CN108501004B - 工业机器人的示教系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业机器人的控制技术领域，具体涉及工业机器人的示教系统，包括相互进行无线通信的机器人和示教器，机器人包括用于执行工业操作的执行机构、控制执行机构进行工业操作的控制模块和同示教器进行信息交互的通信模块，示教器包括与通信模块信息交互的无线收发模块和供输入操作指令的操作模块，机器人还包括分解模块、计时模块、操作检测模块和故障检测模块，示教器还包括故障测试模块和示警模块。本发明能提高机器人示教的连续性，同时单独对机器人的电源是否完好进行测试，如果机器人电源完好，则可进行相应的单个工作操作进行测试，对机器人自身可能出现的故障进行逐一排除，提高找到机器人故障的准确性。

Description

工业机器人的示教系统

技术领域

本发明涉及工业机器人的控制技术领域，具体涉及工业机器人的示教系统。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，工业信息化程度越来越高，工业机器人在工业中的应用也越来越广泛。在工业机器人进行相关操作前，示教设备通过按键一步一步地操纵工业机器人进行工业操作的动作，并将错了的动作擦去再重来，在动作完成后工业机器人记录并存储这些动作，工业机器人根据记录的动作自动执行工业生产的动作。

公开号为CN102707637B的专利公开了一种机器人手持示教器，该示教器包括控制器和I/O端口，控制器在接收到机器人控制系统传输的示警信号后，控制器控制I/O端口将示警信号转换为驱动信号，驱动信号驱动示教器报警，机器人在示教器的控制下完成一系列的动作，如果机器人完成的动作与示教器发出的指令不一致、或机器人未按照预定的程序执行动作，则机器人的运行出现错误或故障。

但是，这种示教器在机器人故障进行报警时需要依赖于机器人自身发出示警信号，当机器人自身的电源出现故障时，机器人无法发出示警信号；当机器人的某个子操作出现故障而导致完成动作错误时，示教器无法指示出机器人的单个子操作出现故障。

发明内容

本发明意在提供一种工业机器人的示教系统，以解决机器人自身电源故障时无法发出示警信号的问题。

本方案中的工业机器人的示教系统，包括相互进行无线通信的示教器和机器人，所述机器人包括用于执行工业操作的执行机构、控制执行机构进行工业操作的控制模块和同示教器进行信息交互的通信模块，所述示教器包括与通信模块信息交互的无线收发模块和供输入操作指令的操作模块，所述机器人还包括分解模块、计时模块、操作检测模块和故障检测模块，所述示教器还包括故障测试模块和示警模块；

分解模块，用于将工业操作分解成多个子操作；

故障测试模块，用于在示教器未收到机器人的故障信号且未完成示教器指示的操作时向机器人发送测试信号，所述测试信号包括电源测试信号或动作测试信号；

控制模块，用于根据子操作向计时模块发送定时时长信号，所述控制模块根据定时时长信号控制操作检测模块检测子操作，所述控制模块根据完成信号控制计时模块定时结束，所述控制模块根据结束信号通过通信模块向示教器发送故障信号，所述控制模块收到测试信号后控制故障检测模块检测故障；

计时模块，用于根据控制模块的定时时长信号进行定时，所述计时模块根据控制模块的控制停止定时，所述计时模块在完成定时后向控制模块反馈结束信号；

操作检测模块，用于在定时时长内检测子操作并在子操作完成后向控制模块反馈完成信号；

故障检测模块，用于根据故障测试模块的测试信号检测机器人电源或单个工业操作；

示警模块，用于根据控制模块的故障信号进行故障示警。

本方案的工作原理及有益效果是：在机器人进行工作前，通过示教器上的操作模块向机器人发送操作指令，机器人上的控制模块根据操作指令控制执行机构进行工业操作，例如执行产品的分拣操作，机器人在执行各项工业操作后记录下该过程。

在机器人执行工业操作过程中，分解模块将工业操作分解成多个子操作，例如分拣操作可分为抓取产品、移动产品和放下产品三个子操作，控制模块根据子操作向计时模块发送定时时长信号，例如针对抓取产品子操作，抓取到小型的产品普遍是几秒内就可完成，所以此时的定时时长可是6秒，定时时长稍大于抓取产品的时长，针对移动产品子操作，移动过程中的时长根据移动路程的长短设定，针对放下产品子操作，放下与抓取的时长相当，放下产品子操作对应的定时时长也可是6秒，然后计时模块根据定时时长信号进行定时，在计时模块定时过程中，操作检测模块检测到子操作完成后向控制模块反馈完成信号，控制模块根据完成信号控制计时模块停止定时，当机器人内部产生故障时，操作模块无法完成相应的子操作，操作检测模块无法向控制模块反馈完成信号，直到计时模块定时完成时，控制模块根据从计时模块获取到的结束信号向示教器发送故障信号。

