CN110293539B - 工业机器人示教器软件架构的实现方法、装置及示教器 - Google Patents

工业机器人示教器软件架构的实现方法、装置及示教器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种工业机器人示教器软件架构的实现方法，分别设置快捷工具区、功能页面区和系统状态区；功能页面区采用系统状态数据结构实现功能类别页面显示与操作交互；系统状态区采用属性页特性组织的系统状态子页面；在功能页面区中，根据工业机器人应用需求按功能类别分类，并根据功能类别创建对应的页面类型对象，采用页面类型对象堆栈技术作为页面类型对象的管理基础；每个页面类型对象设置菜单子页面类型对象堆栈数据结构，实现功能类别的子功能以菜单子页面类型对象形式创建，菜单子页面类型对象采用菜单子页面类型对象堆栈数据结构进行组织管理。本发明可实现工业机器人示教器软件设计的高度模块化，提高了设计灵活性、软件整体稳定性。

Description

工业机器人示教器软件架构的实现方法、装置及示教器
技术领域
本发明涉及工业机器人人机交互应用软件技术领域，更具体地说，涉及一种高度模块化工业机器人示教器软件架构及其实现方法。
背景技术
工业机器人系统软件是一项综合复杂的系统工程，功能多样，且一般划分为两大部分：运动控制软件和人机交互软件。运动控制软件负责机器人本体的运动学与动力学控制，人机交互软件即示教器软件主要负责应用用户与运动控制软件进行操作交互。示教器软件一方面可独立运行于机器人专用手持单元嵌入式硬件平台，另一方面可以作为Windows/Linux操作系统的一个应用软件运行于通用x86平台。随着工业机器人应用领域越来越广泛，外围配套的传感器设备丰富多样，这就要求示教器软件在具备通用性的基础上需要增加针对特定应用的专用页面。现在的示教器软件必须满足易学易用，方便快捷的要求，同时需具备快速响应功能页面变更需求的技术特点，这对示教器软件架构的设计提出了较高的要求。一个合理、高效、灵活、稳定的模块化软件架构，能够有效降低示教器软件中各个功能页面之间的耦合，灵活实现功能页面的新增与裁剪，既可以大幅降低软件的维护成本，又可以加快产品衍生及产品升级换代速度。
现有工业机器人示教器软件架构分为过程化方式和模块化方式。其中，过程化方式是在一个功能页面中根据过程逻辑将另外的功能页面进行显示，而且系统参数和状态变量数据分散在各个页面中，功能页面间的数据交互通过直接函数调用或者通过回调函数调用方式，存在包含耦关系。模块化方式以一套完整的页面切换与信号触发数据交互机制为基础，所有功能页面当作插件形式添加，共享同一份系统参数和状态，且相互之间通过信号参数传递交互数据，没有功能页面间的函数接口调用。
由于过程化方式软件架构设计属于过程化结构，简单直观且易于理解，目前绝大多数机器人系统软件架构都普遍采用这种方式，但其高度耦合性随着页面功能的庞大复杂，容易造成示教器软件混乱，给软件稳定性带来很大隐患，不利于软件的后续维护、移植、升级等。模块化方式只要维护好功能页面切换机制以及数据传递响应机制，就能方便的对功能页面进行随意的新增与裁剪。因此，这种模块化式的软件架构对软件人员的开发能力和页面与数据管理机制设计提出了很高的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种工业机器人示教器软件架构的实现方法，该实现方法可实现工业机器人示教器软件设计的高度模块化，可以方便快捷的对功能页面进行新增与裁剪操作，大大降低了机器人示教器软件和维护成本，提高了设计灵活性、软件整体稳定性，便于产品衍生与升级换代。
本发明的第二个目的在于提供一种工业机器人示教器软件架构的实现装置。
本发明的第三个目的在于提供一种工业机器人示教器软件架构的实现示教器。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：工业机器人示教器软件架构的实现方法，其特征在于：
