CN108638066A - 一种用于机器人的传送带同步跟踪的装置、方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种用于机器人的传送带同步跟踪的装置、方法和系统。该装置包括：伺服驱动模块、脉冲计数模块和机器人控制模块。脉冲计数模块通过现场总线和伺服驱动模块中的各伺服驱动器串接，伺服驱动模块经由现场总线与机器人控制模块连接。机器人控制模块经由现场总线从伺服驱动模块和脉冲计数模块接收机器人运动相关信息和传送带运动相关信息，并且基于这些信息，规划机器人的同步跟踪运动轨迹，然后经由现场总线向伺服驱动模块发送控制信息，以控制机器人对传送带上的目标物体进行同步跟踪。本发明实施例能够确保来自不同通信模块的信息之间在时间上同步，从而更有效地实现传送带同步跟踪，并提高了系统安全性和可扩展性。

Description

一种用于机器人的传送带同步跟踪的装置、方法及系统

技术领域

本公开属于机器人控制技术领域，具体涉及一种用于机器人的传送带同步跟踪的装置、方法及系统。

背景技术

工业机器人已逐步应用在流水线上的分拣、包装和在线检测等工作。在实际应用中，流水线的传送带是移动的，工业机器人需要对目标物体进行位置的实时同步和跟踪，最终完成上述工作。

传送带动态抓取目标物体的一般方法是利用机器视觉技术获取传送带上目标物体的位置信息，并通过安装在传送带上的编码器获取传送带的位置和速度，计算目标物体任意时刻的位置；一旦目标物体进入机器人的工作空间，就会让机器人去动态地抓取传送带上的物体。如上所述，要实现在传送带上的动态抓取，需要在传送带上安装编码器获得传送带的位置和速度，并且需要将编码器的值反馈到机器人控制器，机器人控制器对编码器值进行相关处理后，实现对目标物体的动态跟踪。

传统的方法大都是采用RS232或RS485等通讯接口将脉冲计数模块获取的编码器值反馈到机器人控制器，机器人控制器通过EtherCAT总线将运动指令发送到伺服驱动模块。这种方式难以保证机器人通过电机编码器获得的机器人实时位置、速度和脉冲计数模块通过传送带编码器获得的目标物体实时位置、速度在时间轴上一致。此外，传统方法的安全性、可扩展性都较差。

发明内容

针对上述问题，本公开的实施例提供一种用于机器人的传送带同步跟踪的装置、方法及系统，确保不同上述通信模块之间时钟的同步，并提高了系统安全性和可扩展性。

在本公开的第一方面，提供一种用于机器人的传送带同步跟踪的装置。该装置包括：伺服驱动模块，包括用以驱动机器人的至少一个伺服驱动器，伺服驱动模块经由现场总线与机器人控制模块连接，用于向机器人控制模块发送机器人运动相关信息以及根据来自机器人控制模块的控制信息来控制机器人对传送带上的目标物体进行同步跟踪；脉冲计数模块，脉冲计数模块通过现场总线与伺服驱动模块串接，并且与相应的传送带编码器连接，用于处理来自传送带编码器的传送带脉冲信息以得到传送带运动相关信息，以及经由现场总线向机器人控制模块发送传送带运动相关信息；以及机器人控制模块，机器人控制模块经由现场总线从伺服驱动模块和脉冲计数模块接收机器人运动相关信息和传送带运动相关信息，以及基于机器人运动相关信息和传送带运动相关信息，规划规划机器人的同步跟踪运动轨迹，并且经由现场总线向伺服驱动模块发送控制信息。

在某些实施例中，现场总线包括基于以太网的现场总线。根据基于现场总线的通信协议，机器人控制模块作为基于以太网的主站与构成基于以太网的从站的至少一个伺服驱动器和脉冲计数模块进行通信。

在某些实施例中，该装置还包括附加脉冲计数模块，附加脉冲计数模块通过现场总线与脉冲计数模块串接，并且与相应的附加传送带编码器连接，用于处理来自附加传送带编码器的传送带脉冲信息以得到附加传送带运动相关信息，以及经由现场总线向机器人控制模块发送附加传送带运动相关信息。

