CN1070103C - 用于具有机器人的托板设备的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有机器人的托板设备的控制系统。在已知的控制系统中，机器人通过一数据转换装置被连接到一控制单元。已知控制系统的控制单元包括各种硬件组件。必须花费大量的时间和金钱将其用线连接在一起。各种硬件组件必须以各种方式编程，维护及维修。这是高强度劳动。此外，由于其有限的存储容量，已知控制系统非常不灵活。根据本发明在控制系统中，控制单元被配置为形同一工控机。它实现所有控制单元功能，即涉及机器人过程控制，SPC和控制台的功能。布线和启动程序数量至最低限度。另外，根据本发明的控制系统易于维修和维护。

Description

用于具有机器人的托板设备的控制系统
本发明涉及用于机器人，尤其是用于具有机器人的托板设备的控制系统，其中，机器人和垫以托板的组件通过一数据转换单元连接到控制单元。
专门用于带有机器人的托板设备的控制系统已为人所熟知，在已知的控制系统中，控制单元包括三个不同的结构组件，即一个机器人过程控制系统，一个存储程序控制单元和一个外部控制台。这三个组件间及它们与数据转换单元的连接需要大量费用和相应人员，因为必须小心地将上述三组件的硬件用线连接在一起。这三个组件(硬件)间的不断数据交换特别耗时，因而限制了托板设备的效率，另一缺点是必须掌握不同类型的组件和编程语言以及维护这些组件。已知控制系统的还有一个缺点是，由于其有限的存储容量，仅能处理一定数量的由编程机器人控制的包样本(packsample)。用于托板设备的公知控制系统需要很高费用用以启动过程，维护及维修，且由于其有限的存储容量，总体上说非常不灵活。
由此出发，本发明基于创建在启动，维护和维修方面不复杂的控制系统，而且在可处理的包样本数量方面，其显示更大的灵活性。
基于解决上述问题，本发明控制系统的特征在于控制单元配置为一微处理器系统，尤其是配置为一工控机，其中微处理器系统实现控制单元的所有功能，尤其是涉及用于控制托板设备的机器人过程控制，一个存储程序控制单元和一个外部控制台的控制功能。
通过使用统一的微处理器系统作为控制单元，由于存储容量不再受单个硬件组件有限存储量的限制，因此控制系统的存储空间有相当大地增加。因而，实际上可以处理任意数量的包样本。这增强了控制系统的灵活性。此外，因为微处理器系统利用软件实现控制单元的所有功能，尤其是涉及机器人过程控制，存储程序控制单元和控制台的功能，只有一个组件，即微处理器系统，必须用线连到数据电路的终端设备上。由此，仅用少量的人力或支出就可启动，维护及维修该控制系统。
在一个有利的实施例中，共同作为第一控制组件的机器人过程控制和控制台功能由微处理器系统的软件实现。作为第二控制组件部分的存储程序控制单元的功能同样地由微处理器系统的软件实现。因此，只有两个控制组件必须由微处理器系统软件控制和维护。这也简化控制系统的启动操作，维护和维修。
本发明的最佳改进陈述于从属权利要求和说明书中。本发明的具体实施例参照附图予以说明，其中：
图1为包括控制单元，带抓爪器的垫以托板的机器人及带倾卸装置的供给桌的托板设备的简图，
图2为用于包括垫以托板的机器人的托板设备的控制系统的模块模拟简图，
图3控制系统配置方框图，
图4控制系统运行时序特性方框图，
图5为用于包括垫以托板的机器人的托板设备的控制系统的另一个模块模拟简图，
图6所示为两个SPC任务及实时核心的模块模拟简图，