分别设置快捷工具区、功能页面区和系统状态区；
其中，所述快捷工具区采用系统参数数据结构实现组织用户常用功能设置、时间设置和系统简要状态信息显示与操作；
所述功能页面区采用系统状态数据结构实现功能类别页面显示与操作交互；
所述系统状态区采用属性页特性组织的系统状态子页面，将系统状态子页面的对象插入至属性页标题栏；
在功能页面区中，根据工业机器人应用需求按功能类别分类，并根据功能类别创建对应的页面类型对象，采用页面类型对象堆栈技术作为页面类型对象的管理基础；每个页面类型对象设置菜单子页面类型对象堆栈数据结构，实现功能类别的子功能以菜单子页面类型对象形式创建，菜单子页面类型对象采用菜单子页面类型对象堆栈数据结构进行组织管理。
进一步的，所述快捷工具区包括主页按钮、设置按钮、模式按钮、使能按钮、系统时间显示栏和简要状态显示栏，简要状态显示栏采用栅格形式显示状态信息。
进一步的，所述功能页面区包含一个以栅格布局方式呈现显示的主页页面，所述主页页面由功能类别模块页面对应的页面类型对象以宫格菜单交互方式形成；所述功能页面区设置有页面类型对象堆栈数据结构，用于组织管理工业机器人操作需求的功能类别模块页面；
每个所述页面类型对象设置有菜单子页面类型对象堆栈数据结构；每个所述功能类别模块页面生成设置有菜单子页面类型对象的菜单子页面，并存储记录于所述菜单子页面类型对象堆栈数据结构。
本发明的主页页面的栅格布局具备动态灵活的增减功能模块页面功能，并能自动自适应调整宫格行列排列方式，以便适应页面布局大小显示。同时，宫格记录了对应装载的功能类别模块页面的类型。
进一步的，所述功能页面区还设置有页面任务栏和删除按钮，页面任务栏以按钮方式排列显示已经打开的功能类别模块页面；
当用户点击宫格菜单形式的功能类别模块页面时，将点击的功能类别模块页面对应的页面类型对象压入页面类型对象堆栈数据结构，并在功能页面区显示；页面任务栏新建任务栏按钮，所述任务栏按钮记录了当前功能类别模块页面在所述页面类型对象堆栈数据结构的位置索引；点击所述任务栏按钮将根据记录的所述位置索引查找所述页面类型对象堆栈数据结构，找出对应的页面类型对象，并在功能页面区显示页面内容，用户通过点击任务栏按钮的方式实现功能类别模块页面的切换；
当用户点击删除按钮时，将当前激活显示的功能类别模块页面对应的页面类型对象从页面类型对象堆栈数据结构中出栈移除，实现当前激活显示的功能类别模块页面的关闭。
进一步的，所述功能类别模块页面的菜单子页面设置有菜单栏，菜单栏以按钮方式排列显示当前功能类别模块页面具有的所有菜单子页面；
所述菜单栏的按钮记录了对应菜单子页面在菜单子页面类型对象堆栈数据结构中的对象位置索引；点击菜单栏的按钮将根据记录的对象位置索引查找菜单子页面类型对象堆栈数据结构，找出对应菜单子页面类型对象，并在功能页面区显示菜单子页面内容，完成菜单子页面的切换；
所述菜单子页面内容采用垂直布局方式显示，上半部分显示功能控件信息，下半部分页面为操作工具按钮，以负责菜单子页面内的功能交互操作。
所述通过对菜单子页面类型对象堆栈数据结构中的菜单子页面类型对象进行出栈或入栈，实现工业机器人操作菜单子页面的新增与裁剪变更需求。
进一步的，每个菜单子页面类型对象中，采用信号触发机制作为菜单子页面间数据传递通道，实现菜单子页面类型对象的菜单子页面控件数据编辑与数据交互；
所述每个菜单子页面类型对象中，采用信号触发机制作为菜单子页面间数据传递通道，实现菜单子页面类型对象的菜单子页面控件数据编辑与数据交互是指：设置全键虚拟软键盘操作页面，菜单子页面的菜单子页面内容建立编辑框件；当菜单子页面需要编辑操作时，编辑框件作为参数向软件主窗口发送触发键盘显示信号，由软件主窗口将全键虚拟软键盘操作页面显示于系统状态区；
