CN110543144A - 图形化编程控制机器人的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供图形化编程控制机器人的方法及系统，包括图形化编程界面作为客户端，在图形化编程界面编写工业机器人的运动程序；通过源代码编辑工具编辑程序源代码，客户端建立与作为服务器端的工业机器人进行通信的C++程序库；生成脚本代码，执行并输出该脚本代码，调用C++程序库与工业机器人进行通信，将标准指令发送给工业机器人；工业机器人执行指令解析程序，将标准指令转换为指定指令名称；服务器端执行运动指令。本发明采用开放式的图形化编程，用户从模块库区拖拽模块至任务区，进行连线或者参数设置操作即可实现编程，大大提高了编程的灵活性和代码的可读性。

Description

图形化编程控制机器人的方法及系统

技术领域

本发明涉及图形化编程技术领域，具体涉及图形化编程控制机器人的方法及系统。

背景技术

机器人控制技术是机器人应用、工业自动化等领域的关键技术，其目的是通过编写机器人运动控制程序，使机器人能够自动、精确地按照人类意图去行动，具备完成某些人类工作的能力，从而替代人类，使人类从重复性、体力性、机械性的工作中解放出来，去投入到更具创造性的工作中。一种好的机器人控制方法是机器人应用的基础，是实现工业4.0的重要前提，具有重大现实意义。

现有的机器人控制方法是各机器人厂家各自为政，均有自己的编程语言，且互不兼容，没有统一标准。通过这些语言编程的难点主要有(1)编程过程繁琐，代码可读性差；(2)机器人应用场景多，工艺要求各不相同，语言的灵活性很难满足要求。

这些难点导致了机器人应用的门槛高，开发、部署效率低下，开发工程师的精力放在基本运动控制上，而无法从更高的层面去设计、优化工艺流程。

封闭式控制系统使用的硬件结构和机器人编程语言都是定制的，虽然技术成熟、结构简单，但是由于其无法扩展和重构等缺陷，需要付出极高的代价来应对生产需求的改变，因此逐渐被抛弃。开放式拉制系统可以适应不同的应用场合，更具备生产环境灵活性的特点，通过对控制系统的软件模块的修正，増加、删除、或者改变硬件部分等操作，对整体结构进行拓展。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于克服现有技术的不足，提供提供图形化编程控制机器人的方法及系统，使机器人运动控制的编程过程简单化，提高代码的可读性，更好地适应多场景、多工艺的要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：图形化编程控制机器人的方法及系统，包括步骤1)图形化编程界面作为客户端，在图形化编程界面编写工业机器人的运动程序；

步骤2)通过源代码编辑工具编辑程序源代码，客户端建立与作为服务器端的工业机器人进行通信的C++程序库；

步骤3)生成脚本代码，执行并输出该脚本代码，调用C++程序库与工业机器人进行通信，将标准指令发送给工业机器人；

步骤4)工业机器人执行指令解析程序，将标准指令转换为指定指令名称；

步骤5)服务器端执行运动指令。

在本发明中，优选地，所述图形化编程界面包括菜单工具栏区、工程区、大纲区和编辑区，菜单工具栏区用于新建或保存工程、文件夹、文件，所述工程区内设用户创建的所有文件显示区，用于实现快速打开或查找功能，所述大纲区分为树形显示和图形两种，便于用户掌握整个任务的编辑状态，编辑区用于用户实现编辑操作。

