CN109976853A - 一种工业机器人组件化人机交互系统的软件架构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业机器人组件化人机交互系统架构，用户界面层位于人机交互系统架构的顶端，将机器人的功能以可视化的形式展现出来。用户界面层接收用户的指示，后向业务逻辑层传递参数；业务逻辑层为上层提供实际功能支持，接收用户界面层的命令，解析传递来的参数，判断其合法性之后，组织协调具体的操作；业务逻辑层处理完，接着将数据传递给数据传输层的组件。数据传输层主要完成对数据的传输任务。最终，实体对象层收到数据传输层传来的数据，解析后，最终实现实际的机器人运动控制、数据存储、文件运行等操作。实现结构的高内聚低耦合，对提高工业机器人人机交互系统开发的高效性和灵活性有着重要意义。

Description

一种工业机器人组件化人机交互系统的软件架构

技术领域

本发明属于工业机器人的人机交互软件技术领域，具体地说，涉及一种工业机器人组件化人机交互系统的软件架构。

背景技术

软件在整个生命周期中变更是无时无刻不发生的，一方面是由于新技术产生的更新，另一方面是用户需求变化而产生的更新。架构是一个系统的核心，也是软件实现的蓝图。良好的人机交互系统架构是系统具有高的可扩展性、可配置性等因素的基础。在架构的全局思想指导下，任何系统维护、扩充和升级，不会因修改和扩充而破坏整体的完整和一致性。工业机器人的人机交互系统控制模式从最初简单的一个人机交互系统控制一个机器人，到“一对多”；连接方式从集成电缆连接，到USB连接，甚至无线连接；功能从实现简单的机器人运动、程序编辑，到复杂的焊接、码垛、视觉等。机器人的人机交互系统应用需求正不断增长，这就对人机交互系统软件开发速度、灵活性及稳定性提出了更高的要求。

组件技术指的是，在软件开发过程中把系统分割成不同的组件，并对组件进行单独开发，各部分开发完后利用“搭积木”思想生产软件。组件技术的优势正好可以解决人机交互系统当前遇到的开发效率低、兼容性和灵活性差的问题。若将组件技术引入到人机交互系统开发中，当需要更新或者扩展功能时仅需要对部分组件进行修改，同类系统的开发也不再采取“从零开始”的模式，而是以已有的工作为基础，充分利用过去开发中累计的经验和知识。

发明专利CN107688432A公开了一种基于触控技术的电子测量仪器人机交互系统架构，通过分层设计实现了触控数据采集、触控数据解释及触控数据应用的相互独立，通过触控驱动层实现交互系统的硬件无关性。但这些研究专注于触控数据、触摸语法的映射关系研究，并没有涉及工业机器人领域的人机交互系统架构的内部组件化设计以及业务逻辑处理、通信等功能。

现有组件架构在需求变更时，软件的复用率极低，系统的各个部分都需要从头开始开发，在系统开发过程中存在大量的重复劳动、开放性很差，更新存在许多阻碍。不仅如此，各厂家的产品不兼容，用户界面不灵活，现代工业生产的需求很难得到满足。

发明内容

要解决的技术问题

为了能充分利用已有成果，提高开发效率，从而快速实现工业机器人的人机交互系统的定制，本发明提出一种工业机器人组件化人机交互系统的软件架构，将工业机器人的人机交互系统划分为多个层次，同时划分出功能独立的组件，并对组件进行单独开发，各部分开发完后利用“搭积木”思想生产软件。

技术方案

一种工业机器人组件化人机交互系统的软件架构，其特征在于包括用户界面层、业务逻辑层、数据传输层、实体对象层；其中

用户界面层：此层位于人机交互系统架构的最上层，是用户与机器人的交互通道，将机器人的功能以可视化的形式展现出来；用户界面层接收用户的指示，后向业务逻辑层传递参数，发出服务请求，并获取业务层返回的信息显示在界面上；根据功能可以划分为多个组件；

业务逻辑层：此层位于用户界面层之下，为其提供实际功能支持，接收用户界面层的命令，解析传递来的参数，判断其合法性之后，组织协调具体的文件操作、程序运行、参数读写，最终返回用户界面层所要的信息，同时将数据传递给数据传输层的组件；根据功能可以划分为多个组件；

数据传输层：通过接口给上层业务逻辑层提供调用服务，并与下层实体对象层进行数据传输；根据功能可以划分为多个组件；

实体对象层：接收数据传输层传来的数据并解析，最终实现实际的机器人运动控制、数据存储、文件运行。

所述的用户界面层包括自检组件、连接组件、修改设备运行模式组件、清除报警组件、软件更新组件、登录组件、新增用户组件、显示用户组件、管理权限组件、修改密码组件、程序显示组件、智能指令添加组件、查找组件、输入文件信息组件、显示文件组件、使能组件、点动组件、定位组件、显示报警记录组件、显示运行时间组件、设置网络参数组件、设置软限位组件、设置负载参数组件、显示软件版本组件、端口状态组件、显示最新报警组件、显示当前运行参数组件、显示当前坐标组件、程序运行组件、焊接参数组件、标定用户坐标系组件、标定工具坐标系组件、标定机器人臂长组件、标定编码器零点组件、视觉参数组件、设置倍率组件、设置步进量组件、设置坐标系组件、修改程序运行模式组件、码垛参数组件。

