CN110262315A - 一种工业机器人多个can节点协同学习参数的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法及系统，包括：在工业机器人的多个CAN节点中，设定一个主节点，其余节点为从节点；所述主节点实现诊断服务的规范化标准，诊断仪将参数下载到主节点上；所述主节点学习参数后，将参数发送到总线上；其余从节点通过总线接收到所述参数并存储；所述主节点隔设定时间后对从节点的学习结果进行验证。本发明有益效果：只需要单个节点实现与参数学习相关的ISO14229诊断协议，避免了多个节点的重复开发问题。

Description

一种工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法及系统

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

为了实现复杂的运动控制，工业机器人通常将一些功能划分到多个执行部件中，采用多个模块控制各个执行部件。CAN总线是一种性能先进、价格低廉、保密性好的现场总线通信技术，能够有效支持分布式控制或实时控制。采用CAN总线技术完成工业机器人内部各模块间的通讯，通过多个CAN节点的协同交互，实现具体的运动控制功能，是一种比较常见的做法。

发明人发现，在一些功能中，为了协调工作，工业机器人中的多个CAN节点需要设置并使用相同的参数，这些参数一般存储在各个节点的非易失性存储器中。在工业机器人的实际运行阶段，这些参数可能需要根据外部条件进行标定，标定完成后，CAN网络内部各个CAN节点存储取值不同的另一组相同参数。一般情况下，CAN节点需要实现复杂的诊断协议，通过诊断仪进行参数的下载，CAN节点一般为嵌入式系统，程序Flash和RAM资源有限，如果每个CAN节点都实现复杂的诊断协议，每个节点都需要采用中高档的MCU，不仅会增加物料成本，还会加大每个节点的开发难度，而且从整个CAN网络的角度而言，也存在重复劳动和效率低下的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法及系统，只需要单个节点实现参数学习相关的诊断协议，在进行参数下载时，该节点可以和诊断仪进行交互，学习参数并存储到本节点的非易失性存储器中，同时，设计专用的CAN报文和协议，由该节点主导其他节点的参数学习和学习结果验证。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法，包括：

在工业机器人的多个CAN节点中，设定一个主节点，其余节点为从节点；所述主节点实现诊断服务的规范化标准，诊断仪将参数下载到主节点上；所述主节点学习参数后，将参数发送到总线上；其余从节点通过总线接收到所述参数并存储；所述主节点隔设定时间后对从节点的学习结果进行验证。

在另外一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法。

在另外一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、只需要单个节点实现与参数学习相关的ISO14229诊断协议，避免了多个节点的重复开发问题；

2、验证从节点学习结果时，只需要发送一次挑战数，各个从节点根据自己的序号自动产生新的挑战数，避免了主节点依次向各个从节点发送挑战数的过程；

3、当增减CAN网络节点时，只要从节点个数不超过8个，不必修改本方法的设计，灵活性很高。此处需要说明的是，一般工业机器人中CAN节点个数不会超过9个(包含一个主节点)。

4、可以适用于其它CAN网络中多个CAN节点的参数协同学习，具有很强的通用性。

附图说明

图1为实施例一中工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法流程图；

图2为实施例一中CAN总线数据交换时序图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中，公开了一种工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法，将与诊断仪进行交互、实现参数学习的节点定义为“主节点”，其它节点定义为“从节点”，主节点实现ISO14229诊断协议，从诊断仪下载了相关参数后，通过“参数广播报文”将参数发送到总线上，其它从节点接收到该报文后，提取参数并存储在自己内部的非易失性存储器中。主节点通过特定报文校验从节点的学习结果。

本实施例方法流程如图1所示，结合图2所示的CAN总线数据交换时序图，本实施例方法具体包括以下步骤：

(1)在工业机器人的多个CAN节点中，设定一个主节点，其余节点为从节点；主节点实现ISO14229诊断协议；从节点标识为S₁、S₂..、S_N，其中，N≤8，为从节点的序号，学习的参数标识为P，P的长度≤16个字节。

诊断仪通过RoutineControlByIdentifier(服务ID＝31h)服务，控制参数学习过程-启动参数学习、查询学习状态和退出参数学习过程，诊断仪通过WriteDataByIdentifier(服务ID＝2Eh)服务将参数下载到主节点上。

