的目的行为。
为了达到以上目的，本发明提供了一种用于机器人的通讯方法，包括以下步骤：
步骤1：发送方在输出总线上发出数据；
步骤2：接收方收到输出总线上发出的数据，并通过输入总线返回数据给发送方；
步骤3：发送方收到输入总线返回的数据，并和当前发出的数据比较是否一致；若返回数据和当前发出的数据一致，则确认为有效数据，输出总线发出确认指令；若返回数据和当前发出的数据不一致，则确认为无效数据，输出总线发出错误处理；
步骤4：接收方收到发送方发出的确认指令，并判断是否超时，如果超时，则按错误处理；如果不超时，则认为是正确数据，并保存数据。
优选地，所述步骤1中发送方在输出总线上发出的数据由指令+数据的形式构成；
优选地，所述指令为机器人的控制指令。
一种用于机器人的通讯系统，其特征在于，包括数据发送模块，发送方通过数据发送模块在输出总线上发出数据至数据接收及反馈模块；
数据接收及反馈模块，接收方通过数据接收及反馈模块收到输出总线上发出的数据，并通过输入总线返回数据给发送方；
数据校验模块，发送方收到输入总线返回的数据，通过数据校验模块比较输入总线返回的数据和当前发出的数据是否一致；若返回数据和当前发出的数据一致，则确认为有效数据，输出总线发出确认指令；若返回数据和当前发出的数据不一致，则确认为无效数据，输出总线发出错误处理；
数据确认模块，接收方收到发送方发出的确认指令，通过数据确认模块判断是否超时，如果超时，则按错误处理；如果不超时，则认为是正确数据，并保存数据。
本发明还提供了一种用于机器人的数据交互装置，包括电源模块，其特征在于，还包括MCU模块，用来控制整个数据交互的流程，保证整个数据交互过程的准确性；隔离输入模块，用来接收输出总线发送的数据；隔离输出模块，用来发送数据至输入总线；所述电源模块连接至MCU模块，所述隔离输入模块及隔离输出模块分别通过I、O引脚与所述MCU模块连接。
优选地，所述隔离输入模块为16路隔离输入端口，所述隔离输出模块为16路隔离输出端口。
优选地，还包括CAN总线接口，所述电源模块与CAN总线接口连接。
优选地，还包括编程接口，所述电源模块与编程接口连接。
优选地，所述电源模块为直流电源，电压为20~28V。
优选地，所述MCU模块采用基于嵌入式工业级ARM处理器STM32F103。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明是基于机器人控制系统的I/O单元构建的协议层，不仅接线简单，而且在数据传输过程中能够双向校验，确保数据的正确性，也能适用于所有的机器人控制系统的I/O单元，能与机器人的控制系统进行数据交互，具有通用性；针对机器人的控制进行定制与优化，能够通过指令来触发机器人的目的行为。
附图说明
图1为本发明的通讯方法流程图；
图2为本发明的数据交互装置图；
图3为本发明的数据交互装置与机器人控制系统之间的控制流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在介绍实施例前，先说明本发明所用到的几个名词：
输出总线：设备输出模块的信号线总称；
输入总线：设备输入模块的信号线总称。
上述输出总线和输入总线信号线数量应一致，可任意扩展。
实施例1
如图1所示为本发明的通讯方法流程图，一种用于机器人的通讯方法，包括以下步骤：
步骤1：发送方在输出总线上发出数据信号，其数据信号由指令+数据的形式构成，16位输出总线上可分离为2个8位数据信号，其信号可分别为约定的指令和后续的数据，所述指令为机器人的控制指令；
步骤2：接收方收到输出总线上发出的数据，并通过输入总线返回数据给发送方；
步骤3：发送方收到输入总线返回的数据，并和当前发出的数据比较是否一致；若返回数据和当前发出的数据一致，则确认为有效数据，输出总线发出确认指令；若返回数据和当前发出的数据不一致，则确认为无效数据，输出总线发出错误处理；
