CN109483601A - 一种工业机器人功能测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业机器人功能测试系统及测试方法，该系统包括：工控机，用于发送测试控制信号到机器人控制器，并且根据所述机器人控制器反馈的执行结果，加载与所述机器人本体机构模拟装置执行结果对应的三维仿真模拟动画；机器人控制器，用于加载所述测试控制信号向电机驱动装置发送相应的控制命令，接收电机驱动装置反馈的机器人本体机构模拟装置的执行结果并反馈给所述工控机；机器人本体机构模拟装置，用于在电机驱动装置的带动下执行，并将执行结果通过电机驱动装置反馈给所述机器人控制器。本发明采用软硬件结合的方式，能充分全面地验证机器人控制器的功能开发。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种工业机器人功能测试系统及测试方法。
背景技术
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。随着科技的发展，工业机器人以其可编程、拟人化、通用性等优势，越来越被广泛应用于工厂。所以，提高机器人的质量成为凸显的问题，通过测试发现设备中隐藏的问题和设计缺陷，是提高机器人可靠性和质量的重要手段。目前，工业机器人测试手段主要采用人工实验的方式，存在效率低下、危险性突出、测试成本高等缺点，无法满足日益扩大的机器人测试市场的需求。
对机器人控制器的测试主要包括对控制器内核软件的测试(功能、性能、代码质量等常见的黑盒、白盒测试)及对外部接口(EtherCAT、RS232、GPIO等)的测试，同时为了保证机器人控制器在真实工况下测试，需要对其实际运行的各项功能、性能指标进行测试。
目前，工业机器人控制器功能试验系统主要分为两类：一是纯软件进行机器人系统的模拟仿真，在实际的机器人本体带载运动时出现电机驱动器、电机控制系统、机器人本体等硬件或电气系统的问题。二是纯硬件平台测试系统，将实际的机器人控制器、机器人本体及其他上下料装置全部放置在一个平台上，此系统仅限小型机器人本体及教学用，局限性较大。
针对工业机器人的控制器，特别是大型工业机器人的控制器，由于正常实物测试操作存在巨大的安全隐患，且对于特定机器人本体智能试验只能验证控制器的部分功能，因此安全充分全面地验证机器人控制器的功能成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种工业机器人功能测试系统及测试方法，解决了现有技术中采用纯软件或纯硬件的方式进行工业机器人功能测试，局限性大的问题。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种工业机器人功能测试系统及测试方法，具体包括：
依照本发明第一方面，提供一种工业机器人功能测试系统，所述系统包括：工控机、上位控制装置、机器人示教器、机器人控制器、电机驱动装置、机器人本体机构模拟装置、机器人本体信号模拟装置、机器人安全装置、安全器件组，具体包括：
所述工控机，用于通过自动运行程序发送测试控制信号到机器人控制器，接收机器人控制器反馈的执行结果数据并加载到三维仿真软件中，根据三维仿真软件执行测试控制信号结果和加载的所述执行结果数据的对比，调试测试控制信号得到控制信号；
所述机器人示教器，用于通过手动模式发送测试控制信号到机器人控制器，接收机器人控制器反馈的执行结果数据；
所述上位控制装置，用于发送控制信号到机器人控制器，接收机器人控制器反馈的执行结果数据；
所述机器人控制器，用于加载所述测试控制信号或控制信号，向电机驱动装置/机器人本体信号模拟装置发送相应的控制命令，并获取电机驱动装置/机器人本体信号模拟装置反馈的执行结果，向所述工控机/机器人示教器/上位控制装置反馈相应的执行结果数据；
所述电机驱动装置，用于接收机器人控制器发送的控制命令，驱动机器人本体机构模拟装置执行动作，同时将机器人本体机构模拟装置的执行结果反馈到机器人控制器；
所述机器人本体机构模拟装置，用于在电机驱动装置的带动下执行相应的动作并反馈执行结果给电机驱动装置；
所述机器人本体信号模拟装置，用于根据机器人控制器的测试控制信号/控制信号执行动作并反馈相应的传感信号；
所述机器人安全装置，用于从所述安全器件组接收至少一个安全信号，得到对应的安全逻辑信号/非安全逻辑信号给机器人控制器，以使机器人控制器收到安全逻辑信号后向机器人本体机构模拟装置发送上电控制命令，收到非安全逻辑信号后向机器人控制器发送切断机器人本体机构模拟装置电源对应的控制命令。