示教器收到故障信号后进行故障示警，例如可通过震动、灯光或声音来提醒示教器的操作者，当示教器未收到故障信号进行示警且机器人未完成示教器指示的工业操作，或者在机器人发送了故障信号后，通过故障测试模块向机器人发送测试信号，若测试信号为电源测试信号，机器人上的故障检测模块根据测试信号测试电源是否完好，若测试信号为动作测试信号，机器人上的故障检测模块根据测试信号测试机器人能否完整执行单个工业操作。

与现有技术相比，本方案将机器人执行的工业操作分解成多个子操作进行监控，并在子操作未完成时向示教器发送故障信号，针对单个的子操作进行示警，方便检测到机器人某个执行动作或某个程序出错，以在后续维护维修时直接对该动作或该程序进行修正，并在修正后让机器人继续接着该动作或程序进行执行，减少因机器人在连续执行操作过程被中断而导致数据丢失增加的工作量，提高机器人示教的连续性。

而在机器人故障不明确时，单独对机器人的电源是否完好进行测试，如果机器人电源完好，则可进行相应的单个工作操作进行测试，对机器人自身可能出现的故障进行逐一排除，提高找到机器人故障的准确性。

进一步，所述示教器还包括示教过程采集模块，所述示教过程采集模块用于记录操作指令的输入过程信息，所述无线收发模块将输入过程信息发送给后台的监测服务器。

在通过示教器控制机器人进行工业操作学习时，示教过程采集模块记录该操作指令的输入过程信息，由此来获取机器人的示教过程，避免示教过程中操作不当而引起的故障，排除因示教器原因而造成机器人操作失误或故障，避免只寻找机器人自身故障时找不到原因而造成耽误机器人示教。

进一步，所述示教器包括壳体，所述壳体内设有按键用的电路板，所述电路板上设有多个功能按键，所述功能按键的键帽伸出壳体表面，所述壳体内设有可拉出的测试板，所述故障测试模块包括设置在测试板上的多个测试按键，所述测试按键用于发送测试信号。

示教器向机器人发送操作指令通过伸出壳体表面的功能按键的键帽进行，操作者直接看到相应的功能按键，使用简单，同时在示教器指示了机器人故障后，操作者可从壳体内拉出测试板，操作者通过按下不同的测试按键来发送不同的测试信号，然后通过在发送测试信号后查看机器人的反应来确认机器人的单个部件出现故障，不使用时，将测试板重新推回壳体中放置，降低了测试板在使用过程中的损坏概率，故障测试模块折叠在内部。

进一步，所述示教器内开设有空腔，所述示警模块包括折叠放置在空腔中的弹性袋，所述弹性袋上固设有喷气嘴和进气嘴，所述喷气嘴内设有单向阀门，所述进气嘴连接有气泵，所述气泵根据故障信号启动，所述气泵向弹性袋充入定量空气后自动停止充气。

在示教器接收到机器人的故障信号后，气泵启动向弹性袋内充入定量空气，弹性袋鼓胀来提示操作者机器人出现故障，当充入弹性袋的空气量足够后，空气压力抵开单向阀门，弹性袋内的空气瞬间冲出喷气嘴，空气冲出喷气嘴的瞬间会产生气流声，同时空气从喷气嘴急速冲出使弹性袋产生抖动，由此气流声和出气时弹性袋的抖动进行示警，操作者在拿着示教器和未拿着示教器时均能知道机器人出现故障。

解释：定量是指弹性袋内的空气足够将喷气嘴内的单向阀门抵开。

进一步，所述喷气嘴的直径小于进气嘴的直径。

将喷气嘴的直径设置成小于进气嘴的直径，可使空气在冲出喷气嘴时急速的溢出，提高空气溢出时的气流声的辨识度，让弹性袋能够剧烈地抖动，同时也保证弹性袋具有进气快和出气慢的特点，避免示教器无法警示操作者的问题。