步骤4：接收方收到发送方发出的确认指令，并判断是否超时，如果超时，则按错误处理；如果不超时，则认为是正确数据，并保存数据。
本发明的通讯方法只依赖于两组单向的数据总线，其由机器人控制系统的I、O单元到具有I、O单元的的任意装置的16根单向输出信号线，以及具有I、O单元的的任意装置到机器人控制系统的I、O单元16根单向输出信号线组成。这里不局限于信号线数量，可以任意扩展，但输入与输出信号线数量必须相等，其不再使用常见的并口通信协议中具备的各类使能信号线，如写使能，读使能，地址锁存使能等，因此接线简单，通用性强。
实施例2
一种用于机器人的通讯系统，其特征在于，包括数据发送模块，发送方通过数据发送模块在输出总线上发出数据至数据接收及反馈模块；
数据接收及反馈模块，接收方通过数据接收及反馈模块收到输出总线上发出的数据，并通过输入总线返回数据给发送方；
数据校验模块，发送方收到输入总线返回的数据，通过数据校验模块比较输入总线返回的数据和当前发出的数据是否一致；若返回数据和当前发出的数据一致，则确认为有效数据，输出总线发出确认指令；若返回数据和当前发出的数据不一致，则确认为无效数据，输出总线发出错误处理；
数据确认模块，接收方收到发送方发出的确认指令，通过数据确认模块判断是否超时，如果超时，则按错误处理；如果不超时，则认为是正确数据，并保存数据。
本发明的通讯系统由于数据接收及反馈模块能及时将收到的数据反馈给发送方，而发送方通过数据校验模块比较返回数据和当前发送数据是否一致，从而给接收方一个正确指令，接收方根据收到的正确指令将收到的数据保存，因此，本通讯系统能将发送的数据在传输过程中进行双向校验，从而确保了数据传输的正确性。
实施例3
如图2所示为本发明的数据交互装置图，一种用于机器人的数据交互装置，包括电源模块，所述电源模块为直流电源，能够对正向电压进行降压稳压，其输入电压范围为20~28V；MCU模块，采用基于嵌入式工业级ARM处理器STM32F103，该处理器具有48个通用GPIO，选择其中32个划分为两组分别连接到隔离输入模块和隔离输出模块，所述MCU模块控制整个数据交互的流程，包括传输对象的选择、传输行为的发起、传输数据的保存、传输数据的针对性转换、传输数据的校验，该模块保证整个数据交互过程的准确性；隔离输入模块及隔离输出模块，所述电源模块连接至MCU模块，所述隔离输入模块及隔离输出模块分别通过I、O引脚与所述MCU模块连接，通过隔离输入模块可将外部设备或机器人需要传输的数据传入本装置，该模块采用NEC公司的4路光电耦合器PS2801进行输入端、输出端的隔离。该模块具有COM端输入口，能够接入工业设备常见的24V信号或其他电平，以完成输入信号的隔离转化。由于输入模块的隔离，能在机器人或者该装置烧坏时进行保护，防止事故的发生。通过隔离输出模块可以将数据传递给机器人，该模块同样采用光电耦合器进行隔离。同时，该模块在输出时采用TI公司的HC573锁存器进行信号锁存，确保全部输出信号的输出稳定。此外，隔离输出模块在设计时为可拆卸设计，在不需要输出的应用时，可以不应用本模块，节省了成本。
本发明中，所述隔离输入模块为16路隔离输入端口，所述隔离输出模块为16路隔离输出端口。对外通过工业KF2EDGK拔插式接线端子引出。
本发明中，还包括CAN总线接口，具有一路TI的通用CAN收发器SN65HVD230D，支持所有的CAN通信协议电平。电源模块与CAN总线接口连接，其中，CAN总线接口能挂接在外部的CAN总线上，可以与多个外部具有CAN总线接口的设备进行连接。
本发明中，还包括编程接口，所述电源模块与编程接口连接。对于有特殊要求的机器人或外部设备时，利用编程接口和计算机端软件对该装置MCU模块进行进行定制程序的配置。当不知道具体机器人型号以及外部设备数据要求时，可以选择对MCU进行通用型配置，只要按照本装置约定的数据格式传输即可完成数据交互目的。
