CN110722566A - 多关节机器人的全自动工艺流程平台开发方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多关节机器人的全自动工艺流程平台开发方法及系统，所述方法包括：根据总体机构的布局，构建绝对安全区域；根据多关节机器人所在设备的机种信息建立机种工艺坐标数据页，根据机种工艺坐标数据页与相应的绝对安全区域构成工艺坐标数据库；建立机器人主控制器与工艺坐标数据库的通信架构，工艺坐标数据库通过通信架构对机器人主控制器的机种需求进行响应。本申请提供的方法对多关节机器人的路径规划、通信方式、存储数据等，进行多维度建模，提升了机器人在使用过程中的安全性和时效性，为工业信息化提供机器人平台化开发的架构规范。

Description

多关节机器人的全自动工艺流程平台开发方法及系统

技术领域

本申请涉及机器人开发技术领域，尤其涉及一种多关节机器人的全自动工艺流程平台开发方法及系统。

背景技术

多关节机器人因其多维度的运动特性、高速的传动方式和灵活的空间坐标解析能力，成为目前诸多自动化流水线上精密传动、工艺改良、效率提升的首选装置。多关节机器人的基本工作原理为机器人末端夹具根据其控制器内设的空间坐标系的坐标进行移动，因此，如何确保多关节机器人能够安全、有效的移动是目前研究的重点。

多关节机器人控制器会利用若干点位构成标准的矩形立方体空间，多关节机器人在该矩形立方体空间内运行才能保证其不被其他机构干涉，保证其运行的安全性。目前，判断多关节机器人是否在预设的安全空间内移动的方法有：一种是根据多关节机器人末端夹具的运行坐标，判断多关节机器人是否位于安全空间内，若末端夹具的运行坐标位于安全空间之外，则控制器对多关节机器人做出安全性提示；另一种是直接判断多关节机器人在运动过程中是否超出机械拉伸的极限，如果超出，则控制器对机器人做出安全性提示。

但是，目前判断多关节机器人是否位于安全空间的方法是对机器人运行效果进行判断，而无法在运动之前对目标位置做出安全预判，也无法适应复杂多边形机构环境的安全空间设置，一旦出现复杂多边形机构环境，只能通过牺牲运动时效来保证避让安全，或者缩小目标活动空间来保障运行时效性。

发明内容

本申请提供了一种多关节机器人的全自动工艺流程平台开发方法、系统及多关节机器人，以解决目前多关节机器人在复杂多边形机构环境下无法确保运动安全性、时效性的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例公开了一种多关节机器人的全自动工艺流程平台开发方法，所述方法包括：