所述工控机，还用于将机器人控制器响应测试控制信号/控制信号对应的基础程序下载到机器人控制器。
所述机器人本体机构模拟装置包括：
机器人本体的执行机构电机，用于在电机驱动装置驱动下通过电机传动机构带动电机负载装置动作，同时反馈编码器信号给电机驱动装置；
电机传动机构，用于带动电机负载装置动作；
电机负载装置，用于在电机传动机构的带动下模拟机器人本体的执行机构带载情况。
所述机器人包括机器人本体及安装在所述机器人本体上的至少一个传感器及执行器。
所述机器人本体信号模拟装置，包括安装在机器人本体上的机器人本体基板装置，所述机器人本体基板装置连接所述至少一个传感器及执行器，用于向所述执行器/传感器发送测试控制信号/控制信号，所述执行器用于根据测试控制信号/控制信号执行相应的动作，所述传感器用于产生传感器信号并通过机器人基板装置反馈到所述机器人控制器。
所述工控机带有显示装置，用于显示三维仿真模拟动画。
所述安全器件组包括机器人控制器/机器人示教器的模式切换开关，用于完成手动模式/自动模式/远程模式的切换，并将对应的切换信号发送到机器人控制器；所述机器人控制器根据手动模式切换信号，对应加载从机器人示教器发送的测试控制信号；根据自动模式切换信号，加载从工控机发送的测试控制信号；根据远程模式切换信号，加载从上位控制装置发送的控制信号。
依照本发明第二方面，一种工业机器人功能测试系统的测试方法，具体包括：
工控机通过自动运行程序发送测试控制信号到机器人控制器；
或者，机器人示教器通过手动模式发送测试控制信号到机器人控制器；
或者，上位控制装置发送控制信号到机器人控制器；
机器人控制器加载所述测试控制信号或控制信号，向电机驱动装置/机器人本体信号模拟装置发送相应的控制命令；
电机驱动装置接收机器人控制器发送的控制命令，驱动机器人本体机构模拟装置执行动作；
机器人本体机构模拟装置在电机驱动装置的带动下执行相应的动作并反馈执行结果给电机驱动装置；
电机驱动装置将机器人本体机构模拟装置的执行结果反馈到机器人控制器；
机器人本体信号模拟装置根据机器人控制器的测试控制信号/控制信号执行动作并反馈相应的传感信号；
机器人控制器获取电机驱动装置/机器人本体信号模拟装置反馈的执行结果，向所述工控机/机器人示教器/上位控制装置反馈相应的执行结果数据；
工控机接收机器人控制器反馈的执行结果数据并加载到三维仿真软件中，对三维仿真软件执行测试控制信号结果和加载的所述执行结果数据进行对比。
本发明提供的一种工业机器人功能测试系统及测试方法与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明结合了机器人控制硬件电器平台及软件模拟仿真系统，本发明将机器人控制器、机器人本体模拟装置及工控机均集成在此功能试验系统上，同时为了可视化机器人动作的轨迹及位置，以及方便调试人员进行软件验证，工控机可进行对应的三维仿真模拟动画，实时查看机器人的位置、姿态及轨迹等信息，能充分全面地验证机器人控制器的功能开发，同时该试验系统不针对某个特定机型的机器人本体，具有较强可移植性、可操作性。
附图说明
图1为实施例一提供的一种工业机器人功能测试系统示意图；
图2为实施例二提供的一种工业机器人功能测试系统的测试方法的示意图；
图3为实施例一提供的机器人本体机构模拟装置的结构示意图；
图4为实施例一提供的机器人本体信号模拟装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合说明书附图对本发明实施例做进一步详细描述。
实施例一
本发明提供一种工业机器人功能测试系统，如图1所示，该系统包括：工控机110、上位控制装置120、机器人示教器130、机器人控制器140、机器人驱动装置150、机器人本体机构模拟装置160、机器人安全装置170、机器人本体信号模拟装置180、安全器件组，具体地：
上述工控机110，用于通过自动运行程序发送测试控制信号到机器人控制器，接收机器人控制器反馈的执行结果数据并加载到三维仿真软件中，根据三维仿真软件执行测试控制信号结果和加载的所述执行结果数据的对比，调试测试控制信号得到控制信号；
上述工控机110带有显示装置，用于显示三维仿真模拟动画。
在实施中，为了可视化机器人动作的轨迹及位置，以及方便调试人员进行验证，工控机中装有机器人本体三维模拟仿真软件，通过该三维模拟仿真软件可以实时查看机器人的位姿及轨迹等信息，能充分全面地验证机器人控制器的功能开发。
在实施中，测试控制信号可以为工控机向机器人控制器发送的测试运动控制指令或测试运动控制程序；