图1所示为具有机器人托板设备的控制系统10的硬件设计视图，例如US5 232 332所述。垫以托板的机器人11通过数据转换单元12连接到控制单元13。根据图1垫以托板的机器人11，即其马达驱动控制14通过一I/O模块(输入/输出模块)15连接到数据转换单元12。控制单元13其部件也通过一I/O模块16连接到数据转换单元12。除垫以托板的机器人11的马达驱动控制14外，垫以托板的机器人11的抓爪器17也通过一相应的I/O模块18连接到数据转换单元12。除马达驱动控制14和垫以托板的机器人11的抓爪器17之外，用于垫以托板的机器人处理包样本的供给桌19及设备在供给桌19之上的倾卸装置20也通过相应的I/O模块21,22连接到数据转换单元12。同样方法，托板设备的其它组件，如板式运送机，托板升降桌也可被连接。数据转换单元12最好被配置为光纤总线系统。
依据本发明，控制系统10的控制单元13形同一微处理器系统，即工控机23。工控机实现控制具有垫以托板的机器人11的托板设备的所有控制单元功能。这包括机器人过程控制，存储程序控制(SPC)和控制台的功能。所有这些功能可用工控机的软件实现。因而，依据本发明利用控制系统10对托板设备的操作控制仅需要工控机23作为控制单元13被连接到数据转换单元12即可。这使布线最少。工控机23因此替代目前公知所需的机器人过程控制，SPC单元和外部控制台这三个独立组件。
图2所示为由工控机23上软件实现的控制托板设备的功能的模块模拟简图。机器人过程控制和控制台的功能在工控机上共同作为第一控制组件24实现。另一方面，SPC功能在工控机23上作为第二控制组件25部分实现。工控机上的第一控制组件24和第二控制组件25是完全相互独立的。
第一控制组件24的原理部件是一机器人编程语言解释器，特别是一个IRL解释器26。IRL解释器(工业机器人语言解释器)用软件实现机器人过程控制和控制台的功能。为实现控制台功能，IRL解释器有一控制台模块27。机器人过程控制功能通过一定位模块和用于辅助功能的模块29实现。在用于辅助功能的模块29的帮助下，垫以托板的机器人11可以，例如，指定到一时序最佳位置。
第二控制组件25是一实时平台，因而，它以实时方式运行。第二控制组件25的部件是一实现SPC功能的SPC编译器30。
IRL解释器26和SPC编译器30均可通过软件文件调整以适应受控的实际垫以托板的机器人11。对于SPC编译器，它含有SPC文件31。对于IRL解释器，是文件32,33。文件32也被称为IRL程序文件，而文件33被称为控制台文件。
第一控制组件24和第二控制组件25通过相应软件接口通信。由SPC编译器30生成的SPC任务34被IRL解释器26的一个独立SPC模块35调用。第二控制组件25的SPC任务34和第一控制组件24的SPC模块35在进程中交换数据。第一控制组件24和第二控制组件25间更进一步的数据交换发生在第一控制组件24的定位模块28和第二控制组件25的定位任务36之间。此外，数据通过第一控制组件24用以辅助功能的模块29和第二控制组件25的模块37之间的相应接口往复传送。
托板设备的所有外围组件，即抓爪器17，供给桌19和倾卸装置20等，通过由SPC编译器30生成的SPC任务34来控制。进而，例如，监视供给桌19和抓爪器17的紧急关闭电路。这里SPC任务34在一可调实时循环中循环。另一方面，IRL解释器26在其它事件间实现机器人过程控制。与SPC编译器30相对照，IRL解释器26不在实时方式下运行。IRL解释器26也不执行任何循环迭代。IRL解释器生成用于SPC任务34和定位任务36的功能调用语句。控制台功能由IRL解释器作为控制台模块27来实现。在每个IRL指令后找寻控制台地址。
控制系统的运行时序特性显示在图4上。关于图4应再次强调SPC功能一直于由IRL解释器26实现的功能之外而独立运行。第一控制组件24的IRL解释器26通过定位模块28和辅助功能模块29不断处理所有IRL指令。它调用定位任务36或模块37，它假定指令由IRL解释器26生成并生成用于垫以托板的机器人11的实时兼容控制指令。定位指令通过I/O模块(输入/输出模块)15从运行在实时方式下的定位任务36处发送到垫以托板的机器人11的马达驱动控制14。在类似情况下，SPC任务34生成用于垫以托板的机器人11的抓爪器17，供给桌19和倾卸装置20的实时兼容控制指令。数据通过I/O模块18,21和22传送。
