CN110202579B - 一种带视觉集成的多台机器人控制方法 - Google Patents

一种带视觉集成的多台机器人控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带视觉集成的多台机器人控制方法，所述方法包括以下步骤：获取机器人i的机械模型，对所述机械模型进行数学建模，根据所述数学模型形成程序表述ai，然后根据所述程序表述ai形成程序名bi；重复前述步骤一次或一次以上；将上述程序表述ai利用编程软件的库封装功能，把程序表述的代码封装到库中，并分别形成各自对应的库文件ci；将存储有所述库文件ci的应用程序设置于安装有实时核的控制器中；将视觉程序运行在所述安装有实时核的控制器中；其中，n为正整数。通过本技术方案，可以在集成控制多台机器人，提高运行控制效率，节约了成本。

Description

一种带视觉集成的多台机器人控制方法
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种带视觉集成的多台机器人控制方法。
背景技术
目前，对于机器人的控制需使用控制器进行操控，而现有技术中往往采用一个控制器控制一个一台机器人，也就是一台机器人对应一个控制器，当需要增加对于多台机器人的控制时，需要相应增加控制器的数量以进行控制。这样所带来的缺陷是无法通过一个控制器进行多台机器人的控制，使得控制成本大大增加，不利于生产经营和实际运用。
进一步地，机器人在实际运用过程中需要经常与视觉信息进行数据交互，相应地，在现有的技术中在一台机器人对于一个控制器的情况下，视觉软件需要分别在不同控制器中进行设置，不能够在同一控制器对应多台机器人的情况下进一步实现集成化的数据交互，同样大大影响了设置的复杂度和成本，也影响了后续控制运行的便捷性，影响了运行工作的效率。
因此，如何在同一控制器中集成控制多台机器人，进一步如何相应地集成视觉软件实现同一控制器中的多台机器人及视觉程序设置与数据交互，成为了相关领域需要解决的技术问题之一。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明所解决的技术问题是：提供一种带视觉集成的多台机器人控制方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案内容具体如下：
一种带视觉集成的多台机器人控制方法，所述方法包括以下步骤：
— 获取机器人i的机械模型，对所述机械模型进行数学建模，根据所述数学模型形成程序表述ai，然后根据所述程序表述ai形成程序名bi；
— 重复前述步骤一次或一次以上；
— 将上述程序表述ai利用编程软件的库封装功能，把程序表述的代码封装到库中，并分别形成各自对应的库文件ci；
— 将存储有所述库文件ci的应用程序设置于安装有实时核的控制器中；
— 将视觉程序运行在所述安装有实时核的控制器中；
其中，n为正整数。
需要说明的是，相较于现有技术中一个控制器仅能控制一台机器人，而在运行控制不同机器人时导致需要更换对应不同的控制器，从而导致的实现复杂、工作效率低，以及实现成本过高的问题，发明人在本技术方案中提供了一种解决上述的方法，即利用不同程序名的程序表述来调用其对应的机器人库，从而使得不同类型的机器人能被同一个控制器所控制运行。然后将上述机器人库存储于一应用程序中，并将所述应用程序设置于安装有实时核的控制器中，即可在后续运行过程中进行调用，从而使得用户购买了控制器后，可根据机器人类型适配相应的库，用一个不同名的程序调用库即可，而不必因为机器人本体模型改变而去更换对应的控制器，进而大大提高了工作效率，同时也极大地节约了生产成本。同时，可以解决客户多台机器人本体同时控制的需求，同样大大提高了工作效率，以及极大地节约了生产成本。
需要说明的是，在现有技术中，视觉程序需要与不同机器人进行数据交互，但基于不同机器人对应不同的控制器的技术限制，视觉程序在与机器人进行数据交互时，需要进行额外的线路或配件的设置，这一的数据互连效率低下。
而在本方案中，基于上述基础技术方案，结合将视觉程序运行在所述安装有实时核的控制器中，可以使得视觉程序与机器人程序通过在同一台控制器里实现数据交互，此时数据传输都是在同一台控制器里完成，不需要额外的线路或配件，可以使得数据互通更灵活、更实时、更便捷。
更优选地，所述视觉程序集成有共享内存类库，所述视觉程序通过所述共享内存类库访问所述控制器内存中的一区域；所述实时核通过专用功能块访问所述区域。