所述的业务逻辑层包括自检业务组件、连接业务组件、修改设备运行模式业务组件、清除报警业务组件、软件更新业务组件、登录业务组件、用户信息更新业务组件、健康诊断业务组件、程序编辑业务组件、文件业务组件、手动运动业务组件、程序运行业务组件、系统信息业务组件、端口业务组件、显示状态业务组件、标定编码器零点业务组件、标定用户坐标系业务组件、标定工具坐标系业务组件、标定机器人臂长业务组件、码垛参数业务组件、运行参数业务组件、焊接参数业务组件、视觉参数业务组件。

所述的数据传输层包括UDP通信组件、文件FTP传输组件、输出端口信号发送组件、输入端口信号获取组件、数据库操作组件、日志数据操作组件、用户数据操作组件、端口数据操作组件、坐标系数据操作组件、本地文件操作组件。

所述的实体对象层包括机器人控制器、输入输出设备、数据库、文件系统。

有益效果

本发明提出了一种工业机器人组件化人机交互系统架构，在架构设计过程中引入了组件技术，将工业机器人的人机交互系统划分用户界面层、业务逻辑层、数据传输层和实体对象层。各层相对应的组件库中挑选出适当的组件，通过组装完成各组件的连接，从而实现整个系统的功能。组件化的架构将代码间相互依赖转化为各组件对架构的依赖，实现结构的高内聚低耦合，对提高工业机器人人机交互系统开发的高效性和灵活性有着重要意义。

附图说明

图1为工业机器人组件化人机交互系统的逻辑架构图。

图2为工业机器人组件化人机交互系统的组件图。

图3为工业机器人组件化人机交互系统的运行架构图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

一种工业机器人组件化人机交互系统的软件架构，将系统分层，其中包括用户界面层、业务逻辑层、数据传输层和实体对象层。其中各层的功能如下：

用户界面层在人机交互系统架构的最上层，将机器人的功能以可视化的形式展现出来。用户界面层收到用户的指示，并将其转换成相应的参数命令传递给业务逻辑层。

进一步地，业务逻辑层为上层提供实际功能支持，接收用户界面层的命令，解析传递来的参数，判断其合法性之后，组织协调具体的文件操作、程序运行、参数读写等功能的操作，最终返回用户界面层所要的信息。业务逻辑层处理完，接着将数据传递给数据传输层的组件。

进一步地，数据传输层主要完成对数据的传输任务。在人机交互系统中主要是负责与实体对象层控制器的数据传输、文件传输，与实体对象层输入输出设备的IO数据的传输，与实体对象层数据库数据的传输，以及与实体对象层本地文件的传输等。

最终，实体对象层收到数据传输层传来的数据，解析后，最终实现实际的机器人运动控制、数据存储、文件运行等操作。

参阅图1，一种工业机器人组件化人机交互系统的逻辑架构分为四个层级，第一层是用户界面层，第二层是业务逻辑层，第三次数据传输层，第四层实体对象层。对于用户界面层和业务逻辑层，依据功能特点，将其分为十三个功能模块，分别是手动运动模块、程序运行模块、系统信息模块、状态信息模块、运动参数设置模块、系统功能模块、扩展功能模块、文件管理模块、程序编辑模块、健康诊断模块、端口模块、用户模块、标定模块。数据传输层主要分为UDP传输模块、FTP传输模块、IO数据传输模块、数据库操作模块、文件操作模块等，通过接口给上层业务逻辑层提供调用服务。实体对象层主要是由第三方提供的成熟系统，包含机器人控制器、输入输出设备、数据库等。同时，参阅图2，将各模块进一步划分为组件，每个组件之间具有松耦合性，可根据人机界面的功能需求，通过搭建组件进行快速配置，完成人机交互界面的开发。

用户界面层位于人机交互系统架构的顶端，是用户与机器人的交互通道，将机器人的功能以可视化的形式展现出来。用户界面层接收用户的指示，后向业务逻辑层传递参数，发出服务请求，并获取业务层返回的信息显示在界面上。参阅图2，用户界面层的组件由连接组件、修改设备运行模式组件、清除报警组件、软件更新组件、登录组件、新增用户组件、点动组件、使能组件、定位组件、设置倍率组件等。

业务逻辑层位于用户界面层之下，为其提供实际功能支持，接收用户界面层的命令，解析传递来的参数，判断其合法性之后，组织协调具体的文件操作、程序运行、参数读写等功能的操作。业务逻辑层处理完，接着将数据传递给数据传输层的组件。参阅图2，业务逻辑层的组件主要有自检业务组件、连接业务组件、修改设备运行模式业务组件、清除报警业务组件、软件更新业务组件、登录业务组件、用户信息更新业务组件、程序编辑业务组件、文件业务组件、手动运动业务组件、健康诊断业务组件、系统信息业务组件、端口业务组件、显示状态业务组件、程序运行业务组件、标定用户坐标系业务组件、标定工具坐标系业务组件、标定机器人臂长业务组件、标定编码器零点业务组件、运行参数业务组件、焊接参数业务组件、码垛参数业务组件；