全键虚拟软键盘操作页面设有输入栏，当输入栏完成编辑后将编辑结果赋值给所述编辑框件，触发所述编辑框件的数据更新信号，通知所在菜单子页面的菜单子页面内容对编辑数据的响应。
进一步的，所述系统参数数据结构和系统状态数据结构分别独立形成；设置用于负责周期性访问工业机器人控制系统软件的系统状态更新线程；当系统参数数据结构被修改后，向工业机器人控制系统软件发送最新参数数据，并通过系统状态更新线程获取工业机器人控制系统软件的系统状态，补充至系统状态数据结构，实现系统状态数据结构的周期性数据显示更新；
所有页面类型对象共享同一份系统参数数据结构和系统状态数据结构的变量数据。
本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
工业机器人示教器软件架构的实现装置，其特征在于：包括：
快捷工具区，用于组织用户常用功能设置、时间设置和系统简要状态信息显示与操作；
功能页面区，用于负责功能类别页面显示与操作交互；
系统状态区，用于显示系统日志信息、关节位置和报警状态；
所述功能页面区包含一个以栅格布局方式呈现显示的主页页面，所述主页页面由功能类别模块页面对应的页面类型对象以宫格菜单交互方式形成；所述功能页面区设置有页面类型对象堆栈数据结构，用于组织管理工业机器人操作需求的功能类别模块页面；
每个所述页面类型对象设置有菜单子页面类型对象堆栈数据结构；每个所述功能类别模块页面生成设置有菜单子页面类型对象的菜单子页面，并存储记录于所述菜单子页面类型对象堆栈数据结构。
本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：
工业机器人示教器软件架构的实现示教器，其特征在于：包括存储器和处理器；所述存储器中存储有可在所述处理器执行的计算机程序，且所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的方法。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：本发明工业机器人示教器软件架构可实现工业机器人示教器软件设计的高度模块化，可以方便快捷的对功能页面进行新增与裁剪操作，大大降低了机器人示教器软件和维护成本，提高了设计灵活性、软件整体稳定性，便于产品衍生与升级换代。
附图说明
图1是实施例一中工业机器人示教器软件架构的整体结构示意图；
图2是实施例一中工业机器人示教器软件架构的功能页面区中菜单子页面示意图；
图3是实施例二中本发明应用于具体工业机器人的示教器软件架构示意；
图4是实施例二中本发明应用于具体工业机器人的示教器软件架构中菜单子页面示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例一
如图1和图2所示，本发明工业机器人示教器软件架构的实现方法是这样的：
分别设置快捷工具区110、功能页面区120和系统状态区130；
其中，快捷工具区110采用系统参数数据结构121实现组织用户常用功能设置、时间设置和系统简要状态信息显示与操作；
功能页面区120采用系统状态数据结构122实现功能类别页面显示与操作交互；
系统状态区130采用属性页特性组织的系统状态子页面，将系统状态子页面的对象插入至属性页标题栏；
在功能页面区120中，根据工业机器人应用需求按功能类别分类，并根据功能类别创建对应的页面类型对象，采用页面类型对象堆栈技术作为页面类型对象的管理基础；每个页面类型对象设置菜单子页面类型对象堆栈数据结构125，实现功能类别的子功能以菜单子页面类型对象形式创建，菜单子页面类型对象采用菜单子页面类型对象堆栈数据结构125进行组织管理。
进一步的，快捷工具区110包括主页按钮、设置按钮、模式按钮、使能按钮、系统时间显示栏和简要状态显示栏，简要状态显示栏采用栅格形式显示状态信息。
