CN106774118B - 机器人操作盒及操作系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人领域，公开了一种机器人操作盒及操作系统。机器人操作盒包括：控制模块以及通信板；控制模块与通信板电性连接，并建立通信连接，通信板上至少设有第一、第二信号输入输出模块；控制模块用于接收示教器下发的编程指令，获取编程指令对应的控制指令，并获取控制指令对应的信号输入输出信息；在机器人仿真演示时，控制模块将控制指令发送给仿真设备进行仿真；第一信号输入输出模块演示信号输入输出信息；在操作真实器件时，控制模块将信号输入输出信息发送给第二信号输入输出模块，由第二输入输出模块将信号输入输出信息传输给外接设备。采用本发明的实施方式，既能提供虚拟环境的机器人仿真演示，又能接入真实器件进行实体操作。

Description

机器人操作盒及操作系统

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别涉及机器人操作盒及操作系统。

背景技术

近些年来，机器人技术及其产品发展很快，它对于提高生产自动化水平、劳动生产率和经济效益，保证产品质量，改善劳动条件等方面的作用日益显著。机器人工业已成为世界各国备受关注的产业。

在现有技术中，操作者在操作机器人前，需要对示教器编程有一个熟悉练习的过程。此时，操作者可以通过模拟操作系统进行练习，不仅成本较低，而且基本不存在安全问题。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在如下缺陷：在现有技术中，模拟操作系统只能提供虚拟环境下的机器人仿真演示，无法接入真实器件进行实体操作，具有一定的局限性，从而使得操作者在实体操作阶段，需要会花费较长的时间进行磨合。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种机器人操作盒及操作系统，既能提供虚拟环境下的机器人仿真演示，又能接入真实器件进行实体操作。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种机器人操作盒，包括：控制模块以及通信板；

控制模块与通信板电性连接，并建立通信连接，通信板上至少设有第一信号输入输出模块以及第二信号输入输出模块；

控制模块用于接收示教器下发的编程指令，获取编程指令对应的控制指令，并获取控制指令对应的信号输入输出信息；

控制模块用于在机器人仿真演示时，将控制指令发送给仿真设备进行仿真；第一信号输入输出模块用于演示信号输入输出信息；控制模块还用于在操作真实器件时，将信号输入输出信息发送给第二信号输入输出模块，由第二输入输出模块将信号输入输出信息传输给外接设备。

本发明的实施方式还提供了一种机器人操作系统，包括：示教器、仿真设备以及上述的机器人操作盒；

示教器以及仿真设备均与机器人操作盒通信连接。

本发明实施方式相对于现有技术而言，设置了机器人操作盒，机器人操作盒既能够与示教器以及仿真设备进行通信，实现机器人仿真演示，又能够外接设备，实现真实器件的实体操作。其中，机器人操作盒包括控制模块以及通信板。控制模块用于与示教器以及仿真设备进行通信，接收示教器下发的编程指令，获取编程指令对应的控制指令，并获取控制指令对应的信号输入输出信息。通信板上设有至少两个信号输入输出模块，第一信号输入输出模块用于在机器人仿真演示时，演示信号输入输出信息；第二信号输入输出模块用于外接设备，将信号输入输出信息传输给外接设备。通过这种方式，在机器人仿真演示时，控制模块能够将控制指令发送给仿真设备进行仿真，并将信号输入输出信息发送给通信板上的第一信号输入输出模块进行演示；在操作真实器件时，控制模块能够将信号输入输出信息由第二输入输出模块传输给外接设备进行作业，从而既能提供虚拟环境下的机器人仿真演示，又能接入真实器件进行实体操作。

另外，控制模块包括：机器人控制器以及安全逻辑板；安全逻辑板分别与机器人控制器以及通信板电性连接，安全逻辑板设有对应于示教器的连接接口，通过连接接口给示教器供电；机器人控制器与安全逻辑板以及通信板通信连接，机器人控制器还与示教器通信连接，用于接收示教器下发的编程指令，获取编程指令对应的控制指令，并获取控制指令对应的信号输入输出信息；机器人控制器还与仿真设备通信连接，在机器人仿真演示时，机器人控制器用于将控制指令发送给仿真设备进行仿真，并将信号输入输出信息通过安全逻辑板发送给通信板的第一信号输入输出模块进行演示；在操作真实器件时，机器人控制器用于将信号输入输出信息通过安全逻辑板发送给通信板的第二信号输入输出模块。这样，提供了控制模块的一种具体实现形式，增加了本发明实施方式的可行性。并且，安全逻辑板能够进行机器人操作盒的电源管理，搭建安全回路，保证了机器人操作盒的安全使用。