数据传输层接收由业务逻辑层传递来的数据，接着完成对数据的传输任务。在人机交互系统中主要是负责与实体对象层控制器的数据传输、文件传输，与实体对象层输入输出设备的IO数据的传输，与实体对象层数据库数据的传输，以及与实体对象层本地文件的传输等。参阅图2，数据传输层的组件分为UDP通信组件、文件FTP传输组件、输出端口信号发送组件、输入端口信号获取组件、数据库操作组件、日志数据操作组件、用户数据操作组件、端口数据操作组件、坐标系数据操作组件、本地文件操作组件。

实体对象层主要包括人机交互系统中实际的操作对象，参阅图2，该层的组件包括机器人控制器、输入输出设备、数据库、文件系统。其中，输出设备包含LED、蜂鸣器，输入设备包含按钮、使能开关、钥匙开关。

参阅图3，一种工业机器人组件化人机交互系统的运行架构主要分为三个线程：用户界面线程(主线程)、工作线程(支线程一)、硬件扫描线程(支线程二)。用户界面线程用于处理用户的操作，界面参数更新等任务；工作线程主要实现具体的后台任务实现，包括自检任务等，测试与数据库的连接是否正常、通过UDP初始化控制器参数是否正常，并将结果返回给用户界面显示。硬件扫描线程完成各种硬件输入信号的识别任务，并将按键信号等传给相关组件。

Claims (5)

1.一种工业机器人组件化人机交互系统的软件架构，其特征在于包括用户界面层、业务逻辑层、数据传输层、实体对象层；其中

用户界面层：此层位于人机交互系统架构的最上层，是用户与机器人的交互通道，将机器人的功能以可视化的形式展现出来；用户界面层接收用户的指示，后向业务逻辑层传递参数，发出服务请求，并获取业务层返回的信息显示在界面上；根据功能可以划分为多个组件；

业务逻辑层：此层位于用户界面层之下，为其提供实际功能支持，接收用户界面层的命令，解析传递来的参数，判断其合法性之后，组织协调具体的文件操作、程序运行、参数读写，最终返回用户界面层所要的信息，同时将数据传递给数据传输层的组件；根据功能可以划分为多个组件；

数据传输层：通过接口给上层业务逻辑层提供调用服务，并与下层实体对象层进行数据传输；根据功能可以划分为多个组件；

实体对象层：接收数据传输层传来的数据并解析，最终实现实际的机器人运动控制、数据存储、文件运行。

2.根据权利要求1所述的一种工业机器人组件化人机交互系统的软件架构，其特征在于所述的用户界面层包括自检组件、连接组件、修改设备运行模式组件、清除报警组件、软件更新组件、登录组件、新增用户组件、显示用户组件、管理权限组件、修改密码组件、程序显示组件、智能指令添加组件、查找组件、输入文件信息组件、显示文件组件、使能组件、点动组件、定位组件、显示报警记录组件、显示运行时间组件、设置网络参数组件、设置软限位组件、设置负载参数组件、显示软件版本组件、端口状态组件、显示最新报警组件、显示当前运行参数组件、显示当前坐标组件、程序运行组件、焊接参数组件、标定用户坐标系组件、标定工具坐标系组件、标定机器人臂长组件、标定编码器零点组件、视觉参数组件、设置倍率组件、设置步进量组件、设置坐标系组件、修改程序运行模式组件、码垛参数组件。

3.根据权利要求1所述的一种工业机器人组件化人机交互系统的软件架构，其特征在于所述的业务逻辑层包括自检业务组件、连接业务组件、修改设备运行模式业务组件、清除报警业务组件、软件更新业务组件、登录业务组件、用户信息更新业务组件、健康诊断业务组件、程序编辑业务组件、文件业务组件、手动运动业务组件、程序运行业务组件、系统信息业务组件、端口业务组件、显示状态业务组件、标定编码器零点业务组件、标定用户坐标系业务组件、标定工具坐标系业务组件、标定机器人臂长业务组件、码垛参数业务组件、运行参数业务组件、焊接参数业务组件、视觉参数业务组件。

4.根据权利要求1所述的一种工业机器人组件化人机交互系统的软件架构，其特征在于所述的数据传输层包括UDP通信组件、文件FTP传输组件、输出端口信号发送组件、输入端口信号获取组件、数据库操作组件、日志数据操作组件、用户数据操作组件、端口数据操作组件、坐标系数据操作组件、本地文件操作组件。

5.根据权利要求1所述的一种工业机器人组件化人机交互系统的软件架构，其特征在于所述的实体对象层包括机器人控制器、输入输出设备、数据库、文件系统。