本发明的功能页面区120包含一个以栅格布局方式呈现显示的主页页面，该主页页面由功能类别模块页面对应的页面类型对象以宫格菜单交互方式形成；功能页面区设置有页面类型对象堆栈数据结构124，用于组织管理工业机器人操作需求的功能类别模块页面。每个页面类型对象设置有菜单子页面类型对象堆栈数据结构125，每个功能类别模块页面生成设置有菜单子页面类型对象的菜单子页面，并存储记录于菜单子页面类型对象堆栈数据结构125。本发明的主页页面的栅格布局具备动态灵活的增减功能模块页面功能，并能自动自适应调整宫格行列排列方式，以便适应页面布局大小显示。同时，宫格记录了对应装载的功能类别模块页面的类型。
进一步的，功能页面区120还设置有页面任务栏和删除按钮，页面任务栏以按钮方式排列显示已经打开的功能类别模块页面，显示内容有：“页面0”、“页面1”和“页面2”。
当用户点击宫格菜单形式的功能类别模块页面时，将点击的功能类别模块页面对应的页面类型对象压入页面类型对象堆栈数据结构，并在功能页面区显示；页面任务栏新建任务栏按钮，任务栏按钮记录了当前功能类别模块页面在页面类型对象堆栈数据结构124的位置索引；点击任务栏按钮将根据记录的位置索引查找所述页面类型对象堆栈数据结构124，找出对应的页面类型对象，并在功能页面区显示页面内容，用户通过点击任务栏按钮的方式实现功能类别模块页面的切换；
当用户点击删除按钮时，将当前激活显示的功能类别模块页面对应的页面类型对象从页面类型对象堆栈数据结构124中出栈移除，实现当前激活显示的功能类别模块页面的关闭。
进一步的，功能类别模块页面的菜单子页面设置有菜单栏210，菜单栏210以按钮方式排列显示当前功能类别模块页面具有的所有菜单子页面；
菜单栏210的按钮记录了对应菜单子页面在菜单子页面类型对象堆栈数据结构125中的对象位置索引；点击菜单栏的按钮将根据记录的对象位置索引查找菜单子页面类型对象堆栈数据结构125，找出对应菜单子页面类型对象，并在功能页面区显示菜单子页面内容126，完成菜单子页面的切换；
菜单子页面内容126采用垂直布局方式显示，上半部分显示功能控件信息，下半部分页面为操作工具按钮，以负责菜单子页面内的功能交互操作。同时，通过对菜单子页面类型对象堆栈数据结构125中的菜单子页面类型对象进行出栈或入栈，实现工业机器人操作菜单子页面的新增与裁剪变更需求。
本发明每个菜单子页面类型对象中，采用信号触发机制作为菜单子页面间数据传递通道，实现菜单子页面类型对象的菜单子页面控件数据编辑与数据交互。具体地说，设置全键虚拟软键盘操作页面131，菜单子页面的菜单子页面内容126建立编辑框件127；当菜单子页面需要编辑操作时，编辑框件127作为参数向软件主窗口发送触发键盘显示信号，由软件主窗口将全键虚拟软键盘操作页面131显示于系统状态区130；全键虚拟软键盘操作页面131设有输入栏，当输入栏完成编辑后将编辑结果赋值给所述编辑框件127，触发编辑框件127的数据更新信号，通知所在菜单子页面的菜单子页面内容126对编辑数据的响应。
本发明的系统参数数据结构121和系统状态数据结构122分别独立形成；设置用于负责周期性访问工业机器人控制系统软件的系统状态更新线程；当系统参数数据结构121被修改后，向工业机器人控制系统软件123发送最新参数数据，并通过系统状态更新线程获取工业机器人控制系统软件123的系统状态，补充至系统状态数据结构122，实现系统状态数据结构122的周期性数据显示更新。本发明所有页面类型对象共享同一份系统参数数据结构121和系统状态数据结构122的变量数据。
本发明还提供一种上述实现方法的实现装置，包括：
快捷工具区110，用于组织用户常用功能设置、时间设置和系统简要状态信息显示与操作；
功能页面区120，用于负责功能类别页面显示与操作交互；
系统状态区130，用于显示系统日志信息、关节位置和报警状态；
该功能页面区120包含一个以栅格布局方式呈现显示的主页页面，主页页面由功能类别模块页面对应的页面类型对象以宫格菜单交互方式形成；功能页面区设置有页面类型对象堆栈数据结构124，用于组织管理工业机器人操作需求的功能类别模块页面；