另外，机器人操作盒还包括：开关电源；开关电源与安全逻辑板电性连接，并与通信板上的第二信号输入输出模块电性连接。利用开关电源给安全逻辑板以及第二信号输入输出模块进行供电，不仅保证了机器人控制器以及第一信号输入输出模块的正常工作，而且使得机器人操作盒在外接设备时，能够通过开关电源直接给外接设备进行供电。这样，在进行操作真实器件时，不需要额外地接入供电电源给外接设备进行供电，简化了电路连接，机器人操作盒的应用范围较广。

另外，通信板上还设有控制开关；控制开关连接在第二信号输入输出模块以及开关电源之间。这样，利用控制开关对第二信号输入输出模块的工作状态进行控制，在机器人仿真时，控制开关关闭，第二信号输入输出模块不接入电路，在实体操作时，控制开关开启，第二信号输入输出模块接入电路。

另外，机器人操作盒还包括：N个通讯接口；其中，N为正整数；N个通讯接口均与机器人控制器电性连接，从而为机器人控制器可以与外部可编程控制器件PLC(PLC，Programmable Logic Controller，可编程控制器件)进行通讯提供了基础，并实现了机器人操作盒的通讯检测。

另外，通讯接口为：CAN总线接口、串口或TCP/IP以太网络接口。提供了通讯接口的多种具体实现形式，增加了本发明实施方式的可行性。

另外，机器人控制器通过EtherCAT总线与安全逻辑板以及通信板通信连接。提供了机器人控制器与安全逻辑板以及通信板建立通信连接的一种具体实现形式，增加了本发明实施方式的可行性。并且，EtherCAT总线的信息传输的实时性较强。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式中机器人操作盒的结构示意图；

图2是根据本发明第一实施方式中通信板的结构示意图；

图3是根据本发明第一实施方式中机器人操作盒的具体结构示意图；

图4是根据本发明第二实施方式中机器人操作盒的结构示意图；

图5是根据本发明第三实施方式中机器人操作盒的结构示意图；

图6是根据本发明第四实施方式中机器人操作系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种机器人操作盒，如图1所示。机器人操作盒10包括：控制模块101以及通信板102。控制模块101与通信板102电性连接，并建立通信连接，通信板102上至少设有第一信号输入输出模块1021以及第二信号输入输出模块1022。

具体地说，控制模块101与通信板102电性连接，从而能够通过控制模块101给通信板102供电。控制模块101与通信板102建立通信连接，从而能够实现两者之间的信息交互。本实施方式中，以第一信号输入输出模块1021以及第二信号输入输出模块1022均为数字信号输入输出模块为例进行说明。通信板102如图2所示，第一信号输入输出模块1021具有DI1、DI2、DI3、DI4四个数字量输入端以及DO1、DO2、DO3、DO4四个数字量输出端。第二信号输入输出模块1022具有DI5、DI6、DI7、DI8可自定义的四个数字量输入端以及DO5、DO6、DO7、DO8可自定义的四个数字量输出端。

在第一信号输入输出模块1021中，每个数字量输入端均对应有一拨杆开关以及一指示灯，当某一数字输入端对应的拨杆开关打开时，这一数字输入端对应的指示灯会变亮。如，DI1对应的拨杆开关打开时，DI1对应的指示灯会变亮。每个数字量输出端均对应有一指示灯，当某一数字输出端有信号输出时，这一数字输出端对应的指示灯会变亮，如，DO1有信号输出时，DO1对应的指示灯会亮。