在某些实施例中，该装置还包括：输入输出模块，输入输出模块用于提供输入或输出控制量的接口，输入输出模块与脉冲计数模块被集成布置。

在本公开的第二方面，一种用于机器人的传送带同步跟踪的方法。该方法包括：在机器人控制模块处，从视觉系统获取传送带上的目标物体的初始位置信息，实时通过现场总线从脉冲计数模块获取传送带运动相关信息；实时通过现场总线从伺服驱动模块获取机器人运动相关信息，伺服驱动器模块与脉冲计数模块通过现场总线串接并且经由现场总线与机器人控制模块通信；基于传送带运动相关信息和机器人运动相关信息，规划机器人的同步跟踪运动轨迹；以及基于同步跟踪运动轨迹，经由现场总线向伺服驱动模块发送控制信息，以控制机器人同步跟踪目标物体。

在某些实施例中，现场总线包括基于以太网的现场总线，并且其中机器人控制模块作为基于以太网的主站根据现场总线的协议与构成基于以太网的从站的伺服驱动模块和脉冲计数模块进行通信。

在本公开的第三方面，提供一种机器人系统。该系统包括机器人和根据本公开的第一方面所描述的装置。

在本公开的第四方面，提供一种机器人系统。该系统包括处理器以及存储器，存储器存储有处理器可读的指令，指令在由处理器执行时使得处理器执行根据本公开的第二方面所描述的方法。

在本公开的第五方面，提供一种计算机可读存储介质，其存储有机器可读的指令，指令在由机器执行时使得机器执行根据本公开的第二方面所描述的方法。

本公开的实施例提出的用于机器人的传送带同步跟踪的方法、装置及系统，将编码器的脉冲计数模块串入到现场总线，保证了时钟的同步，能够提高机器人跟踪目标物体的精度。另外，本公开的实施例还改善了系统的可扩展性和安全性。

附图说明

图1示出现有的传送带同步跟踪系统示意图；

图2示出根据本公开的一个实施例的传送带同步跟踪系统示意图；以及

图3示出根据本公开的一个实施例的传送带同步跟踪方法的流程图。

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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。

如本文中所述，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。

如前所述，现有的对传送带上目标物体的抓取等操作存在无法准确、快速实现作业目的的缺陷，本发明实施例提出了一种用于机器人的传送带同步跟踪的方法、装置及系统，能够快速的实现目标物体的定位和跟踪，减小速度的波动，提高工业系统的精度和工作效率。

下面结合附图对本公开实施例作进一步描述。

图1示出了现有的传送带同步跟踪系统100的示意图。如图所示，系统100主要由三个子系统构成：传送带子系统、视觉子系统和机器人子系统。传送带子系统可以包括传送带110以及传送带编码器111，视觉子系统可以包括视觉模块120，机器人子系统可以包括伺服驱动模块130、机器人131、机器人控制模块132以及脉冲计数模块133。

视觉模块120例如可以包括相机等用以捕获传送带110上的目标物体140的装置，附加地还可以包括信息处理装置。视觉模块120获取目标物体140的位姿信息，并且可以对获取的信息进行各种适当的处理。传送带110以一定的速度运载目标物体140进行运动，并且能通过传送带编码器111测量传送带110的相对位置和速度。

机器人控制模块132与伺服驱动模块130通过EtherCAT总线相互通信，并且经由诸如RS232/485的硬件接口与脉冲计数模块133通信。通过与视觉模块120、伺服驱动模块130以及脉冲计数模块133信息交互，机器人控制模块132产生控制信息以通过伺服驱动模块130来控制机器人131对目标物体140进行同步跟踪。伺服驱动模块130可以包括用以驱动机器人131的至少一个伺服驱动器。

可以理解，为了便于描述本公开的实施例，图1中未具体示出和描述所熟知的机器人控制系统其他部件和过程以免不必要地模糊本公开实施例的方面。需要注意的是，在附图中以机械臂作为机器人的一种具体示例而描述，其他形式的机器人也适用于本公开的实施例。另外，根据具体实现，脉冲计数模块133可以布置在传送带子系统侧，也可以布置在机器人子系统侧。

从图1可见，在这种系统结构下，由于脉冲计数模块133和伺服驱动模块130分别以不同方式与机器人控制模块132通信，机器人通过电机编码器获得的机器人实时位置、速度相关信息与脉冲计数模块通过传送带编码器获得的目标物体实时位置、速度相关信息在时间上很难保证一致，从而影响对目标物体的跟踪。

有鉴于此，本公开的实施例提出一种能够保证上述信息在时间上的同步，并且改善系统的可扩展性和安全性的方案。图2示出了根据本公开的一个实施例的传送带同步跟踪系统200的示意图，为了便于对实施例的清晰描述，针对与图1中相同的部件及功能将省略，不再赘述。