在本发明中，优选地，所述菜单工具栏区设置有撤销、放大和删除功能。

在本发明中，优选地，所述编辑区包括模块库区、参数设置区和任务区，所述任务区通过大纲区显示，用户从模块库区拖拽模块至任务区，进行连线或者参数设置操作。

在本发明中，优选地，所述步骤4)中指令解析程序包括以下步骤：

步骤41)获得标准指令的ID；

步骤42)查找并判断该ID对应的标准指令是否存在，如存在，则执行步骤44)，如不存在，执行步骤43)；

步骤43)构造该标准指令的描述文件；

步骤44)打开对应标准指令的描述文件，创建DOM对象；

步骤45)加载图形块描述节点到DOM对象的指针列表，遍历指针列表中指针指向的图形块；

步骤46)按照图形块类型和个数将图形块显示到可视化工程管理树的图形块列表中，待图形块读取完毕关闭DOM对象。

在本发明中，优选地，客户端发送一个作为中间文件的编译配置文件，编译配置文件用于手机用户在客户端配置的编译和链接信息，服务器端接收到该文件后将其放置在指定路径下，并由工程解析脚本解析文件，服务器端将读取到的工程项目添加到预制的文件模板中，编译完成目标可执行文件通过网络发送给客户端，用户在当前工作目录下接收目标可执行文件，将该文件下载到目标平台。

在本发明中，优选地，所述C++程序库支持工业机器人编程的API类的库。

在本发明中，优选地，用户通过双击图形块，根据图形块的ID转入中间文件得到图形块的所有变量属性，以列表的方式显示供用户修改和查看。

在本发明中，优选地，C++程序库编写提供JavaScript、python语言接口。

在本发明中，优选地，所述系统包括：模具库管理模块，用于建立零件模具库，并根据工业生产需求导入或导出零件模具；

工艺参数设置模块，用于对包括机械手动作参数、工艺参数进行设置；

机器人结构参数设置模块，用于重构工业机器人本体，以确保图形化编程界面的通用性；

轨迹规划模块，用于拟合生成的任务空间归集或模具库中保存的模具运动轨迹，通过高精度轨迹规划算法生成关节空间轨迹；

图形化编程及指令生成模块，用于实现人机交互，根据用户的操作生成脚本代码，解析标准指令并将标准指令转换为指定指令下达至作为服务器端的工业机器人执行任务；以及

下位机接口模块，用于实现客户端和服务器端之间的数据交换。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明大大简化了工业机器人控制程序的开发过程，首先图形化编程界面作为客户端，在图形化编程界面编写工业机器人的运动程序；通过源代码编辑工具编辑程序源代码，客户端建立与作为服务器端的工业机器人进行通信的C++程序库；生成脚本代码，执行并输出该脚本代码，调用C++程序库与工业机器人进行通信，将标准指令发送给工业机器人；工业机器人执行指令解析程序，将标准指令转换为指定指令名称；服务器端执行运动指令，通过这种图形化编程方法解决了工业机器人使用门槛高，编程困难，开发、部署效率低等现实问题。该发明切实可行，降低了工业机器人控制程序开发的学习成本，提高了代码可读性，使开发工程师从繁琐的工作中解脱出来，而着眼于更高层面，优化总体工艺流程，对相关问题的方案设计有一定的借鉴意义。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的图形化编程控制机器人的方法的流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明提供图形化编程控制机器人的方法及系统，包括步骤1)图形化编程界面作为客户端，在图形化编程界面编写工业机器人的运动程序；

步骤2)通过源代码编辑工具编辑程序源代码，客户端建立与作为服务器端的工业机器人进行通信的C++程序库；

步骤3)生成脚本代码，执行并输出该脚本代码，调用C++程序库与工业机器人进行通信，将标准指令发送给工业机器人；

步骤4)工业机器人执行指令解析程序，将标准指令转换为指定指令名称；

步骤5)服务器端执行运动指令。

通过边缘控制器完成代码生成的任务，通过记录图形化编程界面中用户的操作，自动生成脚本代码，根据实际需求运行脚本代码，以便向工业机器人发送指令，一个边缘控制器可以运行多个任务，控制多台工业机器人。边缘控制器将机器人控制器分为边缘计算控制器和运动控制器，以实现应用功能和运动控制功能的解耦，运动控制器提供运动规划和控制，并对边缘计算控制器提供标准交互接口；边缘计算控制器提供两方面的功能，一是工业机器人的标准服务，如监控安全、智能诊断；二是具体的工业生产的软件包，如码垛、点焊、弧焊等工艺包，多机器人协调、调度等机器人扩展服务。此外，边缘控制器进一步提高工业机器人的接口能力和计算能力，使工业机器人能便捷地完成与各类传感器、仪器仪表、PLC等外部设备的数据交互，并通过提供计算能力，使边缘控制器可以完成工作站或生产线的控制功能，提高工业机器人的适用性。