需要说明的是，通过上述技术方案，相较于其他如通讯访问的数据交互方式，读写内存可以有助于软件间数据通讯，通过内存访问比通信访问实时性更高。视觉程序与机器人程序通过在同一台控制器里共享内存实现数据交互，视觉数据可以通过内存传给任意一个机器人程序，可以使得数据互通进一步更灵活、更实时、更便捷。
需要说明的是，所述专用功能块可以是编程软件自带的标准FB功能块。
进一步地，所述方法还包括：当需要控制某一机器人i时，根据其所对应的程序名bi调用对应的库文件ci。
需要说明的是，调用时，可以根据机器人i所对应的程序名bi调用对应的库文件ci，从而进行调用及控制，实现上述技术效果。
进一步地，所述方法还包括：将所述机器人i的操作界面模板封装与其库文件ci中，在做操作画面时，将所述操作界面模板与其对应的变量索引值m设置于所述操作画面中；所述操作画面还设置有切换按钮，用于根据索引变量值切换其所对应的操作界面模板。
需要说明的是，假设机器人1操作界面模板封装在C1库里，在做画面时，通过模板+变量索引的方式，只要调用一次模板，并且做多个切换按钮，当点击第一个按钮时，索引变量值为1，点击第二个引变量值为2，以此类推，就可实现变量索引的多次索引，索引值不同，界面可操作的机器人也不同。当索引值为1时，操作的是1号机器人，当索引值为2时，操作的是2号机器人，以此类推实现同一画面对多个机器人操作。这里，只做了一套画面，就可以同时对多台机器人实现人机交互操作，大大减少了工作量，提高了工作效率。
进一步地，驱动器与所述控制器的数据收发均基于EtherCAT协议进行。
需要说明的是，在机器人模型形成程序表述的过程中，可能会出现接口不统一，从而导致无法进行有效的数据交互的问题，在本技术方案中，发明人利用EtherCAT技术实现控制器的数据收发。基于现在EtherCAT技术，驱动与控制器的协议是标准的，控制器与驱动的数据收发都是建立在EtherCAT协议基础上实现的，这样程序就不必关心接口不统一问题。进而基于驱动与控制器数据接口的标准化已实现，对机器人的数学模型用程序表述也就做到了接口的统一。从而，我们利用一个程序表述一台机器人模型，并把接口开放，也就可以实现机器人模型的程序软件化表述。在本方案中，采用了EtherCAT标准接口，如果出现第三方通信技术，接口是公开的，我们一样可以按新技术完成本方案。EtherCAT技术作为一个有效的桥梁，确保了在需要集成不同类型的机器人类型的需求下本方案的通用性和实用性。
需要说明的是，优选采用EtherCAT协议是因为支持这一协议的产品都可以被EtherCAT主站连接到。相对来说叫其他协议速度较快的，可以高达到1000M/S的速率，使得数据交互效率进一步提高。
优选地，所述库文件ci具有驱动参数接口，用于所述驱动器与所述控制器的连接。
需要说明的是，驱动参数接口可用于对支持EtherCAT协议的驱动的连接，当用不同程序名实例化一个库时，会生成相应的驱动链接接口，通过接口与外部实际驱动进行连接，用户可以通过接口与驱动进行一一配对。驱动参数接口直接关系到如何快速增加一台机器人。此接口可作为我们的控制系统与外部驱动的链接的桥梁，具有高度的标准化，兼容所有支持标准EtherCAT协议的驱动。因此可以快速增加机器人。驱动参数接口的建立 ，保证了控制系统与驱动的链接，从而保证了指令发出后的运行。也就形成了一个完成的机器人控制系统。
更进一步地，所述机器人是串联机器人、并联机器人、scara机器人中的一种或多种；所述机器人的台数是至少一台。
需要说明的是，基于上述技术方案，在更优选的方案中，可以采用不同类型的机器人实现同一控制器的控制，例如可以是串联机器人、并联机器人、scara机器人中的一种或多种均可适用于本技术方案，使得本方案的实用性大大增强。
作为更进一步地优选，所述机器人是多轴机器人，且所有所述多轴机器人的总轴数相加不大于255。
需要说明的是，为实现本方案的有效性，若机器人是多轴机器人，则所有所述多轴机器人的总轴数相加不大于255，否则可能会出现技术效果不适用。因此总轴数相加不大于255，可保证技术方案实现的有效性。
优选地，所述库文件ci还具有机械参数接口，用于获取下一次机器人的机械模型的数学建模。
需要说明的是，在库文件生成后，当需要进一步再另外添加机器人时，可通过机械参数接口实现增加。机械参数接口可用于设定机械轴之间的距离和模型建立必要用到的参数。这些参数随着机器人机械结构定型就是唯一的，不同类型和大小的机器人有唯一的参数，用户只要按实际所用机器人对应的模型填入即可。机械参数输入后，保证了机器人模型的成立，机器人的算法也就成立。