与图1所示的系统结构不同的是，在图2所示的系统200中，将脉冲计数模块133串接到现场总线。在本实施例中，现场总线包括基于以太网的总线，例如EtherCAT总线。其他适宜的现场总线也是可能的。

脉冲计数模块133通过EtherCAT总线和伺服驱动模块130中的各伺服驱动器连接，组成一系列的EtherCAT从站。机器人控制模块132作为EtherCAT主站和这一系列从站可以通过以太网相连，并且遵循EtherCAT总线协议通信交换数据。

传送带编码器111采集传送带电机转动的脉冲值并发送到脉冲计数模块133，脉冲计数模块133通过内部计算处理能够得到传送带编码器值。脉冲计数模块133处理来自传送带编码器的传送带脉冲信息以得到传送带运动相关信息，并且经由EtherCAT总线向机器人控制模块132发送传送带运动相关信息。

伺服驱动模块130经由EtherCAT总线现场总线向机器人控制模块132发送机器人运动相关信息，例如机器人位置和速度信息等。机器人控制模块132经由EtherCAT总线从伺服驱动模块130和脉冲计数模块133接收机器人运动相关信息和传送带运动相关信息，并且基于这些信息，规划规划机器人的同步跟踪运动轨迹。之后，机器人控制模块132通过EtherCAT总线发送运动指令等控制信息到伺服驱动模块130，以控制机器人131对传送带上的目标物体140进行同步跟踪。

以结合图2所描述的上述方式所布置的机器人系统以及通信方式，脉冲计数模块133和伺服驱动模块130形成EtherCAT从站，其将各自要传送的信息按照EtherCAT总线协议组装成通信数据，依照EtherCAT总线通信协议的通信过程来与作为EtherCAT主站的机器人控制模块132通信。由于EtherCAT通信方式已经进行了时钟同步的处理，所以在机器人控制模块132处获得的机器人位置信息和传送带编码器值是同一时刻的，这对于机器人同步跟踪传送带上的目标物体140有重要的作用。这是因为机器人131要精确的同步跟踪上传送带上的目标物体140，就需要实时的知道每一时刻机器人位置和传送带上目标物体位置的偏差值，通过偏差值采取一定的控制策略控制器机器人跟踪上目标物体。

根据本公开的另一实施例，机器人子系统还可以包括多个附加脉冲计数模块。这些附加脉冲计数模块通过EtherCAT总线与脉冲计数模块133、伺服驱动模块130串接，并且与相应的附加传送带编码器连接。附加脉冲计数模块处理来自相应的附加传送带编码器的传送带脉冲信息以得到附加传送带运动相关信息，并且经由EtherCAT总线向机器人控制模块132发送附加传送带运动相关信息。以此方式，可以容易地扩展机器人系统，实现对多个传送带的跟踪。

根据本公开的又一实施例，脉冲计数模块133可以与机器人系统中的其他模块集成布置。例如，可以将用于提供输入或输出控制量的接口的输入输出模块与脉冲计数模块133集成在同一电路板上。

以上所描述的根据本公开的实施例的机器人系统适于对传送带上的目标物体进行同步跟踪。图3示出了根据本公开的一个实施例的传送带同步跟踪方法300的流程图。

在310，在机器人控制模块处，从视觉系统获取传送带上的目标物体的初始位置信息。根据本公开的实施例，视觉模块120以连续采样的方式捕捉传送带入口处的目标物体的坐标P_R0，在视觉模块120检测到目标物体的同时通知机器人控制模块132将当前时刻的编码器值C₀保存。视觉模块120还将目标物体坐标信息发送给机器人控制模块132。

在320和330，机器人控制模块132实时通过EtherCAT总线从脉冲计数模块133获取传送带的编码器值C_t，并实时通过EtherCAT总线从伺服驱动器模块130获取机器人运动相关信息。之后，在340，可以规划机器人的同步跟踪运动轨迹。

在本公开的一个实施例中，通过C_t和C₀的差值计算传送带运动的距离，从而更新传送带上目标物体140的位置。当目标物体140进入机器人131工作区域后，根据目标物体140的实时位置，以及由脉冲计数模块133获取的传送带速度V_ct，由匀速运动模型，如式(1)所示，预测未来某一时刻t₁目标物体140的位置P_Rt1，其中P_Rt0为当前时刻t₀目标物体的位置坐标。

P_Rt1＝P_Rt0+V_ct(t₁-t₀) (I)