在第二信号输入输出模块1021中，每个数字量输入端均与一指示灯、一电源接口24V以及一输入接口IN对应，同一数字量输入端所对应的电源接口24V以及输入接口IN之间能够外接设备，如，开关、按钮、传感器等。每个数字量输出端均对应有一指示灯，一输出接口OUT以及一0V接口，同一数字量输出端所对应的输出接口OUT以及0V接口之间可外接设备，如，指示灯、电磁阀、继电器等。

本实施方式中，第一信号输入输出模块1021的四个数字量输入端以及四个数字量输出端已经预先与示教器上对应的IO口绑定，第一信号输入输出模块1021的演示效果主要与示教器编程指令的内部逻辑有关。如，在第一信号输入输出模块1021中，当某一数字输入端对应的拨杆开关打开时，这一数字输入端在示教器编程指令的内部逻辑中对应的数字量输出端的指示灯也会变亮。

第二信号输入输出模块1022的控制方式取决于外接设备的类型，四个数字量输入端以及四个数字量输出端也是预先与示教器配置的I/O接口绑定，因而第二信号输入输出模块1022的控制效果也与示教器发送的编程指令有关。如，可以在第二信号输入输出模块1022的数字量输入端DI5所对应的电源接口24V以及输入接口IN之间接入一个按钮，在数字量输出端DO5所对应的输出接口OUT以及0V接口之间接入指示灯。在示教器上点击相应的按钮，控制示教器下发相应的编程指令。这样，在按下接入的按钮后，有信号输入，可以看到仿真机器人运行到第一位置点，同时指示灯变亮；再次按下接入的按钮后，信号断开，可以看到仿真机器人会运行到第二位置点，同时指示灯熄灭。

当然，在实际操作时，第一信号输入输出模块1021以及第二信号输入输出模块1022也可以均为模拟信号输入输出模块，并且，第一信号输入输出模块1021以及第二信号输入输出模块1022的接口数量可以扩展更多。本实施方式中，并不对第一信号输入输出模块1021以及第二信号输入输出模块1022的具体实现形式做任何限制。

本实施方式中，控制模块101提供有示教器接口以及调试接口，可以通过示教器线缆，将控制模块101与示教器通信连接，进行通讯；通过网线，将控制模块101与仿真设备(如，安装有机器人仿真软件的电脑)通信连接，进行通讯。这样，控制模块101便能够接收示教器下发的编程指令，获取编程指令对应的控制指令，并获取控制指令对应的信号输入输出信息，以实现根据示教器下发的编程指令，控制仿真机器人或外接设备执行相应的动作。如图3所示，以控制模块101包括机器人控制器1011以及安全逻辑板1012为例进行举例说明：

安全逻辑板1012分别与机器人控制器1011以及通信板102电性连接。并且，安全逻辑板1012设有对应于示教器的连接接口，通过连接接口给示教器供电。这样，利用安全逻辑板1012能够进行机器人操作盒的电源管理，搭建安全回路，保证机器人操作盒的安全使用。

机器人控制器1011与示教器通信连接，接收示教器下发的编程指令，获取编程指令对应的控制指令，并获取控制指令对应的信号输入输出信息。机器人控制器1011提供有调试接口，用于与仿真设备通信连接。这样，在机器人仿真演示时，机器人控制器1011将控制指令发送给仿真设备进行仿真，并将控制指令对应的信号输入输出信息通过安全逻辑板1012发送给通信板102的第一信号输入输出模块1021进行演示。在操作真实器件时，机器人控制器1011将控制指令对应的信号输入输出信息通过安全逻辑板1012发送给通信板102的第二信号输入输出模块1022，由第二输入输出模块1022将信号输入输出信息传输给外接设备，实现对外接设备的控制。

具体地说，机器人控制器1011与安全逻辑板1012以及通信板102通信连接。如，机器人控制器通过EtherCAT总线与安全逻辑板1012以及通信板102通信连接，信息传输的实时性较强，并能够实现机器人控制器1011、安全逻辑板1012以及通信板102之间的信息交互。这样，机器人控制器1011便能够通过EtherCAT总线，将示教器下发的编程指令所对应的信号输入输出信息通过安全逻辑板1012下发给通信板102，以便于信号输入输出信息能够在机器人操作盒的通信板上进行演示。这样，安全逻辑板1012不仅实现了上述的机器人操作盒的电源管理，搭建安全回路，保证机器人操作盒安全使用的功能，而且实现了对信号输入输出信息进行汇总的功能。