进一步，所述示教器还包括多个指示灯，所述指示灯分别位于功能按键的电路上，所述指示灯在功能按键按下时点亮。

在示教器接收到故障信号后，操作者可在按下功能按键，自身故障检测，检测是否自身某个功能按键或测试按键故障而造成机器人无法正常工作。

进一步，所述机器人上还设有预填充有空气的气囊，所述气囊位于靠近机器人电源处，所述气囊上设有出气口，所述出气口内设有金属柱，所述出气口处固设有封闭的检测盒，所述检测盒上开设有第一气孔和第二气孔，所述出气口朝向检测盒一侧上设有可与金属柱相互吸引的环形的电磁铁，所述控制模块根据测试信号控制电磁铁通电，所述电磁铁可被吸入出气口中，所述电磁铁中部设有可被金属柱抵开的气封片，所述出气口连接有与第一气孔连通的第一气管，所述第一气管可被气封片堵住，所述出气口连接有与第二气孔连通的第二气管，所述第二气管在电磁铁掉落时被堵住。

在检测机器人的电源问题时，控制模块根据测试信号控制电磁铁通电，若机器人电源正常工作，电磁铁通电吸附在出气口处堵住出气，第一气孔和第二气孔未出气，第一气孔和第二气孔不会发声指示故障；若机器人电源的电压偏高，电磁铁的磁力增强，电磁铁与金属柱间的吸引力增强，电磁铁被吸入出气口中，金属柱抵开气封片，气封片堵住第一气管，气囊中的空气从第二气孔溢出，气流流动产生第一指示音表示电压过高；若机器人电源的电压偏低，电磁铁的磁力减小，电磁铁不足以吸附在出气口处而掉落堵住第二气管，气囊中的空气从第一气孔溢出，气流在第一气孔内流动产生第二指示音表示电压过低，由此来区分电源的问题，同时气囊可带走电源工作的部分热量，在检测机器人电源异常的同时给电源散热，保证机器人电源的正常工作。

附图说明

图1为本发明工业机器人的示教系统实施例的示意性框图；

图2为本发明工业机器人的示教系统实施例的示教器结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明。

说明书附图中的附图标记包括：壳体1、测试板2、功能按键3、测试按键4。

工业机器人的示教系统，如图1所示，包括机器人和示教器，机器人与示教器间通过无线通信网进行信息交互，例如蓝牙通信技术，机器人包括执行机构、控制模块、通信模块、分解模块、计时模块、操作检测模块和故障检测模块；

执行机构根据控制模块的控制进行各种工业操作；

通信模块供机器人与示教器进行信息交互；

分解模块用于将工业操作分解成多个子操作；

控制模块用于根据子操作向计时模块发送定时时长信号，控制模块根据定时时长信号控制操作检测模块检测子操作，控制模块根据完成信号控制计时模块定时结束，控制模块根据结束信号通过通信模块向示教器发送故障信号，控制模块收到测试信号后控制故障检测模块检测故障；

计时模块用于根据定时时长信号进行定时，计时模块根据控制模块的控制停止定时，计时模块在完成定时后向控制模块反馈结束信号；

操作检测模块用于在定时时长内检测子操作并在子操作完成后向控制模块反馈完成信号；

故障检测模块用于根据测试信号检测机器人电源或单个工业操作。

示教器包括无线收发模块、操作模块、故障测试模块、示警模块和示教过程采集模块；

无线收发模块供示教器与机器人进行信息交互；

操作模块用于输入操作指令；

故障测试模块用于在示教器未收到故障信号且未完成示教器指示的操作时向机器人发送测试信号，测试信号包括电源测试信号或动作测试信号；

示警模块用于根据故障信号进行故障示警；

示教过程采集模块用于记录操作指令的输入过程信息，由无线收发模块将输入过程信息发送给后台的监测服务器。

如图2所示，示教器包括壳体1，所述壳1体内安装有电路板，电路板上电连接有多个功能按键3，功能按键3的键帽伸出壳体1表面，壳体1内滑动连接有可拉出的测试板2，示教器还包括多个指示灯，指示灯分别位于功能按键3的电路上，指示灯在功能按键3按下时点亮，故障测试模块包括电连接在测试板2上的多个测试按键4，测试按键4用于发送测试信号，测试按键4和功能按键3的数量根据实际的控制需求进行设定，例如根据机器人完成工业操作的步骤设定功能按键3，根据需要测试的模块数量设定测试按键4数量，示教器内开设有空腔，示警模块包括折叠放置在空腔中的弹性袋，弹性袋上粘接有喷气嘴和进气嘴，喷气嘴的直径小于进气嘴的直径，喷气嘴内安装有单向阀门，进气嘴连接有气泵，气泵根据故障信号进行启动，气泵向弹性袋充入定量空气后自动停止充气。