由机器人131当前的位置和t₁时刻目标物体140的位置P_Rt1，进行轨迹规划。作为一个示例，可以预设开始跟踪位置。根据机器人141的当前位置以及由式(1)所预测的目标物体140到达开始跟踪位置时的时间，规划机器人131的运行轨迹，使得机器人131和目标物体140将同时到达开始跟踪位置并具有相同的运动速度。

在350，机器人控制模块133产生用以控制机器人跟踪目标物体的控制信息。然后在360，通过EtherCAT总线向伺服驱动模块130发送控制信息，控制机器人131同步跟踪目标物体140。作为一个具体示例，可以控制机器人131运动到开始跟踪的位置，到达开始跟踪位置之后，根据每一时刻机器人位置和目标物体位置的偏差，控制机器人跟踪目标物体，从而完成对目标物体的跟踪。

采用本公开实施例提供的传送带同步跟踪的装置和方法，有效地解决了不同模块传送的机器人运动信息和传送带运动信息之间在时间上的同步问题，可以更准确地对传送带上的目标物体进行实时同步跟踪。

本公开的实施例还提供一种机器人系统。该系统处理器以及存储器，存储器存储有处理器可读的指令，指令在由处理器执行时使得处理器执行如前所述的方法300。

本公开的实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有机器可读的指令，指令在由机器执行时使得机器执行根据本公开所描述的方法300。

本领域技术人员可以理解，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或它们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于机器人的传送带同步跟踪的装置，其特征在于，包括：

伺服驱动模块，包括用以驱动机器人的至少一个伺服驱动器，所述伺服驱动模块经由现场总线与机器人控制模块连接，用于向所述机器人控制模块发送机器人运动相关信息以及根据来自所述机器人控制模块的控制信息来控制所述机器人对传送带上的目标物体进行同步跟踪；

脉冲计数模块，所述脉冲计数模块通过所述现场总线与所述伺服驱动模块串接，并且与相应的传送带编码器连接，用于处理来自所述传送带编码器的传送带脉冲信息以得到传送带运动相关信息，以及经由所述现场总线向所述机器人控制模块发送所述传送带运动相关信息；以及

机器人控制模块，所述机器人控制模块经由所述现场总线从所述伺服驱动模块和所述脉冲计数模块接收所述机器人运动相关信息和所述传送带运动相关信息，以及基于所述机器人运动相关信息和所述传送带运动相关信息，规划规划机器人的同步跟踪运动轨迹，并且经由所述现场总线向所述伺服驱动模块发送所述控制信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述现场总线包括基于以太网的现场总线。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述机器人控制模块被设置为通信主站，所述至少一个伺服驱动器和所述脉冲计数模块被设置为通信从站，所述通信主站与所述通信从站根据基于所述现场总线的通信协议进行通信。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

附加脉冲计数模块，所述附加脉冲计数模块被串接在所述现场总线中，并且与相应的附加传送带编码器连接，用于处理来自所述附加传送带编码器的传送带脉冲信息以得到附加传送带运动相关信息，以及经由所述现场总线向所述机器人控制模块发送所述附加传送带运动相关信息。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

输入输出模块，所述输入输出模块用于提供输入或输出控制量的接口，所述输入输出模块与所述脉冲计数模块被集成布置。

6.一种用于机器人的传送带同步跟踪的方法，其特征在于，包括：

在机器人控制模块处，从视觉系统获取传送带上的目标物体的初始位置信息；

实时通过现场总线从脉冲计数模块获取传送带运动相关信息；

实时通过所述现场总线从伺服驱动模块获取机器人运动相关信息，所述伺服驱动器模块与所述脉冲计数模块通过所述现场总线串接并且经由所述现场总线与所述机器人控制模块通信；

基于所述传送带运动相关信息和所述机器人运动相关信息，规划机器人的同步跟踪运动轨迹；

生成用以控制所述机器人同步跟踪所述目标物体的控制信息；以及

经由所述现场总线向所述伺服驱动模块发送所述控制信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述现场总线包括基于以太网的现场总线，并且其中根据基于所述现场总线的通信协议，所述机器人控制模块作为基于以太网的主站与构成基于以太网的从站的所述伺服驱动模块和所述脉冲计数模块进行通信。

8.一种机器人系统，其特征在于，包括机器人和根据权利要求1-5中任一项所述的装置。

9.一种机器人系统，其特征在于，包括：

处理器；以及

存储器，其存储有所述处理器可读的指令，所述指令在由所述处理器执行时使得所述处理器执行根据权利要求6-7中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其存储有机器可读的指令，其特征在于，所述指令在由所述机器执行时使得所述机器执行根据权利要求6-7中任一项所述的方法。