此处不对工控机的选择做限定，本领域相关技术人员可以根据实际情况选择合适的工控机。
在具体实施中，工控机具体可以是PC机，预先在该PC机上加载调试程序，触发调试程序运行时，通过运行调试程序实现发送测试运动控制指令或测试运动控制程序到机器人控制器；接收机器人控制器反馈的执行结果数据，加载所述执行结果数据到三维仿真软件中，并根据三维仿真软件执行测试运动控制指令或测试运动控制程序的结果和加载的所述执行结果数据的对比，调试测试运动控制指令或测试运动控制程序得到运动控制指令或运动控制程序，从而实现对测试运动控制指令或测试运动控制程序的调试。
所述工控机110，还用于将机器人控制器响应测试运动控制指令或测试运动控制程序对应的基础程序下载到机器人控制器。
上述上位控制装置120，上位控制装置控制机器人动作时，用于发送控制信号到机器人控制器，接收机器人控制器反馈的执行结果数据；
在实施中，上述控制信号可以为上位控制装置向机器人控制器发送的运动控制指令或运动控制程序。
在实施中，选择带有人机界面的上位控制装置，通过上位控制装置发送运动控制指令或运动控制程序给机器人控制器，机器人控制器根据上位控制装置发送的运动控制指令或运动控制程序控制机器人执行相应的动作；同时上位控制装置也监控机器人控制器的状态，从而实现对机器人控制器的功能测试。上位控制装置通过工业总线与机器人控制器通信。
人机界面是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。
作为一种可选地实施例，可以选择可编程逻辑控制器PLC控制系统为上位控制装置进行编程，采用跟PLC配套的HMI作为人机界面，实现用户通过所述上位控制装置对机器人控制器的控制和监控。
PLC控制系统：Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
机器人控制器中加载有调试好的响应测试控制信号/控制信号对应的基础程序，所述调试好的响应测试控制信号/控制信号对应的基础程序预先通过工控机下载到机器人控制器，所述上位控制装置向机器人控制器发送运动控制指令后，机器人控制器执行响应控制信号对应的基础程序，对上述控制信号进行响应。
上述机器人示教器130，用于通过手动模式发送机器人测试控制信号到机器人控制器，接收机器人控制器反馈的执行结果数据，并根据机器人控制器反馈的执行结果数据调试测试控制信号；
上述机器人示教器发送的测试控制信号包括示教器上用户\开发测试相关人员程序编写的测试运动控制指令及测试运动控制程序。
机器人示教器是进行机器人的手动操作、用户程序编写、参数配置及监控用的手持装置，使用机器人示教器上点动按键可对机器人本体各个轴位置点进行精确标定，可匹配自动化流水线位置定位。
上述机器人控制器140，用于加载所述测试控制信号或控制信号，向电机驱动装置/机器人本体信号模拟装置发送相应的控制命令，并获取电机驱动装置/机器人本体信号模拟装置反馈的执行结果，向所述工控机/机器人示教器/上位控制装置反馈相应的执行结果数据；
机器人控制器中预先存有控制机器人本体机构模拟装置运动的各类程序，每一条运动控制指令对应一个运动程序；
机器人控制器执行相应的程序，向电机驱动装置发送相应的控制命令，以使电机驱动装置驱动机器人本体机构模拟装置执行动作，同时将机器人本体机构模拟装置的执行结果反馈到机器人控制器。
在实施中，预先通过工控机进行基础程序的编辑编译并下载到所述机器人控制器，在机器人控制器接收到机器人示教器或上位控制装置或工控机发出的相应的测试控制信号/控制信号时，机器人控制器执行相应的基础程序响应测试控制信号/控制信号，生成相应的控制命令并发送到电机驱动装置；
在实施中，机器人控制器接收到机器人示教器/上位控制装置发送的控制信号/测试控制信号后，向工控机的三维仿真模拟软件发送所述控制信号/测试控制信号，以使三维仿真模拟软件执行所述控制信号/测试控制信号，并将执行结果与机器人控制器反馈的执行结果数据进行对比。
在实施中，电动驱动装置将机器人本体机构模拟装置反馈的机器人当前的运动状态反馈给机器人控制器，机器人控制器根据反馈的运动状态的运动值进行补偿运算，形成闭环处理；同时，向上述工控机/机器人示教器/上位控制装置反馈相应的执行结果数据。
上述电机驱动装置150，用于接收机器人控制器发送的控制命令，驱动机器人本体机构模拟装置执行动作，同时将机器人本体机构模拟装置的执行结果反馈到机器人控制器；
电机驱动装置可理解为电机驱动器，机器人本体机构模拟装置中包括至少一个电机，电机驱动装置具体用于接收机器人控制器发送命令，控制机器人本体机构模拟装置中电机动作，同时将电机的各种状态反馈给机器人控制器。