每个页面类型对象设置有菜单子页面类型对象堆栈数据结构125；每个功能类别模块页面生成设置有菜单子页面类型对象的菜单子页面，并存储记录于所述菜单子页面类型对象堆栈数据结构125。
本发明还提供一种工业机器人示教器软件架构的实现示教器，包括存储器和处理器，存储器中存储有可在处理器执行的计算机程序，且处理器执行计算机程序时实现上述的方法。
实施例二
本实施例以工业机器人示教器软件架构应用于具体工业机器人中，该示教器软件设计的实施应用过程，如图3和图4所示，该实现方法分别设置快捷工具区310、功能页面区320和系统状态区330。
其中，快捷工具区310设置：主页、设置、模式、用于实现工业机器人常用快捷操作的使能按钮、显示当前系统时间的系统时间显示栏以及简要状态显示栏，简要状态显示栏显示机器人、程序、模式状态、运行状态、坐标系、错误及警告等直观信息。
功能页面区320按照实际工业机器人应用功能类别划分为：监视、系统、程序、管理、应用、工具、履历、信息和帮助九大类别，以栅格布局形成宫格菜单操作方式。其中，页面任务栏记录了已打开的功能类别页面：监视、程序和工具，通过点击对应任务栏按钮，将会从页面类型对象堆栈数据结构中索引对应的功能类别模块页面进行显示切换。栅格布局内的功能类别模块页面相当于一个个独立的具体功能页面模块，通过对栅格布局内的功能类别模块页面进行增加或删除，可实现示教器软件功能类别页面的模块化设计。
系统状态区330采用属性页特性组织系统状态子页面，包含：信息、状态、问题和软键四个子页面，将系统状态子页面的对象插入至属性页标题栏，可以快速扩充所述系统状态的页面内容。
每个功能类别模块页面设计有一个菜单子页面类型对象堆栈数据结构，并通过一个左侧停靠的菜单栏410，以菜单按钮的形式显示程序功能类别模块页面具有的所有菜单子页面，包含有：程序示教、程序MDI、程序加载、程序编辑和文件操作，菜单按钮记录了对应菜单子页面在菜单子页面类型对象堆栈数据结构中的对象位置索引。通过对菜单子页面类型对象堆栈数据结构内对象的增减，可以实现具体功能类别模块页面中菜单子页面的模块化设计。
当点击文件操作菜单按钮411时，将从菜单子页面类型对象堆栈数据结构中索引文件操作菜单子页面类型对象，从而文件操作子页面对象完成页面内容的显示。文件操作子页面内容中的文件名数据栏412需要编辑数据时，文件操作子页面创建一个编辑框控件，且以编辑框控件作为信号参数将向软件框架产生一个键盘触发信号，由软件框架完成全键虚拟软键盘操作页面420的显示。
该全键虚拟软键盘操作页面420设计有一个输入栏421，当输入栏421完成编辑后将编辑结果赋值给所述编辑框控件，触发所述编辑框控件的数据更新信号，从而通知所在所述文件操作子页面内容中的文件名数据栏412完成数据更新。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.工业机器人示教器软件架构的实现方法，其特征在于：
分别设置快捷工具区、功能页面区和系统状态区；
其中，所述快捷工具区采用系统参数数据结构实现组织用户常用功能设置、时间设置和系统简要状态信息显示与操作；
所述功能页面区采用系统状态数据结构实现功能类别页面显示与操作交互；
所述系统状态区采用属性页特性组织的系统状态子页面，将系统状态子页面的对象插入至属性页标题栏；
在功能页面区中，根据工业机器人应用需求按功能类别分类，并根据功能类别创建对应的页面类型对象，采用页面类型对象堆栈技术作为页面类型对象的管理基础；每个页面类型对象设置菜单子页面类型对象堆栈数据结构，实现功能类别的子功能以菜单子页面类型对象形式创建，菜单子页面类型对象采用菜单子页面类型对象堆栈数据结构进行组织管理；