优选地，所述库文件ci还具有用户参数接口，用于对机器人i的软限位设置，速度设定，手动操作，坐标系标定、选择，机器人零点设定，单步、连续运行选择，机器人i二次开发编程之中的一种或多种。
需要说明的是，利用用户参数接口，当用不同程序名实例化一个库时，会生成相应的接口，画面通过与程序名对应的索引即可对用户数据进行访问。用户参数设定后，保证了机器人的操作及二次编程。
对于多台机器人，就是用不同程序名实例化多个机器人库，每实例化一次就会生成新的一组新的接口。通过程序名对应的索引号对接口进行操作，也就实现了多个机器人的操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的带视觉集成的多台机器人控制方法，可根据机器人类型适配相应的库，用一个不同名的程序调用库即可，而不必因为机器人本体模型改变而去更换对应的控制器，进而大大提高了工作效率，同时也极大地节约了生产成本；
2、本发明的带视觉集成的多台机器人控制方法，将视觉程序运行在所述安装有实时核的控制器中，可以使得视觉程序与机器人程序通过在同一台控制器里实现数据交互，此时数据传输都是在同一台控制器里完成，不需要额外的线路或配件，可以使得数据互通更灵活、更实时、更便捷；
3、本发明的带视觉集成的多台机器人控制方法，视觉程序与机器人程序通过在同一台控制器里共享内存实现数据交互，视觉数据可以通过内存传给任意一个机器人程序，可以使得数据互通进一步提高实时性；
4、本发明的带视觉集成的多台机器人控制方法，采用了EtherCAT标准接口，如果出现第三方通信技术，接口是公开的，一样可以按新技术完成本方案，EtherCAT技术作为一个有效的桥梁，确保了在需要集成不同类型的机器人类型的需求下本方案的通用性和实用性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的带视觉集成的多台机器人控制方法一种优选实施方式的流程示意图；
图2为本发明的带视觉集成的多台机器人控制方法一种优选实施方式其控制器的数据交互示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
实施例1
如图1所示，是本发明的带视觉集成的多台机器人控制方法一种优选实施方式的流程示意图，所述方法包括以下步骤：
— 获取机器人i的机械模型，对所述机械模型进行数学建模，根据所述数学模型形成程序表述ai，然后根据所述程序表述ai形成程序名bi；
— 重复前述步骤一次或一次以上；
— 将上述程序表述ai利用编程软件的库封装功能，把程序表述的代码封装到库中，并分别形成各自对应的库文件ci；
— 将存储有所述库文件ci的应用程序设置于安装有实时核的控制器中；
— 将视觉程序运行在所述安装有实时核的控制器中；
其中，n为正整数。
需要说明的是，相较于现有技术中一个控制器仅能控制一台机器人，而在运行控制不同机器人时导致需要更换对应不同的控制器，从而导致的实现复杂、工作效率低，以及实现成本过高的问题，发明人在本技术方案中提供了一种解决上述的方法，即利用不同程序名的程序表述来调用其对应的机器人库，从而使得不同类型的机器人能被同一个控制器所控制运行。然后将上述机器人库存储于一应用程序中，并将所述应用程序设置于安装有实时核的控制器中，即可在后续运行过程中进行调用，从而使得用户购买了控制器后，可根据机器人类型适配相应的库，用一个不同名的程序调用库即可，而不必因为机器人本体模型改变而去更换对应的控制器，进而大大提高了工作效率，同时也极大地节约了生产成本。同时，可以解决客户多台机器人本体同时控制的需求，同样大大提高了工作效率，以及极大地节约了生产成本。
以下列举一具体优选的实施过程：
— 对机器人机械模型进行数学建模。
— 采用EtherCAT技术，实现驱动与控制器数据接口的标准化，对机器人的数学模型用程序表述做到了接口的统一。
— 把以上对机器人的程序表述，做成单个程序，就相当于一个程序对应了一台机器人模型。
— 如果要想表述两台机器人，那么我们复制一个以上相同的程度代码，用不同的程序名来表述，就可以生成第二台新的机器人程序表述，新生成的机器人程序表述因为用了新的程序名，所以接口以及程序数据是与新程序名对应的，相当于有了新的程序空间、数据空间以及与驱动的接口。
—把上面的可复制的机器人程序表述代码，利用编程软件的库封装功能，把代码放到库里。做程序时要使用一次这个机器人程序表述时，只要用不同的程序名调用一次对应的库文件即可。