上述机器人本体机构模拟装置160，用于在电机驱动装置的带动下执行相应的动作并反馈执行结果给电机驱动装置；
所述机器人本体机构模拟装置160，如图3所示，包括：
机器人本体的执行机构电机161，用于在电机驱动装置驱动下通过电机传动机构163带动电机负载装置动作，同时反馈编码器信号给电机驱动装置；
在实施中，工业用机器人本体所需电机功率大、体积较大，此功能试验装置采用同等系列独立小规格电机进行替代。
电机传动机构163，用于带动电机负载装置动作；
电机负载装置162，用于在电机传动机构的带动下模拟机器人本体的执行机构带载情况。
在实施中，电机负载装置完全模拟机器人本体负载，与实际机器人本体同比例缩放。
机器人本体信号模拟装置180，如图4所示，包括安装在机器人本体上的机器人本体基板装置182，所述机器人本体基板装置182连接所述至少一个机器人本体的传感器及执行器181，用于向所述执行器/传感器发送测试控制信号/控制信号，所述执行器用于根据测试控制信号/控制信号执行相应的动作，所述传感器用于产生传感器信号并通过机器人基板装置反馈到所述机器人控制器，机器人本体信号模拟装置与机器人控制器物理线连，通过总线方式通信。
在实施中，传感器装置，如超限检测、原点检测、基板检测、偏移检测、对齐检测等传感器，采用拨码开关信号进行输入状态切换，执行器信号，如电磁阀，采用指示灯进行状态标识。
在实施中，机器人本体特别是本体末端执行器采用多个传感器及执行器，由于机器人体积大，若全部使用物理线连则造成难以布线、难以排查问题、难以维护维修等，故在各个轴上使用一个基板装置，将各个轴的传感器及执行器信号连接到基板装置上。机器人本体基板装置通过总线与机器人控制器进行通信，反馈各轴传感器信号到机器人控制器，及接收机器人控制器命令控制执行器的动作。此处不对机器人本体基板与机器人控制器的通信方式做限定，本领域技术人员可根据实际情况选择合适的通信方式。
上述机器人安全装置170，用于从所述安全器件组接收至少一个安全信号，得到对应的安全逻辑信号/非安全逻辑信号给机器人控制器，以使机器人控制器收到安全逻辑信号后向机器人本体机构模拟装置发送上电控制命令，收到非安全逻辑信号后向机器人控制器发送切断机器人本体机构模拟装置电源对应的控制命令；
在实施中，机器人安全装置对接收的至少一个安全信号根据预先设置的一定的安全信号逻辑生成对应的安全逻辑信号/非安全逻辑信号给机器人控制器。
本实施例中的安全器件组包括机器人控制器/机器人示教器的模式切换开关，用于完成手动模式/自动模式/远程模式的切换，并将对应的切换信号发送到机器人控制器；所述机器人控制器根据手动模式切换信号，对应加载从机器人示教器发送的测试控制信号；根据自动模式切换信号，加载从工控机发送的测试控制信号；根据远程模式切换信号，加载从上位控制装置发送的控制信号。
本实施例中的安全器件组，还可以包括：
机器人控制器/机器人示教器/上位控制装置的紧急停止按钮、上电启动开关、安全联锁装置、安全光栅装置，与所述机器人控制器通过物理连线的方式连接。
在实施中，安全器件组向机器人安全装置输入信号，从而完全实物模拟机器人本体使用现场所需的安全控制。
安全联锁装置是用于安全目的的自动化装置。安全联锁装置通过机械或电气的机构使两个动作具有互相制约的关系。在生产过程中，为了保证正常工作，实现自动控制，以及为了防止事故，广泛采用了安全联锁装置。
安全光栅装置是避免人员接近移动机械的一种光电设备，可以避免人员伤亡，安全光栅装置可以用来代替传统的机械屏障或是其他方式的机械防护，也可以增加设备的可维修性，配合安全光栅装置，也可以增加机械设备的操作性及效率。
在实施中，可将机器人控制器/机器人示教器/上位控制装置的紧急停止按钮、上电启动开关、安全联锁装置、安全光栅装置等所需要的安全信号对应的开关设置为虚拟按键或者实体硬件开关，此处不对开关按键形式进行限定，本领域相关技术人员可根据实际情况进行设置。
本实施例提供一种工业机器人功能测试系统具体测试流程的实施例，具体流程包括：
机器人控制器通过串行接口及以太网接口与工控机连接，工控机对机器人控制器加载的基础程序进行编辑编译下载调试等功能，同时工控机装有机器人本体三维仿真模拟软件，通过嵌入式安装显示装置查看机器人运动的位置、轨迹、速度、加减速度、平稳运动、软硬极限等信息；
机器人控制器通过总线方式与上位控制装置通信(此处总线方式可理解为CCLINK，上位装置理解为PLC，但不限于这种组合方式)，机器人自动运行时，由上位控制装置控制机器人控制器发送命令给电机驱动装置，从而控制电机的动作；同时机器人控制器的状态实时反馈给上位外部控制装置；