诊断仪的诊断ID为0x701，主节点的诊断ID为0x761，RoutineControlByIdentifier服务中“参数学习”的DID为0x5dd1，WriteDataByIdentifier服务中“参数下载”的DID为0x5bb1。

(2)主节点进入扩展会话模式、通过安全访问认证后，诊断仪通过RoutineControlByIdentifier服务启动参数学习，服务请求报文ID为诊断仪的诊断ID-0x701，数据场为:0x04,0x31,0x5d,0xd1,0x01,0x00,0x00,0x00；

(3)主节点接收到“启动参数学习”服务请求后，向总线上发送“从节点在线状态查询”报文，并启动一个超时时间为50ms的“从节点在线状态定时器”。

从节点S_m(m∈[1,8])接收到报文后，向总线上发送“从节点S_m在线”报文；其中，“从节点在线状态查询报文”的ID为0x41，“从节点S_m在线报文”的ID为0x80+m。

50ms后，“从节点在线状态定时器”超时，主节点根据50ms内接收到的“从节点S_m在线”报文，统计所有节点的在线状态，并形成一个从节点在线状态字Present_status。

形成从节点在线状态字Present_status的方法为：如果50ms以内接收到“从节点S_m在线”报文，标记为从节点S_m在线，将状态字Present_status的(m-1)位置为0，否则，标记为从节点S_m不在线，将状态字Present_status的(m-1)位置为1。特别地，如果所有从节点均在线，Present_status为0。

(4)诊断仪发送“启动参数学习”服务请求的100ms后，通过RoutineControlByIdentifier服务发送“查询参数学习状态”服务请求，报文ID为诊断仪的诊断ID-0x701，数据场为：0x04,0x31,0x5d,0xd1,0x03,0x00,0x00,0x00。

(5)主节点返回从节点在线状态字，报文ID为主节点的诊断ID-0x761，数据场为：0x05,0x71,0x5d,0xd1,0x03,Present_status,0x00,0x00；

如果从节点在线状态字Present_status等于0，表明“从节点全部在线”，进入下一步，否则，诊断仪退出学习过程。

(6)诊断仪通过WriteDataByIdentifier服务发送“参数下载报文”。

“参数下载报文”的ID为诊断仪的诊断ID-0x701，数据场遵循ISO14229协议，DID为0x5bb1，如果参数P长度大于5个字节，采用多帧形式发送，否则采用单帧形式发送。

(7)主节点从“参数下载报文”中提取出参数P，存储到非易失性存储器中，然后向总线上发送“参数广播报文”，将参数P发送到总线上。

“参数广播报文”的ID为0x50，数据场为参数P，如果参数P长度大于8个字节，采用多帧形式发送，否则采用单帧形式发送。

从节点接收到“参数广播报文”后，提取报文中的参数P，将之存储在非易失性存储器中。

主节点发送完“参数广播报文”20ms后，生成一个16字节的随机数Challenge_0做为‘原始挑战数’，将“挑战数报文”发送到总线上，并启动一个100ms的“从节点学习结果定时器”。

“挑战数报文”的ID为0x51，数据场为16字节的‘原始挑战数’，采用多帧形式发送。

从节点接收到“挑战数报文”后，提取‘原始挑战数’，根据自身序号m生成新的挑战数Challenge_m＝Challenge_0+m，将Challenge_m做为明文，将包含参数P的16字节数据做为密钥，采用AES128算法进行加密运算，将计算出的16字节密文放入“从节点S_m响应报文”，以多帧形式发送到总线上。

其中，AES128加密算法的密钥长度为16个字节，如果参数P的长度为16个字节，密钥等于参数P；如果参数P的长度小于16个字节，将参数P复制到密钥的低位字节，高位字节填充为0xAA。所述“从节点S_m响应报文”的ID为0x90+m，m为自身序号，数据场为16字节的AES128加密结果。

(8)主节点接收到“从节点S_m响应报文”后，将从节点S_m计算的加密结果和自己根据‘原始挑战数’+m、密钥计算出的AES128加密结果进行比对。如果结果一致，认为从节点S_m学习成功，如果不一致，认为从节点S_m学习失败。如果“从节点学习结果定时器”超时后仍没有接收到“从节点S_m响应报文”，认为从节点S_m学习失败。