所述功能页面区包含一个以栅格布局方式呈现显示的主页页面，所述主页页面由功能类别模块页面对应的页面类型对象以宫格菜单交互方式形成；所述功能页面区设置有页面类型对象堆栈数据结构，用于组织管理工业机器人操作需求的功能类别模块页面；
每个所述页面类型对象设置有菜单子页面类型对象堆栈数据结构；每个所述功能类别模块页面生成设置有菜单子页面类型对象的菜单子页面，并存储记录于所述菜单子页面类型对象堆栈数据结构；
所述功能类别模块页面的菜单子页面设置有菜单栏，菜单栏以按钮方式排列显示当前功能类别模块页面具有的所有菜单子页面；
所述菜单栏的按钮记录了对应菜单子页面在菜单子页面类型对象堆栈数据结构中的对象位置索引；点击菜单栏的按钮将根据记录的对象位置索引查找菜单子页面类型对象堆栈数据结构，找出对应菜单子页面类型对象，并在功能页面区显示菜单子页面内容，完成菜单子页面的切换；
所述菜单子页面内容采用垂直布局方式显示，上半部分显示功能控件信息，下半部分页面为操作工具按钮，以负责菜单子页面内的功能交互操作；
通过对菜单子页面类型对象堆栈数据结构中的菜单子页面类型对象进行出栈或入栈，实现工业机器人操作菜单子页面的新增与裁剪变更需求；
所述功能页面区还设置有页面任务栏和删除按钮，页面任务栏以按钮方式排列显示已经打开的功能类别模块页面；
当用户点击宫格菜单形式的功能类别模块页面时，将点击的功能类别模块页面对应的页面类型对象压入页面类型对象堆栈数据结构，并在功能页面区显示；页面任务栏新建任务栏按钮，所述任务栏按钮记录了当前功能类别模块页面在所述页面类型对象堆栈数据结构的位置索引；点击所述任务栏按钮将根据记录的所述位置索引查找所述页面类型对象堆栈数据结构，找出对应的页面类型对象，并在功能页面区显示页面内容，用户通过点击任务栏按钮的方式实现功能类别模块页面的切换；
当用户点击删除按钮时，将当前激活显示的功能类别模块页面对应的页面类型对象从页面类型对象堆栈数据结构中出栈移除，实现当前激活显示的功能类别模块页面的关闭。
2.根据权利要求1所述的工业机器人示教器软件架构的实现方法，其特征在于：所述快捷工具区包括主页按钮、设置按钮、模式按钮、使能按钮、系统时间显示栏和简要状态显示栏，简要状态显示栏采用栅格形式显示状态信息。
3.根据权利要求1所述的工业机器人示教器软件架构的实现方法，其特征在于：每个菜单子页面类型对象中，采用信号触发机制作为菜单子页面间数据传递通道，实现菜单子页面类型对象的菜单子页面控件数据编辑与数据交互；
所述每个菜单子页面类型对象中，采用信号触发机制作为菜单子页面间数据传递通道，实现菜单子页面类型对象的菜单子页面控件数据编辑与数据交互是指：设置全键虚拟软键盘操作页面，菜单子页面的菜单子页面内容建立编辑框件；当菜单子页面需要编辑操作时，编辑框件作为参数向软件主窗口发送触发键盘显示信号，由软件主窗口将全键虚拟软键盘操作页面显示于系统状态区；
全键虚拟软键盘操作页面设有输入栏，当输入栏完成编辑后将编辑结果赋值给所述编辑框件，触发所述编辑框件的数据更新信号，通知所在菜单子页面的菜单子页面内容对编辑数据的响应。
4.根据权利要求1所述的工业机器人示教器软件架构的实现方法，其特征在于：所述系统参数数据结构和系统状态数据结构分别独立形成；设置用于负责周期性访问工业机器人控制系统软件的系统状态更新线程；当系统参数数据结构被修改后，向工业机器人控制系统软件发送最新参数数据，并通过系统状态更新线程获取工业机器人控制系统软件的系统状态，补充至系统状态数据结构，实现系统状态数据结构的周期性数据显示更新；
所有页面类型对象共享同一份系统参数数据结构和系统状态数据结构的变量数据。
5.工业机器人示教器软件架构的实现示教器，其特征在于：包括存储器和处理器；所述存储器中存储有可在所述处理器执行的计算机程序，且所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。
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