机器人控制器通过总线方式与机器人示教器通信，手动模式运行时，接收示教器上的测试控制信号，向电机驱动装置/机器人本体信号模拟装置发送相应的控制命令，并获取电机驱动装置/机器人本体信号模拟装置反馈的执行结果，向机器人示教器反馈相应的执行结果数据；
机器人控制器通过总线或者脉冲方式与电机驱动装置进行连接，电机驱动装置与机器人本体机构模拟中的电机专用线缆进行连接，各独立电机轴配有独立电机负载装置，模拟真实环境中的电机带载使用情况；
机器人控制器通过总线及物理连线与机器人本体基板装置连接，基板装置所需的传感器及执行器通过试验装置上的开关及指示灯模拟，并通过用于电路连接的电子元器件端子台将开关及指示灯信号连接到各轴基板装置上；
机器人控制器通过物理直连的方式与机器人安全装置连接，跟机器人安全相关装置相关的安全器件组，如紧急停止开关、安全联锁、安全钥匙开关、三档使能开关、伺服启动开关、电机错误状态信号等，均通过端子排连接到机器人安全装置上，如果任一安全信号未满足条件则机器人控制器立刻切断电机电源，确保人机安全。
机器人示教器、或机器人控制器自动运行脚本、或上位外部控制装置发送控制命令给机器人控制器执行对应动作，此动作一方面表现为该功能试验系统上电机的转动，可查看验证硬件系统及电气系统的正确完备性，另一方面表现为在三维仿真模拟软件，可实时查看及验证机器人运动位置、轨迹是否正确；具体可采用以下三种测试模式：
(1)手动模式
该模式下不需要测试运动控制程序，需要测试运动控制命令，测试运动控制命令来源于示教器，具体的测试步骤如下：
步骤1：将机器人示教器与机器人控制器的模式开关切换到手动模式，将安全器件组的开关拨向相应位置以使机器人安全装置接收到相应的安全信号，使得机器人安全装置处于就位状态，并向机器人控制器发送对应的安全逻辑信号。
步骤2：机器人控制器接收到安全逻辑信号后，通过接收到机器人示教器发出的上电指令向电机驱动装置发送上电控制命令，从而使得电机驱动装置向机器人本体机构模拟装置输出动力电源，机器人本体机构模拟装置中的电机处于可正常工作的状态。
步骤3：使用机器人示教器上动作按键JOG按键操作，生成相应的机器人本体运动轨迹位置速度等测试运动控制指令并发送给机器人控制器，机器人控制器根据接收到的测试运动控制指令生成对应的控制指令给电机驱动装置，进而使电机驱动装置带动机器人本体机构模拟装置的各个关节执行机构电机动作，同时将电机动作状态的执行结果反馈给电机驱动装置，电机驱动装置将所述执行结果反馈给机器人控制器，机器人控制器与机器人示教器相互通信将执行结果反馈给机器人示教器，机器人示教器根据反馈的执行结果显示当前各个电机的执行状态。
步骤4：使用机器人示教器查看机器人本体信号模拟装置中各输入输出信号的原始状态，切换机器人本体信号模拟装置中模拟机器人本体上各个关节传感器的开关按钮，并将传感器信号反馈给机器人控制器，机器人控制器与机器人示教器相互通信将传感器信号反馈给机器人示教器，通过机器人示教器可查看各个传感器的状态是否正确。同时也可以是机器人示教器发送执行控制命令给机器人控制器，从而使机器人控制器控制机器人本体信号模拟装置的执行器显示灯进行灯的状态变化。此过程可以在机器人本体机构模拟装置上电后进行，也可在机器人本体机构模拟装置掉电时进行，也可在机器人本体机构模拟装置动作过程中进行。
步骤5：可以循环步骤1～步骤4的过程，完成手动模式时示教器里面各项功能测试，如不同的速度、到达不同的位置点、传感器信号是否有效等。
步骤6：使机器人控制器动力电源处于掉电状态，保证人物安全。
(2)自动模式
该模式需要测试程序，需要测试运动控制命令。测试运动控制程序来源于示教器自编写或者工控机编写；测试运动控制命令来源于示教器、工控机软件、外部测试盒。
注意：所有的测试运动控制程序最终都在机器人控制器中执行，无论源程序是在工控机中还是示教器中，最终将通过某种通信方式传输到机器人控制器中。具体的测试步骤如下：
步骤1：将机器人示教器与机器人控制器的模式开关切换到自动模式，将安全器件组的开关拨向相应位置以使机器人安全装置接收到相应的安全信号，使得机器人安全装置处于就位状态，并向机器人控制器发送对应的安全逻辑信号。
步骤2：机器人控制器接收到安全逻辑信号后，通过接收到机器人示教器发出的上电指令向电机驱动装置发送上电控制命令，从而使得电机驱动装置向机器人本体机构模拟装置输出动力电源，机器人本体机构模拟装置中的电机处于可正常工作的状态。