在本实施例中，进一步地，所述图形化编程界面包括菜单工具栏区、工程区、大纲区和编辑区，菜单工具栏区用于新建或保存工程、文件夹、文件，所述工程区内设用户创建的所有文件显示区，用于实现快速打开或查找功能，所述大纲区分为树形显示和图形两种，便于用户掌握整个任务的编辑状态，编辑区用于用户实现编辑操作。

在本实施例中，进一步地，所述菜单工具栏区设置有撤销、放大和删除功能。

在本实施例中，进一步地，所述编辑区包括模块库区、参数设置区和任务区，所述任务区通过大纲区显示，用户从模块库区拖拽模块至任务区，进行连线或者参数设置操作。

在本实施例中，进一步地，所述步骤4)中指令解析程序包括以下步骤：

步骤41)获得标准指令的ID；

步骤42)查找并判断该ID对应的标准指令是否存在，如存在，则执行步骤44)，如不存在，执行步骤43)；

步骤43)构造该标准指令的描述文件；

步骤44)打开对应标准指令的描述文件，创建DOM对象；

步骤45)加载图形块描述节点到DOM对象的指针列表，遍历指针列表中指针指向的图形块；

步骤46)按照图形块类型和个数将图形块显示到可视化工程管理树的图形块列表中，待图形块读取完毕关闭DOM对象。

在本实施例中，进一步地，客户端发送一个作为中间文件的编译配置文件，编译配置文件用于手机用户在客户端配置的编译和链接信息，服务器端接收到该文件后将其放置在指定路径下，并由工程解析脚本解析文件，服务器端将读取到的工程项目添加到预制的文件模板中，编译完成目标可执行文件通过网络发送给客户端，用户在当前工作目录下接收目标可执行文件，将该文件下载到目标平台。

在本实施例中，进一步地，所述C++程序库支持工业机器人编程的API类的库。

在本实施例中，进一步地，用户通过双击图形块，根据图形块的ID转入中间文件得到图形块的所有变量属性，以列表的方式显示供用户修改和查看。

在本实施例中，进一步地，C++程序库编写提供JavaScript、python语言接口。

在本实施例中，进一步地，所述系统包括：模具库管理模块，用于建立零件模具库，并根据工业生产需求导入或导出零件模具；

工艺参数设置模块，用于对包括机械手动作参数、工艺参数进行设置；

机器人结构参数设置模块，用于重构工业机器人本体，以确保图形化编程界面的通用性；

轨迹规划模块，用于拟合生成的任务空间归集或模具库中保存的模具运动轨迹，通过高精度轨迹规划算法生成关节空间轨迹；

图形化编程及指令生成模块，用于实现人机交互，根据用户的操作生成脚本代码，解析标准指令并将标准指令转换为指定指令下达至作为服务器端的工业机器人执行任务；以及

下位机接口模块，用于实现客户端和服务器端之间的数据交换。

为工业机器人实现通讯方便，我们采用socket通讯传输数据，将工业机器人作为服务器端，将图形化编程界面作为客户端，进一步地，服务端分为命令服务、控制台服务以及状态服务，为保证通讯效率，三个服务将建立三个服务器以确保互相不干扰。所有的通讯都采用单条消息的发送形式,每条消息都包括消息头和消息参数两部分。消息之间使用分号“；”作为分割，消息头和消息参数使用冒号“；”作为分割，如果消息参数为空，冒号“：”可以省略，不同消息参数使用逗号“，”作为分割。