具体使用时，通过示教器上的操作模块向机器人发送操作指令，即通过按下功能按键3来发送出操作指令，机器人上的控制模块根据操作指令控制执行机构进行工业操作，例如执行产品的分拣操作，机器人在执行各项工业操作后记录下该过程，同时在按下示教器上的功能按键3进行操作时，示教过程采集模块记录下操作者按下按键输入指令信息的过程，然后示教器通过无线收发模块将该过程信息发送给后台的监测服务器，避免示教过程中操作不当而引起的故障，在机器人故障时可排除因示教器原因而造成机器人操作失误或故障，避免只寻找机器人自身故障时找不到原因而造成耽误机器人示教。

当机器人执行工业操作时，由分解模块将工业操作分解成多个子操作，例如分拣操作可分为抓取产品、移动产品和放下产品三个子操作，可在控制模块内预设有与子操作对应的操作时长信息，如获取执行机构的反应时间、具体操作时间和预留时间之和作为时长信息，控制模块根据子操作向计时模块发送定时时长信号，例如针对抓取产品子操作，抓取到小型的产品普遍是几秒内就可完成，所以此时的定时时长可是6秒，定时时长稍大于抓取产品的时长，针对移动产品子操作，移动过程中的时长根据移动路程的长短设定，针对放下产品子操作，放下与抓取的时长相当，放下产品子操作对应的定时时长也可是6秒，然后计时模块根据定时时长信号进行定时，在计时模块定时过程中，操作检测模块检测到子操作完成后向控制模块反馈完成信号，控制模块根据完成信号控制计时模块停止定时，当机器人内部产生故障时，操作模块无法完成相应的子操作，操作检测模块无法向控制模块反馈完成信号，直到计时模块定时完成时，控制模块根据从计时模块获取到的结束信号向示教器发送故障信号。

示教器收到故障信号后，气泵启动向弹性袋内充入定量空气，弹性袋鼓胀可提示操作者机器人出现故障，当完成向弹性袋充入定量空气后，空气压力抵开单向阀门，弹性袋内的空气瞬间冲出喷气嘴，空气的压力使空气冲出喷气嘴瞬间产生气流声，同时空气从喷气嘴急速冲出使弹性袋产生抖动，由此气流声和出气时弹性袋的抖动进行示警，弹性袋膨胀、气流声和弹性袋抖动提醒操作者，让操作者在拿着示教器和未拿着示教器时均能知道机器人出现故障。

当示教器未收到故障信号进行示警且机器人未完成示教器指示的工业操作，或者在机器人发送了故障信号后，可通过故障测试模块向机器人先发送电源测试信号，机器人上的故障检测模块根据测试信号测试电源是否完好，例如故障测试模块位于电源与指示灯之间，故障测试模块包括感应开关，若电源完好未损坏，则指示灯亮，相反指示灯则不亮，继续进行其他测试，再发送动作测试信号，机器人上的故障检测模块根据测试信号测试机器人能否完整执行单个工业操作，对机器人上的故障进行检测。

本实施例中将机器人执行的工业操作分解成多个子操作进行监控，并在子操作未完成时向示教器发送故障信号，针对单个的子操作进行示警，方便检测到机器人某个执行动作或某个程序出错，以在后续维护维修时直接对该动作或该程序进行修正，并在修正后让机器人继续接着该动作或程序进行执行，减少因机器人在连续执行操作过程被中断而导致数据丢失增加的工作量，提高机器人示教的连续性，同时在机器人故障不明确时，单独对机器人的电源是否完好进行测试，如果机器人电源完好，则可进行相应的单个工作操作进行测试，对机器人自身可能出现的故障进行逐一排除，提高找到机器人故障的准确性。

本发明还公开了一种优选的实施例，本优选实施例与上述实施例的区别仅在于，所述机器人上还设有预填充有空气的气囊，所述气囊位于靠近机器人电源处，所述气囊上设有出气口，所述出气口内设有金属柱，所述出气口处固设有封闭的检测盒，所述检测盒上开设有第一气孔和第二气孔，所述出气口朝向检测盒一侧上设有可与金属柱相互吸引的环形的电磁铁，所述控制模块根据测试信号控制电磁铁通电，所述电磁铁可被吸入出气口中，所述电磁铁中部设有可被金属柱抵开的气封片，所述出气口连接有与第一气孔连通的第一气管，所述第一气管可被气封片堵住，所述出气口连接有与第二气孔连通的第二气管，所述第二气管在电磁铁掉落时被堵住，在第一气管和第二气管中放置有不同尺寸的滚球，滚球在风力作用下滚动产生指示音。