“从节点学习结果定时器”超时后，主节点统计各个从节点的学习结果，形成从节点学习结果状态字Learn_status。

形成学习结果状态字Learn_status的方法为：如果从节点S_m学习成功，将Learn_status的(m-1)位置为0，否则置为1。

(9)诊断仪发送“参数下载报文”后的150ms后，通过RoutineControlByIdentifier服务发送“查询参数学习状态”服务请求，报文ID为诊断仪的诊断ID-0x701，数据场为：0x04,0x31,0x5d,0xd1,0x03,0x00,0x00,0x00；

主节点向诊断仪返回从节点学习结果状态字，报文ID为主节点的诊断ID-0x761，数据场为：0x05,0x71,0x5d,0xd1,0x03,Learn_status,0x00,0x00；

(10)诊断仪退出学习过程，如果Learn_status为0，显示“学习成功”，否则，显示“学习失败”。

实施例二

在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中的工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法。为了简洁，在此不再赘述。

应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。

在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

结合实施例一中的方法步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法，其特征在于，包括：

在工业机器人的多个CAN节点中，设定一个主节点，其余节点为从节点；所述主节点实现诊断服务的规范化标准，诊断仪将参数下载到主节点上；所述主节点学习参数后，将参数发送到总线上；其余从节点通过总线接收到所述参数并存储；所述主节点隔设定时间后对从节点的学习结果进行验证。

2.如权利要求1所述的一种工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法，其特征在于，通过所述诊断仪控制参数学习过程，所述参数学习过程包括：启动参数学习、查询参数学习状态和退出参数学习过程。

3.如权利要求1所述的一种工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法，其特征在于，所述主节点接收诊断仪发送的启动参数学习服务请求，向总线发送从节点在线状态查询报文，同时启动从节点在线状态定时器；从节点S_m接收到在线状态查询报文后，向总线上发送从节点S_m在线报文；主节点根据在线状态定时器设定的时间段t1内接收到的从节点S_m在线报文，统计所有从节点的在线状态，并形成从节点在线状态字。

4.如权利要求3所述的一种工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法，其特征在于，所述形成从节点在线状态字的方法为：如果主节点设定时间t1内接收到从节点S_m在线的报文，标记为从节点S_m在线，从节点在线状态字的m-1位置为0，否则，标记为从节点S_m不在线，从节点在线状态字的m-1位置为1。

5.如权利要求3所述的一种工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法，其特征在于，所述主节点向诊断仪返回从节点在线状态字，如果从节点在线状态字为0，则从节点全部在线；否则，诊断仪退出学习过程。

6.如权利要求1所述的一种工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法，其特征在于，所述主节点接收诊断仪发送的参数下载报文，从所述报文中提取出参数P并存储；所述主节点向总线发送参数广播报文，将参数P发送到总线上；从节点接收到参数广播报文后，提取报文中的参数P并存储；

所述主节点发送完参数广播报文设定时间t2后，生成随机数做为原始挑战数，将挑战数报文发送到总线上，同时启动从节点学习结果定时器；从节点Sm接收挑战数报文并提取原始挑战数，根据自身序号m生成新的挑战数＝原始挑战数+m，将新的挑战数做为明文，将包含参数P的数据做为密钥，采用加密算法进行加密运算，将加密运算后的密文放入从节点S_m响应报文，并发送到总线。

7.如权利要求6所述的一种工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法，其特征在于，所述主节点自身将新的挑战数做为明文、将包含参数P的数据做为密钥，采用与从节点相同的加密算法进行加密运算；

所述主节点接收从节点S_m响应报文，将从节点加密运算的结果与主节点自身加密运算后的结果进行比对，如果结果一致，认为从节点S_m学习成功，如果不一致，认为从节点S_m学习失败；如果从节点学习结果定时器超时后仍没有接收到从节点S_m响应报文，认为从节点S_m学习失败。

8.如权利要求6所述的一种工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法，其特征在于，从节点学习结果定时器超时后，主节点统计各个从节点的学习结果，形成从节点学习结果状态字；所述主节点向诊断仪返回从节点学习结果状态字；诊断仪根据从节点学习结果状态字的结果判定所有从节点是否学习成功。

9.一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-8任一项所述的工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-8任一项所述的工业机器人多个CAN节点协同学习参数的方法。