其中，命令服务中所发送的命令消息为带有预载的消息，该消息在工业机器人收到后不反馈，执行到该命令时反馈执行信息，反馈的执行信息也是标准的消息格式，以分号“；”结尾。控制台服务中所发送的控制台消息为即时执行消息，工业机器人收到该消息后立即执行，立即反馈执行结果，反馈的执行信息为标准的消息格式，以分号“；”结尾。状态服务中工业机器人定时向外发送状态信息，包括机器人IO状态，机器人末端位置，机器人关节位置，状态信息不需要反馈。

本发明的工作原理和工作过程如下：图形化编程界面作为客户端，在图形化编程界面编写工业机器人的运动程序，通过源代码编辑工具编辑程序源代码，客户端建立与作为服务器端的工业机器人进行通信的C++程序库，该C++程序库具备如下功能：(1)可调用不同厂家的基础运动方式(如LMOVE、JMOVE等)；(2)能够与工业机器人进行通信；(3)提供JavaScript、python等多种接口。

尽管目前工业机器人的基本运动方式在各厂家中大同小异，但是同种运动方式在不同厂家的编程语言中的表达方式各不相同，为此我们所建立的C++程序库支持工业机器人编程的API，通过汇总不同厂家的工业机器人编程语言，对工业机器人的运动指令数据进行提炼，能够达到兼容多家工业机器人的目的。图形化编程界面作为客户端能够实现人机交互，用户从模块库区拖拽模块至任务区，进行连线或者参数设置操作，通过图形化编程界面提供流程、工艺，用户可使用图形化编程的方式设计工业机器人运动流程，只需考虑流程、工艺，而无需考虑具体的运动指令，我们使用不同的图形块来表示不同的代码概念，包括变量、逻辑表达式和循环等，而且由于众多图形块之间是互锁的，只有符合编程原理的拼接方式可以被接受，否则无法拼接。因此，用户可以通过图形块像搭积木一样地实现编程概念，无需担心语法错误，这种图形化编程方法可以输出多种语言代码，提高程序的可读性以及编程的灵活性，用户可通过双击图形块，根据图形块的ID转入中间文件得到图形块的所有变量属性，以列表的方式显示供用户修改和查看等编辑操作。后台软件记录用户的操作，生成脚本代码，调用C++程序库与工业机器人进行通信，将标准指令发送给工业机器人，编写指令解析程序，通过在作为服务器端的工业机器人运行该程序，对接收到的标准指令进行解析，并将标准指令转换为指定指令名称，对应各个厂家型号的工业机器人的编程语言，工业机器人的控制系统控制工业机器人执行运动指令。

可以看出,在本系统的图形化编程界面中，对于用户而言，外层界面及界面内容就是系统的全部，只有它们与用户直接产生联系，其它部分对用户而言是不可见的，也无需可见，用户的输入是代表工业机器人动作方式的图形，系统的输出是用户所预期的工业机器人动作，充分体现了图形化编程的核心主旨，即根据用户的输入实现用户所期望的输出。在整个人机交互系统之中，用户所期望的输出是工业机器人动作的某种组合，所以最根本任务则是实现图形化思想中的编程功能。由于本系统的任务分配中，上位机用来完成交互任务,下位机完成电机控制任务,上位机把用户输入的信息通过串行通讯传送到下位机。因此，对于上位机的人机界面程序，核心的作用在于通过计算机串口把控制数据发送给下位机，进而实现客户端和服务器端之间的数据交换。

本发明大大简化了工业机器人控制程序的开发过程，首先图形化编程界面作为客户端，在图形化编程界面编写工业机器人的运动程序；通过源代码编辑工具编辑程序源代码，客户端建立与作为服务器端的工业机器人进行通信的C++程序库；生成脚本代码，执行并输出该脚本代码，调用C++程序库与工业机器人进行通信，将标准指令发送给工业机器人；工业机器人执行指令解析程序，将标准指令转换为指定指令名称；服务器端执行运动指令，通过这种图形化编程方法解决了工业机器人使用门槛高，编程困难，开发、部署效率低等现实问题。该发明切实可行，降低了工业机器人控制程序开发的学习成本，提高了代码可读性，使开发工程师从繁琐的工作中解脱出来，而着眼于更高层面，优化总体工艺流程，对相关问题的方案设计有一定的借鉴意义。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.图形化编程控制机器人的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1)图形化编程界面作为客户端，在图形化编程界面编写工业机器人的运动程序；