控制系统的配置依据图3实施。第一步，受控托板设务机械数据，包括机器人11，其抓爪器17，供给桌19及倾卸装置20的数据，被设置在文件38中，文件38也被称为配置文件。第二步，一相应SPC程序被写入SPC文件31。文件31,38用于运行在实时循环中第二控制组件25的配置。第三步，在文件32中，即在IRL程序文件中，生成一相应IRL程序。第四步，用于控制台的配置被写入文件33。垫以托板的机器人11的机械数据及已被设置在文件38中的设备外围组件数据通过一相应接口被传送到第二控制组件25并准备处理同样的相应模块39。
由可控垫以托板的机器人11处理的包样本控制系统的构造通常由第三控制组件40执行。它最好是一个外部个人计算机。第三控制组件40包含托板系统41，在其帮助下可生成用于包样本的文件42。第三控制组件是一带有脱机托板系统的外部个人计算机。用于包样本的文件42由分配到IRL解释器26的数据存储单元43读取。因为IRL解释器26，此前已多次提及，是在工控机上实现的，数据存储单元43有相当大的容量，因此实际上包样本任意数量的文件42均可被存储及处理。
另外，也可直接在IRL解释器26处生成作为示教(teach-in)程序的文件42。
本文描述的机器人控制系统，尤其是图2中所示的模块模拟简图，自然地未被设计成多任务操作系统(如DOS)而是被设计成一单任务操作系统。单任务操作系统的取向使得具有有限变化的单片软件结构和满足某种需求的软件尺度应运而生。
图5用于描述多任务操作系统的机器人控制，如Windows NT。多任务操作系统类型允许必要的模块软件设计。若下面没有其它特别说明，则图2的下半部由虚线包围的矩形框中的模块作为第二控制组件25。
根据图2第一控制组件24在图5中被分解成一个解释器模块26，一个用于辅助功能29的模块，一个定位模块28和SPC模块35，及一个机器人控制模块44。解释器26仅用于处理IRL程序及处理非运行功能。而除辅助模块28,29和35之外，解释器模块26有与其它程序通信的一个标准软件接口，例如按照COM标准(COM=组件目标模型)。移动指令，用户输出等通过此接口发送。通过使用此标准软件接口46，可以很容易地将独立控制组件添加到控制系统中。人们可按需扩充系统。
控制模块44被设计成由运行或启动机器的机械员使用的工具。它用于显示用户输出数据和程序错误。在单任务系统中这些任务由图2所示的IRL模块执行。另外，由IRL模块26发送的赋值和移动预处理指令发生在图5所示的控制模块44中，在单任务系统中它发生在图2所示的第二控制组件25中。移动指令的赋值用于准备移动并代表排列在控制模块44中的块44a，它通过接口46接收数据。也排列在控制模块44中的块44b代表用于控制模块44和接口46间交换数据的用户/系统接口。此外，块44c集成在控制模块44中，它代表传送数据到SPC任务34的SPC模块。
另外，机器人控制模块44是与实时任务通信的唯一模块(除显示模块或控制台47)。一个实时任务是，例如，一个定位任务36或SPC任务34。
显示模块或控制台47也作为一独立程序运行。因而，不用依赖于与单任务控制系统共用的特殊专门配置的控制台软件。然而可以检索任意(标准)软件包。显示模块或控制台47有来自文件33的配置数据。与图2中显示的系统相对照，它从第一控制组件24中分离开并作为第四控制组件通过软件接口46实现与第一控制组件24的通信。