— 如果我们在程序里以不同的程序名多次调用机器人库，就相当在程序里实现了多台机器人的程序表述。
— 将调用了多台机器人库的应用程序下载到安装了实时核的控制器里，以上就完成了多台机器人在同一控制器里运行。
— 利用视觉开源库OpenCV,以及开发工具VisualStudio,开发视觉软件。
— 将自主开发的共享内存类库（DLL文件）集成到视觉软件里。
— 视觉软件运行在安装了实时核的控制器里。
— 视觉软件通过共享内存类库（DLL文件）访问内存，访问区域名为RT_Share,大小为Area1。
— 实时核通过专用功能块访问内存,访问区域名为RT_Share，大小为Area1，实现视觉与实时核的数据交互，运行在实时核里的多台机器人程序可以直接通过变量访问上述交互到的数据。
实施例2
本实施例是上述实施例1的一种优选实施方式，本实施例与上述实施例1的区别在于：在本实施例中，选用了不同类型的多轴机器人的组合。
列举一具体的优选实施方式：
选用三台多轴机器人，分别是一台6轴串联机器人，一台4轴并联机器人，以及一台4轴scara机器人。假定6轴串联机器人的库为A6，4轴并联机器人的库为B4，4轴scara机器人库为S4，那么多台机器人的组合是A6+B4+S4。把视觉程序生成exe可执行文件，并放到控制器A里运行，同时控制器A上运行实时核平台，实时核平台运行着以上的机器人组合库。此时，控制器A中的数据交互方式如图2所示。
本实施例的其余实施方式与上述实施例1相同，在此不再赘述。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种带视觉集成的多台机器人控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
—获取机器人i的机械模型，对所述机械模型进行数学建模，根据所述数学模型形成程序表述ai，然后根据所述程序表述ai形成程序名bi；
—重复前述步骤一次或一次以上；
—将上述程序表述ai利用编程软件的库封装功能，把程序表述的代码封装到库中，并分别形成各自对应的库文件ci；
—将存储有所述库文件ci的应用程序设置于安装有实时核的控制器中；所述库文件ci还具有机械参数接口，用于获取下一次机器人的机械模型的数学建模；
—将视觉程序运行在所述安装有实时核的控制器中，使得视觉程序与机器人程序通过在同一台控制器里实现数据交互；
—用户可根据机器人类型，用一个不同名的程序调用库，适配相应的库；
其中，i为正整数。
2.如权利要求1所述的带视觉集成的多台机器人控制方法，其特征在于，所述视觉程序集成有共享内存类库，所述视觉程序通过所述共享内存类库访问所述控制器内存中的一区域；所述实时核通过专用功能块访问所述区域。
3.如权利要求1-2任一项所述的带视觉集成的多台机器人控制方法，其特征在于，所述方法还包括：当需要控制某一机器人i时，根据其所对应的程序名bi调用对应的库文件ci。
4.如权利要求3所述的带视觉集成的多台机器人控制方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述机器人i的操作界面模板封装与其库文件ci中，在做操作画面时，将所述操作界面模板与其对应的变量索引值m设置于所述操作画面中；所述操作画面还设置有切换按钮，用于根据变量索引 值切换其所对应的操作界面模板。
5.如权利要求1-2任一项所述的带视觉集成的多台机器人控制方法，其特征在于，驱动器与所述控制器的数据收发均基于EtherCAT协议进行。
6.如权利要求5所述的带视觉集成的多台机器人控制方法，其特征在于，所述库文件ci具有驱动参数接口，用于所述驱动器与所述控制器的连接。
7.如权利要求5所述的带视觉集成的多台机器人控制方法，其特征在于，所述机器人是串联机器人、并联机器人、scara机器人中的一种或多种；所述机器人的台数是至少一台。
8.如权利要求7所述的带视觉集成的多台机器人控制方法，其特征在于，所述机器人是多轴机器人，且所有所述多轴机器人的总轴数相加不大于255。
9.如权利要求1所述的带视觉集成的多台机器人控制方法，其特征在于，所述库文件ci还具有用户参数接口，用于对机器人i的软限位设置，速度设定，手动操作，坐标系标定、选择，机器人i零点设定，单步、连续运行选择，机器人二次开发编程之中的一种或多种。
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