步骤3：使用3种方式使得机器人本体机构模拟装置进行自动运行。
方式1：使用机器人示教器进行自动模式测试，在机器人示教器上进行测试运动控制程序的编写或导入工控机上的自动测试运动控制程序，通过机器人示教器向机器人控制器发送测试运动控制程序或通过按下机器人示教器的运动\停止等按钮向机器人控制器发送测试运动控制指令，机器人控制器根据接收到的测试运动控制程序或测试运动控制指令生成相应的控制指令给电机驱动装置，进而使电机驱动装置带动机器人本体机构模拟装置的各个关节执行机构电机动作，同时将电机动作状态的执行结果反馈给电机驱动装置，电机驱动装置将所述执行结果反馈给机器人控制器，机器人控制器与机器人示教器相互通信将执行结果反馈给机器人示教器，机器人示教器根据反馈的执行结果显示当前各个电机的执行状态。
方式2：使用上位工控机进行自动模式测试，工控机应具备两个功能：1、测试软件；2编写自动测试程序。使用测试软件进行机器人动作的开始、停止、速度变化等功能；除此外，测试软件还可以进行变量的读写，信号的监控、机器人动作波形的抓取等，以便进行机器人本体末端动作的稳定性及精度分析；除此外，测试软件还可以比较方便的更改机器人控制器关于机器人运动的相关参数，如运动行程、最大加减速度、最大速度、最大扭矩、最高温度的限定等。
通过工控机将测试运动控制程序下载到机器人控制器中，通过测试软件中的各个功能向机器人控制器发送测试运动控制指令，机器人控制器根据接收到的测试运动控制指令运行相应的测试运动控制程序，生成对应的控制指令给电机驱动装置，进而使电机驱动装置带动机器人本体机构模拟装置的各个关节执行机构电机动作，同时将电机动作状态的执行结果反馈给电机驱动装置，电机驱动装置将所述执行结果反馈给机器人控制器，机器人控制器与工控机相互通信将执行结果反馈给工控机，工控机根据反馈的执行结果显示当前各个电机的执行状态。
方式3：简易自动模式，使用外部一个单独的测试工具盒。
前提是机器人控制器中已有测试程序，只是通过外部测试工具盒进行机器人的上电、运动、停止、上电指示灯、错误指示灯的功能。适合已经测试成形的机器人控制器。
通过工控机将测试运动控制程序下载到机器人控制器中，通过外部测试工具盒向机器人控制器发送测试控制命令，机器人控制器根据测试控制命令执行相应的测试运动控制程序，生成相应的控制指令并发送给电机驱动装置，进而使电机驱动装置带动机器人本体机构模拟装置的各个关节执行机构电机动作。此方式适合已经测试成形的机器人控制器。
步骤4：使用机器人示教器/工控机查看机器人本体信号模拟装置中各输入输出信号的原始状态，切换机器人本体信号模拟装置中模拟机器人本体上各个关节传感器的开关按钮，并将传感器信号反馈给机器人控制器，机器人控制器与机器人示教器/工控机相互通信将传感器信号反馈给机器人示教器，通过机器人示教器/工控机可查看各个传感器的状态是否正确。同时机器人示教器/工控机发送执行控制命令给机器人控制器，从而使机器人控制器控制机器人本体信号模拟装置的执行器显示灯进行灯的状态变化。这一步需要在机器人本体机构模板装置动作过程中进行。
步骤5：可以循环步骤1～步骤4的过程，完成自动模式时各项功能测试。
步骤6：使机器人控制器动力电源处于掉电状态，保证人物安全。
(3)远程模式
该模式下不需要测试程序，需要测试运动控制命令，测试运行控制命令来源于上位控制装置。
步骤1：将机器人控制器的模式开关切换到远程模式，将安全器件组的开关拨向相应位置以使机器人安全装置接收到相应的安全信号，使得机器人安全装置处于就位状态，并向机器人控制器发送对应的安全逻辑信号。将机器人安全装置的输入信号都切换到远程模式的状态，使得机器人安全装置处于就位状态。
步骤2：机器人控制器接收到安全逻辑信号后，通过接收到机器人示教器发出的上电指令向电机驱动装置发送上电控制命令，从而使得电机驱动装置向机器人本体机构模拟装置输出动力电源，机器人本体机构模拟装置中的电机处于可正常工作的状态。
步骤3：上位控制器装置的触摸屏已加载有完整的应用功能软件，根据不同的功能向机器人控制器发送控制指令。
机器人控制器生成对应的控制指令给电机驱动装置；进而使电机驱动装置带动机器人本体机构模拟装置的各个关节执行机构电机动作；同时将电机动作状态的执行结果反馈给电机驱动装置，电机驱动装置将所述执行结果反馈给机器人控制器，机器人控制器与上位控制装置相互通信将执行结果反馈给上位控制装置，上位控制装置中的应用功能软件根据反馈的执行结果显示当前各个电机的执行状态。