在检测机器人的电源问题时，控制模块根据测试信号控制电磁铁通电，若机器人电源正常工作，电磁铁通电吸附在出气口处堵住出气，第一气孔和第二气孔未出气，第一气孔和第二气孔不会发声指示故障；若机器人电源的电压偏高，电磁铁的磁力增强，电磁铁与金属柱间的吸引力增强，电磁铁被吸入出气口中，金属柱抵开气封片，气封片堵住第一气管，气囊中的空气从第二气孔溢出，气流流动产生第一指示音表示电压过高；若机器人电源的电压偏低，电磁铁的磁力减小，电磁铁不足以吸附在出气口处而掉落堵住第二气管，气囊中的空气从第一气孔溢出，气流在第一气孔内流动产生第二指示音表示电压过低，由此来区分电源的问题，同时气囊可带走电源工作的部分热量，在检测机器人电源异常的同时给电源散热，保证机器人电源的正常工作。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.工业机器人的示教系统，包括相互进行无线通信的示教器和机器人，所述机器人包括用于执行工业操作的执行机构、控制执行机构进行工业操作的控制模块和同示教器进行信息交互的通信模块，所述示教器包括与通信模块信息交互的无线收发模块和供输入操作指令的操作模块，其特征在于：所述机器人还包括分解模块、计时模块、操作检测模块和故障检测模块，所述示教器还包括故障测试模块和示警模块；

分解模块，用于将工业操作分解成多个子操作；

故障测试模块，用于在示教器未收到机器人的故障信号且未完成示教器指示的操作时向机器人发送测试信号，所述测试信号包括电源测试信号或动作测试信号；

控制模块，用于根据子操作向计时模块发送定时时长信号，所述控制模块根据定时时长信号控制操作检测模块检测子操作，所述控制模块根据完成信号控制计时模块定时结束，所述控制模块根据结束信号通过通信模块向示教器发送故障信号，所述控制模块收到测试信号后控制故障检测模块检测故障；

计时模块，用于根据控制模块的定时时长信号进行定时，所述计时模块根据控制模块的控制停止定时，所述计时模块在完成定时后向控制模块反馈结束信号；

操作检测模块，用于在定时时长内检测子操作并在子操作完成后向控制模块反馈完成信号；

故障检测模块，用于根据故障测试模块的测试信号检测机器人电源或单个工业操作；

示警模块，用于根据控制模块的故障信号进行故障示警。

2.根据权利要求1所述的工业机器人的示教系统，其特征在于：所述示教器还包括示教过程采集模块，所述示教过程采集模块用于记录操作指令的输入过程信息，所述无线收发模块将输入过程信息发送给后台的监测服务器。

3.根据权利要求1所述的工业机器人的示教系统，其特征在于：所述示教器包括壳体，所述壳体内设有按键用的电路板，所述电路板上设有多个功能按键，所述功能按键的键帽伸出壳体表面，所述壳体内设有可拉出的测试板，所述故障测试模块包括设置在测试板上的多个测试按键，所述测试按键用于发送测试信号。

4.根据权利要求3所述的工业机器人的示教系统，其特征在于：所述示教器内开设有空腔，所述示警模块包括折叠放置在空腔中的弹性袋，所述弹性袋上固设有喷气嘴和进气嘴，所述喷气嘴内设有单向阀门，所述进气嘴连接有气泵，所述气泵根据故障信号启动，所述气泵向弹性袋充入定量空气后自动停止充气。

5.根据权利要求4所述的工业机器人的示教系统，其特征在于：所述喷气嘴的直径小于进气嘴的直径。

6.根据权利要求3所述的工业机器人的示教系统，其特征在于：所述示教器还包括多个指示灯，所述指示灯分别位于功能按键的电路上，所述指示灯在功能按键按下时点亮。

7.根据权利要求1所述的工业机器人的示教系统，其特征在于：所述机器人上还设有预填充有空气的气囊，所述气囊位于靠近机器人电源处，所述气囊上设有出气口，所述出气口内设有金属柱，所述出气口处固设有封闭的检测盒，所述检测盒上开设有第一气孔和第二气孔，所述出气口朝向检测盒一侧上设有可与金属柱相互吸引的环形的电磁铁，所述控制模块根据测试信号控制电磁铁通电，所述电磁铁可被吸入出气口中，所述电磁铁中部设有可被金属柱抵开的气封片，所述出气口连接有与第一气孔连通的第一气管，所述第一气管可被气封片堵住，所述出气口连接有与第二气孔连通的第二气管，所述第二气管在电磁铁掉落时被堵住。

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