基于实施例1的通讯方法，本发明的数据交互装置能够满足工业机器人运动控制中需要的所有数据传输，包括点的轴坐标数据，姿态数据，运动的模式与速度等各类数据。通讯方法中定义了针对机器人控制柜的控制指令，能够通过不同的指令，使得机器人完成目的动作或行为，包括焊接、切割、喷涂、码垛等。
如图3所示为本发明的数据交互装置与机器人控制系统之间的控制流程图，其控制过程为：数据交互装置根据需要给机器人发出控制指令；机器人收到数据交互装置发出的控制指令，并返回给数据交互装置；数据交互装置将返回指令和当前发出的控制指令进行比较，如果指令一致，则数据交互装置发出确认指令，如果不一致，则重新发指令；机器人收到数据交互装置发出的确认指令后，则将此指令保存，如果没收到数据交互装置发出的确认指令，则丢弃此指令。

Claims (10)

1.一种用于机器人的通讯方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：发送方在输出总线上发出数据；
步骤2：接收方收到输出总线上发出的数据，并通过输入总线返回数据给发送方；
步骤3：发送方收到输入总线返回的数据，并和当前发出的数据比较是否一致；若返回数据和当前发出的数据一致，则确认为有效数据，发送方在输出总线发出确认指令；若返回数据和当前发出的数据不一致，则确认为无效数据，发送方在输出总线发出错误处理；
步骤4：接收方收到发送方发出的确认指令，并判断是否超时，如果超时，则按错误处理；如果不超时，则认为是正确数据，并保存数据。
2.根据权利要求1所述的一种用于机器人的通讯方法，其特征在于：所述步骤1中发送方在输出总线上发出的数据由指令+数据的形式构成。
3.根据权利要求2所述的一种用于机器人的通讯方法，其特征在于：所述步骤1中发送方在输出总线上发出数据的指令为机器人的控制指令。
4.一种用于机器人的通讯系统，其特征在于，包括数据发送模块，发送方通过数据发送模块在输出总线上发出数据至数据接收及反馈模块；
数据接收及反馈模块，接收方通过数据接收及反馈模块收到输出总线上发出的数据，并通过输入总线返回数据给发送方；
数据校验模块，发送方收到输入总线返回的数据，通过数据校验模块比较输入总线返回的数据和当前发出的数据是否一致；若返回数据和当前发出的数据一致，则确认为有效数据，发送方在输出总线发出确认指令；若返回数据和当前发出的数据不一致，则确认为无效数据，发送方在输出总线发出错误处理；
数据确认模块，接收方收到发送方发出的确认指令，通过数据确认模块判断是否超时，如果超时，则按错误处理；如果不超时，则认为是正确数据，并保存数据。
5.采用如权利要求1-3任意一项所述通讯方法的一种用于机器人的数据交互装置，包括电源模块，其特征在于，还包括
MCU模块，用来控制整个数据交互的流程，保证整个数据交互过程的准确性；
隔离输入模块，用来接收输出总线发送的数据；隔离输出模块，用来发送数据至输入总线；所述电源模块连接至MCU模块，所述隔离输入模块及隔离输出模块分别通过I/O引脚与所述MCU模块连接。
6.根据权利要求5所述的一种用于机器人的数据交互装置，其特征在于：所述隔离输入模块为16路隔离输入端口，所述隔离输出模块为16路隔离输出端口。
7.根据权利要求5所述的一种用于机器人的数据交互装置，其特征在于：还包括CAN总线接口，所述电源模块与CAN总线接口连接。
8.根据权利要求5所述的一种用于机器人的数据交互装置，其特征在于：还包括编程接口，所述电源模块与编程接口连接。
9.根据权利要求5所述的一种用于机器人的数据交互装置，其特征在于：所述电源模块为直流电源，电压为20～28V。
10.根据权利要求5所述的一种用于机器人的数据交互装置，其特征在于：所述MCU模块采用基于嵌入式工业级ARM处理器STM32F103。
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