值得一提的是，本实施方式中，通信板102上还可以设置EtherCAT总线接口，通过EtherCAT总线外接伺服，以便于实现对真实的机器人地实时控制。

本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

不难看出，本实施方式中，控制模块101能够在机器人仿真演示时，将控制指令发送给仿真设备进行仿真，并将信号输入输出信息发送给通信板102上的第一信号输入输出1021模块进行演示；并且，控制模块101还能够在操作真实器件时，将信号输入输出信息由第二输入输出模块1022传输给外接设备进行作业，从而既能提供虚拟环境下的机器人仿真演示，又能接入真实器件进行实体操作。

本发明的第二实施方式涉及一种机器人操作盒，如图4所示。第二实施方式在第一实施方式的基础上加以改进，主要改进之处在于：在本发明第二实施方式中，机器人操作盒还包括开关电源103以及控制开关104，能够对机器人操作盒以及外接设备进行供电，并能够控制第二信号输入输出模块1022的工作状态。

具体地说，开关电源103与安全逻辑板1012电性连接，并与通信板102上的第二信号输入输出模块1022电性连接。更具体地说，开关电源103可以为24V开关电源，能够给安全逻辑板1012以及第二信号输入输出模块1022进行供电，不仅保证了机器人控制器1011以及第一信号输入输出模块1021的正常工作，而且使得机器人操作盒在外接设备时，能够通过开关电源103直接给外接设备进行供电。这样，在进行操作真实器件时，就不需要额外地接入供电电源给外接设备进行供电，简化了电路连接，机器人操作盒的应用范围较广。在实际操作时，还可以给机器人操作盒设置电源总开关，连接在开关电源以及安全逻辑板之间，对开关电源的工作状态进行控制，从而控制整个机器人操作盒的工作状态。

本实施方式中，控制开关104连接在第二信号输入输出模块1022以及开关电源103之间，对第二信号输入输出模块1022的工作状态进行控制，在机器人仿真时，控制开关关闭，第二信号输入输出模块1022不接入电路，在实体操作时，控制开关开启，第二信号输入输出模块1022接入电路。

本发明的第三实施方式涉及一种机器人操作盒，如图5所示。第三实施方式在第二实施方式的基础上加以改进，主要改进之处在于：在本发明第三实施方式中，机器人操作盒还包括：N个通讯接口105。其中，N为正整数。

具体地说，N个通讯接口105均与机器人控制器1011电性连接。如，通讯接口105可以为：CAN总线接口、串口或TCP/IP以太网络接口，从而为机器人控制器1011可以与外部可编程控制器件PLC(PLC，Programmable Logic Controller，可编程控制器件)进行通讯提供了基础，并实现了机器人操作盒的通讯检测。

本发明第四实施方式涉及一种机器人操作系统，如图6所示，包括：示教器20、仿真设备30以及如第一实施方式、第二实施方式或第三实施方式中所提及到的机器人操作盒10。示教器20以及仿真设备30均与机器人操作盒通信连接。本实施方式中，示教器20、仿真设备30均通过TCP/IP协议的网络，与机器人操作盒通信连接。

具体地说，仿真设备30可加载不同类型的机器人和外围设备模型，实现示教器20对真实机器人在手动模式、自动模式、外部自动模式下的所有操作，例如急停操作、速度调节、程序加载、更改机器人参数、轨迹显示等。仿真设备30中的仿真程序可以导出直接供真实的机器人使用，并且在仿真设备30的界面中，可实时显示仿真机器人工具中心点的动态位置信息以及仿真机器人运行的轨迹，因此，当真实机器人现场运行程序有错误时，可以将程序拷贝到机器人操作系统上运行，检查程序编写是否正确，从而完成程序模拟再现和程序检查等调试工作。