步骤4：使用上位控制器装置的应用功能软件查看机器人本体信号模拟装置中各输入输出信号的原始状态，切换机器人本体信号模拟装置中模拟本体上各个关节传感器的开关按钮，并将传感器信号反馈给机器人控制器，机器人控制器与上位控制装置相互通信将传感器信号反馈给上位控制装置，通过上位控制装置可查看各个传感器的状态是否正确。同时上位控制装置根据传感器的状态发送执行控制命令给机器人控制器，从而使机器人控制器控制机器人本体信号模拟装置的执行器显示灯进行灯的状态变化。这一步需要在机器人动作过程中操作查看。
步骤5：可以循环步骤1～步骤4的过程，完成远程模式时各项功能测试。
步骤6：使机器人控制器动力电源处于掉电状态，保证人物安全。
以上三种模式都可通过工控机的三维仿真模拟动画显示查看机器人动作的相关信息；可同时通过机器人本体装置上的模拟传感器及执行器机构进行机器人本体上对应信号的模拟及显示，完全匹配工业现场所需的各种信号。
在此功能试验系统上，采用软硬电气复合系统可安全完整充分地测试机器人控制器在实际产线中所需的控制功能。
实施例二
本实施例为一种工业机器人功能测试系统的测试方法，所述系统包括工控机、上位控制装置、机器人示教器、机器人控制器、电机驱动装置、机器人本体机构模拟装置、机器人本体信号模拟装置、机器人安全装置、安全器件组，如图2所示，该方法包括：
步骤201，工控机通过自动运行程序发送测试控制信号到机器人控制器；或者，
机器人示教器通过手动模式发送测试控制信号到机器人控制器；或者，
上位控制装置发送控制信号到机器人控制器；
在实施中，工控机预先将机器人控制器响应测试控制信号/控制信号对应的基础程序下载到机器人控制器。
步骤202，机器人控制器加载所述测试控制信号或控制信号，向电机驱动装置/机器人本体信号模拟装置发送相应的控制命令；
步骤203，电机驱动装置接收机器人控制器发送的控制命令，驱动机器人本体机构模拟装置执行动作；
步骤204，机器人本体机构模拟装置在电机驱动装置的带动下执行相应的动作并反馈执行结果给电机驱动装置；
所述机器人本体机构模拟装置的机器人本体的执行机构电机，在电机驱动装置驱动下通过电机传动机构带动电机负载装置动作，同时反馈编码器信号给电机驱动装置；
电机负载装置在电机传动机构的带动下模拟机器人本体的执行机构带载情况。
步骤205，电机驱动装置将机器人本体机构模拟装置的执行结果反馈到机器人控制器；
步骤206，机器人本体信号模拟装置根据机器人控制器的测试控制信号/控制信号执行动作并反馈相应的传感信号；
所述机器人包括机器人本体及安装在所述机器人本体上的至少一个传感器及执行器。
所述机器人本体信号模拟装置，包括安装在机器人本体上的机器人本体基板装置，所述机器人本体基板装置连接所述至少一个传感器及执行器，用于向所述执行器/传感器发送测试控制信号/控制信号，所述执行器用于根据测试控制信号/控制信号执行相应的动作，所述传感器用于产生传感器信号并通过机器人基板装置反馈到所述机器人控制器。
步骤207，机器人控制器获取电机驱动装置/机器人本体信号模拟装置反馈的执行结果，向所述工控机/机器人示教器/上位控制装置反馈相应的执行结果数据；
步骤208，工控机接收机器人控制器反馈的执行结果数据并加载到三维仿真软件中，对三维仿真软件执行测试控制信号结果和加载的所述执行结果数据进行对比。所述工控机带有显示装置，用于显示三维仿真模拟动画。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种工业机器人功能测试系统，所述系统包括：工控机、上位控制装置、机器人示教器、机器人控制器、电机驱动装置、机器人本体机构模拟装置、机器人本体信号模拟装置、机器人安全装置、安全器件组，其特征在于：
所述工控机，用于通过自动运行程序发送测试控制信号到机器人控制器，接收机器人控制器反馈的执行结果数据并加载到三维仿真软件中，根据三维仿真软件执行测试控制信号结果和加载的所述执行结果数据的对比，调试测试控制信号得到控制信号；
所述机器人示教器，用于通过手动模式发送测试控制信号到机器人控制器，接收机器人控制器反馈的执行结果数据；
所述上位控制装置，用于发送控制信号到机器人控制器，接收机器人控制器反馈的执行结果数据；
所述机器人控制器，用于加载所述测试控制信号或控制信号，向电机驱动装置/机器人本体信号模拟装置发送相应的控制命令，并获取电机驱动装置/机器人本体信号模拟装置反馈的执行结果，向所述工控机/机器人示教器/上位控制装置反馈相应的执行结果数据；
所述电机驱动装置，用于接收机器人控制器发送的控制命令，驱动机器人本体机构模拟装置执行动作，同时将机器人本体机构模拟装置的执行结果反馈到机器人控制器；