根据总体机构的布局，构建绝对安全区域；

根据多关节机器人所在设备的机种信息建立机种工艺坐标数据页，根据所述机种工艺坐标数据页与相应的绝对安全区域构成工艺坐标数据库；

建立机器人主控制器与所述工艺坐标数据库的通信架构，所述工艺坐标数据库通过所述通信架构对所述机器人主控制器的机种需求进行响应。

可选的，根据总体机构的布局，构建绝对安全区域，包括：

确定所述多关节机器人在多角度机构中移动的安全区域；

获取相邻安全区域的若干路径中继点；

根据所述路径中继点建立相邻安全区域的绝对安全路径；

根据所述安全区域与所述绝对安全路径构建绝对安全区域。

可选的，确定所述多关节机器人在多角度机构中移动的安全区域，包括：

获取机器人运动的目标区域；

计算所述机器人的移动目标点位在机构俯视平面上与所述目标区域的位置关系；

根据所述位置关系判断所述移动目标点位是否超出高度的限制阈值；

若所述移动目标点位未超出高度的限制阈值，则所述目标区域为安全区域。

可选的，获取相邻安全区域的若干路径中继点，包括：

标定相邻安全区域的俯视平面多边形的顶点坐标；

利用射线法计算目标点与所述多边形各顶点坐标、各顶点坐标连线之间的位置关系；

根据所述位置关系确定安全中继点。

可选的，根据多关节机器人所在设备的机种信息建立机种工艺坐标数据页，根据所述机种工艺坐标数据页与相应的绝对安全区域构成工艺坐标数据库，包括：

获取所述多关节机器人所在设备的机种信息；

根据所述机种信息构建机种工艺坐标数据页；

将所述机种工艺坐标数据页与相应的绝对安全区域存储至机器人控制器中，构成工艺坐标数据库。

可选的，根据多关节机器人所在设备的机种信息建立机种工艺坐标数据页，根据所述机种工艺坐标数据页与相应的绝对安全区域构成工艺坐标数据库，还包括：

定义机种操作产品不同功能的标识；

根据所述标识获取相应的传感器组件功能，构建机种的功能切换模式；

将所述功能切换模式添加至所述机种工艺坐标数据页。

可选的，建立机器人主控制器与所述工艺坐标数据库的通信架构，包括：

建立机器人主控制器与所述工艺坐标数据库相应操作接口的通信连接；

所述机器人主控制器通过所述操作接口响应机种需求，对所述工艺坐标数据库中的数据进行更新、存取与切换。

可选的，所述机器人主控制器通过所述操作接口响应机种需求，对所述工艺坐标数据库中的数据进行更新、存取与切换，包括：

通过所述操作接口控制多关节机器人进入示教模式；

判断当前需要被运载产品是否为已建立机种；

若当前需要被运载产品为已建立机种，则通过所述操作接口切换并调用相对应的机种工艺数据页；

若当前需要被运载产品为新机种，则通过所述操作接口输入示教指令，确定相应的机种移动位置点；

记录所述新机种的机种移动位置点、机种信息及功能状态，形成对应的机种工艺数据页。

第二方面，本申请实施例公开了一种多关节机器人的全自动工艺流程平台开发系统，所述系统包括：

路径建模模块，用于根据总体机构布局，构建绝对安全区域；

数据建模模块，用于根据多关节机器人所在设备的机种信息建立机种工艺坐标数据页，构成工艺坐标数据库；其中，所述机种工艺数据页包括：所述绝对安全区域中的位置点、机种信息以及功能状态；

通信架构模块，用于建立机器人主控制器与所述工艺坐标数据库的通信架构。

可选的，所述路径建模模块包括：

安全区域建立单元，用于根据多角度机构布局，建立所述多关节机器人在所述多角度机构中移动的安全区域；

绝对安全路径建立单元，用于获取相邻安全区域的安全路径中继点，建立相邻安全区域间的绝对安全路径。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供了一种多关节机器人的全自动工艺流程平台开发方法包括：根据总体机构布局，即根据简单或者复杂的多边形机构环境，构建绝对安全区域，多关节机器人能够运载着各种不同的产品在所述绝对安全区域内安全移动。然后根据多关节机器人所在设备的机种信息建立机种工艺坐标数据页，每一种产品对应一个独立的机种工艺数据页，根据机种工艺坐标数据页与相应的绝对安全区域构成工艺坐标数据库。然后，建立机器人主控制器与工艺坐标数据库的通信架构，工艺坐标数据库通过通信架构对机器人主控制器的机种需求进行响应，即通过机器人主控制器对机器人控制器中每一独立的机种数据页进行操控，特别是，在更换被运载产品时，通过机器人主控制器快速切换被运载产品所对应的机种工艺数据页，无需借助示教器，减少人为示教的操作内容，提高多关节机器人的时效性。另外该方法能在复杂多角度结构环境下实现机器人高速移动的绝对安全性，有效防止人工示教工艺点位超界造成的安全隐患。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了多关节机器人的全自动工艺流程平台的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种多关节机器人的全自动工艺流程平台开发方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种多关节机器人的全自动工艺流程平台开发方法中S100的详细流程图；

图4示出了绝对安全区域的示意图；

图5示出了主控制器与机器人控制器件的通信架构结构；

图6为本申请实施例提供的一种多关节机器人的全自动工艺流程平台开发方法中S300的详细流程图；

图7为本申请实施例提供的一种多关节机器人的全自动工艺流程平台开发系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