示教器20作为人机交互界面，将编程指令通过TCP/IP协议的网络下发给机器人操作盒。

在机器人仿真时，由机器人操作盒中的机器人控制器对编程指令进行解析，获取对应的控制指令后，机器人控制器再通过TCP/IP协议的网络把运动指令和数据下发给仿真设备30，仿真机器人即可进行仿真运动。此时动态位置信息和运动轨迹都会在仿真设备30的界面上显示，仿真机器人的状态信息也会通过机器人操作盒反馈到示教器20上。同时，机器人控制器中会获取控制指令对应的信号输入输出信息(逻辑IO信息)，将信号输入输出信息下发给通信板的第一信号输入输出模块进行演示。

在操作真实器件时，机器人操作盒在接收到示教器20下发的编程指令时，机器人控制器会获取编程指令对应的控制指令，并获取控制指令对应的信号输入输出信息(逻辑IO信息)，将信号输入输出信息下发给通信板的第二信号输入输出模块，此时外接设备就会执行相应的动作，输出信号会显示机器人操作盒上，同时也会通过EtherCAT总线反馈给机器人控制器，再由机器人控制器通过TCP/IP协议反馈到示教器20上进行监视。这样，不仅有利于理解示教器20的指令功能，而且能贴近工程的实际应用。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种机器人操作盒，其特征在于，包括：控制模块以及通信板；

所述控制模块与所述通信板电性连接，并建立通信连接，所述通信板上至少设有第一信号输入输出模块以及第二信号输入输出模块；

所述控制模块用于接收示教器下发的编程指令，获取所述编程指令对应的控制指令，并获取所述控制指令对应的信号输入输出信息；

所述控制模块用于在机器人仿真演示时，将所述控制指令发送给仿真设备进行仿真；所述第一信号输入输出模块用于演示所述信号输入输出信息；所述控制模块还用于在操作真实器件时，将所述信号输入输出信息发送给所述第二信号输入输出模块，由所述第二信号输入输出模块将所述信号输入输出信息传输给外接设备；

所述控制模块包括：机器人控制器以及安全逻辑板；

所述安全逻辑板分别与所述机器人控制器以及所述通信板电性连接，所述安全逻辑板设有对应于示教器的连接接口，通过所述连接接口给所述示教器供电；

所述机器人控制器与所述安全逻辑板以及所述通信板通信连接；

所述机器人控制器还与所述示教器通信连接，用于接收所述示教器下发的编程指令，获取所述编程指令对应的控制指令，并获取所述控制指令对应的信号输入输出信息；

所述机器人控制器还与所述仿真设备通信连接，在机器人仿真演示时，所述机器人控制器用于将所述控制指令发送给所述仿真设备进行仿真，并将所述信号输入输出信息通过所述安全逻辑板发送给所述通信板的第一信号输入输出模块进行演示；在操作真实器件时，所述机器人控制器用于将所述信号输入输出信息通过所述安全逻辑板发送给所述通信板的第二信号输入输出模块。

2.根据权利要求1所述的机器人操作盒，其特征在于，还包括：开关电源；

所述开关电源与所述安全逻辑板电性连接，并与所述通信板上的第二信号输入输出模块电性连接。

3.根据权利要求2所述的机器人操作盒，其特征在于，所述通信板上还设有控制开关；

所述控制开关连接在所述第二信号输入输出模块以及所述开关电源之间。

4.根据权利要求1所述的机器人操作盒，其特征在于，还包括：N个通讯接口；其中，所述N为正整数；

所述N个通讯接口均与所述机器人控制器电性连接。

5.根据权利要求4所述的机器人操作盒，其特征在于，所述通讯接口为：CAN总线接口、串口或TCP/IP以太网络接口。

6.根据权利要求1所述的机器人操作盒，其特征在于，所述机器人控制器通过EtherCAT总线与所述安全逻辑板以及所述通信板通信连接。

7.根据权利要求1所述的机器人操作盒，其特征在于，所述第一信号输入输出模块以及第二信号输入输出模块均为数字信号输入输出模块。

8.一种机器人操作系统，其特征在于，包括：示教器、仿真设备以及如权利要求1至7中任意一项所述的机器人操作盒；

所述示教器以及所述仿真设备均与所述机器人操作盒通信连接。

9.根据权利要求8所述的机器人操作系统，其特征在于，所述示教器、仿真设备均通过TCP/IP协议的网络，与所述机器人操作盒通信连接。