实时软件被用于多任务机器人控制。这使得以并行方式运行多个SPC任务成为可能。与图2中表示的相比较实时软件的修改结构可能改变显示在图2中的定位模块结构。而图2所示的单任务系统中的定位模块28被植入实时核心且仅能通过改变和更新整个实时软件才可更改，图6所示的用于多任务系统的模块根据图5只能以通用基本函数形式被植入实时核心48。在此方式下，用于机器人轴的特殊程序(或移动)类型的函数，如线性程序49，PTP(针对针)程序50或其它程序51，作为辅助SPC任务52实现。它让开发者可能只通过简单地改动SPC程序而不修改实时核心48就能修改并补充定位功能。因为轴定位在其任务中作为一独立的SPC程序运行，所以不再有控制设备所需的来自“正常”SPC程序的封装。
此外，图6示出用于设备控制54的第二SPC任务53。设备控制54与实时核心48，特别是与实时模块55通信。
与图2中所示的系统相对照，图5和图6所示的系统其优点在于SPC任务52,53不直接运行于实时核心55中。这意味着SPC任务52,53有任一变化发生时，对于实时核心不需另行更改。这有效地减少故障源的数量。
新控制系统的优点是显而易见的。使用工控机23作为控制单元13使得垫以托板的机器人11的功能增强，运行速度提高从而取代从前的三个独立硬件组件。因此，整个托板设备可由一个中央控制单元编程及控制。此外，通过使用工控机23作为控制单元13，实际上可有无限存储容量。这使得直接存储包样本上的大量文件成为可能。这使得控制系统非常灵活。另外，可简易快速地将工控机连接到数据转换单元12，即光纤总线系统上。布线及启动控制系统10的费用因此降至最低。

Claims (12)

1．一种托板设备，配有至少一个含有多个自动操纵的轴的机器人(11)，具有
a)一个控制单元(13)和
b)连接机器人(11)、控制单元(13)和托板设备(17,19,20)的数据转换单元，
c)控制单元(13)被配置为一个微处理器系统(23)，
d)控制单元(13)包括一个机器人过程控制、一个存储过程控制(SPC)和一个控制台，
e)包括机器人过程控制功能，SPS功能和控制台功能的用于控制托板设备的控制单元(13)的所有功能由微处理器系统实现，
f)控制单元(13)具有多任务操作系统，其中多个SPC任务以并行方式运行。
2．根据权利要求1所述的托板设备，其特征在于机器人过程控制和控制台的功能一起作为第一控制组件(24)在微处理器系统中实现。
3．根据权利要求2所述的托板设备，其特征在于SPC功能作为第二控制组件(25)的部分在微处理器系统中实现。
4．根据权利要求3所述的托板设备，其特征在于第一控制组件(24)和第二控制组件(25)在微处理器系统中相互独立实现。
5．根据权利要求3所述的托板设备，其特征在于第二控制组件(25)在一个实时循环中实现。
6．根据权利要求3所述的托板设备，其特征在于第一控制组件(24)通过接口与第二控制组件(25)通信，第二控制组件(25)生成用于机器人(11)的实时兼容控制指令。
7．根据权利要求3所述的托板设备，其特征在于第一控制组件(24)和第二控制组件(25)可以通过文件(31,32,33,38)适应于具有被控机器人的托板设备。
8．根据权利要求2所述的托板设备，其特征在于第三控制组件(40)，第三控制组件(40)通过一个接口与第一控制组件(24)通信。
9．根据权利要求8所述的托板设备，其特征在于第一控制组件(24)可以借助于第三控制组件(40)适应于由被控制托板设备处理的包样本或类似物。
10．根据权利要求1所述的托板设备，其特征在于机器人过程控制功能作为第一控制组件(24)在微处理器系统中实现并且控制台功能作为第四控制组件(47)实现。
11．根据权利要求10所述的托板设备，其特征在于SPC功能作为第二控制组件(25)部分在微处理器系统中实现并且控制组件(24,25,47)相互独立实现。
12．根据权利要求1所述的托板设备，其特征在于使用一标准软件接口(46)。
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