步骤2)通过源代码编辑工具编辑程序源代码，客户端建立与作为服务器端的工业机器人进行通信的C++程序库；

步骤3)生成脚本代码，执行并输出该脚本代码，调用C++程序库与工业机器人进行通信，将标准指令发送给工业机器人；

步骤4)工业机器人执行指令解析程序，将标准指令转换为指定指令名称；

步骤5)服务器端执行运动指令。

2.根据权利要求1所述的图形化编程控制机器人的方法，其特征在于，所述图形化编程界面包括菜单工具栏区、工程区、大纲区和编辑区，菜单工具栏区用于新建或保存工程、文件夹、文件，所述工程区内设用户创建的所有文件显示区，用于实现快速打开或查找功能，所述大纲区分为树形显示和图形两种，便于用户掌握整个任务的编辑状态，编辑区用于用户实现编辑操作。

3.根据权利要求2所述的图形化编程控制机器人的方法，其特征在于，所述菜单工具栏区设置有撤销、放大和删除功能。

4.根据权利要求1所述的图形化编程控制机器人的方法，其特征在于，所述编辑区包括模块库区、参数设置区和任务区，所述任务区通过大纲区显示，用户从模块库区拖拽模块至任务区，进行连线或者参数设置操作。

5.根据权利要求1所述的图形化编程控制机器人的方法，其特征在于，所述步骤4)中指令解析程序包括以下步骤：

步骤41)获得标准指令的ID；

步骤42)查找并判断该ID对应的标准指令是否存在，如存在，则执行步骤44)，如不存在，执行步骤43)；

步骤43)构造该标准指令的描述文件；

步骤44)打开对应标准指令的描述文件，创建DOM对象；

步骤45)加载图形块描述节点到DOM对象的指针列表，遍历指针列表中指针指向的图形块；

步骤46)按照图形块类型和个数将图形块显示到可视化工程管理树的图形块列表中，待图形块读取完毕关闭DOM对象。

6.根据权利要求1所述的图形化编程控制机器人的方法，其特征在于，客户端发送一个作为中间文件的编译配置文件，编译配置文件用于手机用户在客户端配置的编译和链接信息，服务器端接收到该文件后将其放置在指定路径下，并由工程解析脚本解析文件，服务器端将读取到的工程项目添加到预制的文件模板中，编译完成目标可执行文件通过网络发送给客户端，用户在当前工作目录下接收目标可执行文件，将该文件下载到目标平台。

7.根据权利要求1所述的图形化编程控制机器人的方法，其特征在于，所述C++程序库支持工业机器人编程的API类的库。

8.根据权利要求1所述的图形化编程控制机器人的方法，其特征在于，用户通过双击图形块，根据图形块的ID转入中间文件得到图形块的所有变量属性，以列表的方式显示供用户修改和查看。

9.根据权利要求1所述的图形化编程控制机器人的方法，其特征在于，C++程序库编写提供JavaScript、python语言接口。

10.图形化编程控制机器人的系统，其特征在于，所述系统包括：

模具库管理模块，用于建立零件模具库，并根据工业生产需求导入或导出零件模具；

工艺参数设置模块，用于对包括机械手动作参数、工艺参数进行设置；

机器人结构参数设置模块，用于重构工业机器人本体，以确保图形化编程界面的通用性；

轨迹规划模块，用于拟合生成的任务空间归集或模具库中保存的模具运动轨迹，通过高精度轨迹规划算法生成关节空间轨迹；

图形化编程及指令生成模块，用于实现人机交互，根据用户的操作生成脚本代码，解析标准指令并将标准指令转换为指定指令下达至作为服务器端的工业机器人执行任务；以及

下位机接口模块，用于实现客户端和服务器端之间的数据交换。