所述机器人本体机构模拟装置，用于在电机驱动装置的带动下执行相应的动作并反馈执行结果给电机驱动装置；
所述机器人本体信号模拟装置，用于根据机器人控制器的测试控制信号/控制信号执行动作并反馈相应的传感信号；
所述机器人安全装置，用于从所述安全器件组接收至少一个安全信号，得到对应的安全逻辑信号/非安全逻辑信号给机器人控制器，以使机器人控制器收到安全逻辑信号后向机器人本体机构模拟装置发送上电控制命令，收到非安全逻辑信号后向机器人控制器发送切断机器人本体机构模拟装置电源对应的控制命令。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述工控机，还用于将机器人控制器响应测试控制信号/控制信号对应的基础程序下载到机器人控制器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机器人本体机构模拟装置包括：
机器人本体的执行机构电机，用于在电机驱动装置驱动下通过电机传动机构带动电机负载装置动作，同时反馈编码器信号给电机驱动装置；
电机传动机构，用于带动电机负载装置动作；
电机负载装置，用于在电机传动机构的带动下模拟机器人本体的执行机构带载情况。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述机器人包括机器人本体及安装在所述机器人本体上的至少一个传感器及执行器，
所述机器人本体信号模拟装置，包括安装在机器人本体上的机器人本体基板装置，所述机器人本体基板装置连接所述至少一个传感器及执行器，用于向所述执行器/传感器发送测试控制信号/控制信号，所述执行器用于根据测试控制信号/控制信号执行相应的动作，所述传感器用于产生传感器信号并通过机器人基板装置反馈到所述机器人控制器。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述工控机带有显示装置，用于显示三维仿真模拟动画。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述安全器件组包括机器人控制器/机器人示教器的模式切换开关，用于完成手动模式/自动模式/远程模式的切换，并将对应的切换信号发送到机器人控制器；所述机器人控制器根据手动模式切换信号，对应加载从机器人示教器发送的测试控制信号；根据自动模式切换信号，加载从工控机发送的测试控制信号；根据远程模式切换信号，加载从上位控制装置发送的控制信号。
7.一种基于权利要求1所述系统的工业机器人功能测试方法，其特征在于，该方法包括：
工控机通过自动运行程序发送测试控制信号到机器人控制器；
或者，机器人示教器通过手动模式发送测试控制信号到机器人控制器；
或者，上位控制装置发送控制信号到机器人控制器；
机器人控制器加载所述测试控制信号或控制信号，向电机驱动装置/机器人本体信号模拟装置发送相应的控制命令；
电机驱动装置接收机器人控制器发送的控制命令，驱动机器人本体机构模拟装置执行动作；
机器人本体机构模拟装置在电机驱动装置的带动下执行相应的动作并反馈执行结果给电机驱动装置；
电机驱动装置将机器人本体机构模拟装置的执行结果反馈到机器人控制器；
机器人本体信号模拟装置根据机器人控制器的测试控制信号/控制信号执行动作并反馈相应的传感信号；
机器人控制器获取电机驱动装置/机器人本体信号模拟装置反馈的执行结果，向所述工控机/机器人示教器/上位控制装置反馈相应的执行结果数据；
工控机接收机器人控制器反馈的执行结果数据并加载到三维仿真软件中，对三维仿真软件执行测试控制信号结果和加载的所述执行结果数据进行对比。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
工控机将机器人控制器响应测试控制信号/控制信号对应的基础程序下载到机器人控制器。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
机器人安全装置从安全器件组接收至少一个安全信号，得到对应的安全逻辑信号/非安全逻辑信号给机器人控制器，以使机器人控制器收到安全逻辑信号后向机器人本体机构模拟装置发送上电控制命令，收到非安全逻辑信号后向机器人控制器发送切断机器人本体机构模拟装置电源对应的控制命令。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在工控机带有的显示装置上显示三维仿真模拟动画。
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