如图1所示，机器人的操作系统包含路径编程和点位数据库两个部分，其中路径编程规定了机器人对于不同的产品不同的动作行为，而点位数据库包含了机器人对每个产品进行动作的工艺坐标。机器人作为可被集成的运动装置，和控制整个机构运动的主控制器之间，形成了运动协作的关系，使得机器人所处的空间，具备了空间运动的区域划分和目标位置的机构基准，使得机器人作为受控单元，和主控制器之间形成了通信链路。

本申请将多关节机器人的路径规划、通信方式、存储数据等，进行多维度建模，以提升机器人在使用过程中的安全性和时效性，为工业信息化提供机器人平台化开发的架构规范。

如图2所示，本申请实施例提供的多关节机器人的全自动工艺流程平台开发方法包括：

S100：根据总体机构的布局，构建绝对安全区域。

绝对安全区域包括安全区域与绝对安全路径，在复杂多角度机构中，分布着各种不同路径和角度的目标区域，目标区域的周边分布着各种精密装置，因此需要指定一个机器人的目标范围，一是为了保障不撞击周边，二是为了适应不同产品的尺寸，两方面需求结合，必然在目标区域有一个最大允许的活动空间，这个空间称为安全区域。

而获取安全区域的具体方法如图3所示：

S101：获取机器人运动的目标区域。

S102：计算机器人的移动目标点位在机构俯视平面上与目标区域的位置关系。

S103：根据位置关系判断移动目标点位是否超出高度的限制阈值。

S104：若移动目标点位未超出高度的限制阈值，则目标区域为安全区域。

如图4所示，机器人所要运动的目标空间，在机构俯视平面上都是呈多边形，计算机器人的移动目标点位在机构俯视平面上与这些多边形的位置关系，并判断是否超出高度的限制阈值，就能避免机器人的移动目标超出目标空间安全范围的风险，获得机器人运动的安全区域。

仅仅有安全区域是不够的，区域跟区域之间受机构的不同功能和状态的限制，无法连城一片，所以安全区域是离散分布的，需要有一些路径将这些区域连接起来，因此引入了绝对安全路径的概念。绝对安全路径，即相邻两个安全区域之间的若干路径中继点，该电位值必须确保夹具在携带最大尺寸产品通过时，无任何机构干涉；同时为了兼顾效率，路径中继点的选择，必须确保机器人经过时，主轴的速度不会衰减。如此引入了安全中继点的概念，安全中继点指的是位于安全区域之间的路径过渡点，不属于安全范围的判定范围，属于设备出厂前就必须确定的特殊点位置。

综上，根据总体机构的布局，去标定分布的各安全区域的俯视平面多边形的顶点坐标，比如是个五边形，就去标定五个点，一个五边形就能勾勒出来，然后利用射线法的原理计算目标点坐标与多边形各顶点连出的直线、与各边的交点个数来判断位置关系，构建绝对安全路径，规划目标区域的活动空间；利用绝对安全路径模式，确保机器人的运动路径能够安全到达任意工作区域；利用射线法计算目标点位与安全区域俯视多边形的位置关系，对安全区域的空间几何形状进行灵活配置，而并非仅仅设置立方体，可适应复杂多角度的机构分布环境。

S200：根据多关节机器人所在设备的机种信息建立机种工艺坐标数据页，根据机种工艺坐标数据页与相应的绝对安全区域构成工艺坐标数据库。

机器人的点位置，以浮点数的形态存储在控制器的点位置列表当中，通常以坐标系的形式排列，但是本身点位置存储器就是32bit的存储单元，不具备任何特殊的硬件属性，因此，机器人的点位置存储列表，本质上是存储器阵列。

如图4所示，一部分点位数据，按照控制器预先规定的数据格式存储点位，这些数据称为位置点；另一部分数据，并不是点位置的含义，仅仅是将一些特定含义的数字ID，存储到存储器中，表示具体的功能或者模式，比如“机种信息”和“功能状态”。

由于存储列表是按照数据页去划分的，因此每一个数据页如果具备独立的机种信息，就能够将机器人所在设备要操作的不同产品，按照不同的机种，制作不同的工艺坐标数据页。通过定位销等落点定位配件，将目标位置与产品尺寸关联起来，设置机种工艺坐标数据。同时，由于机器人会集成其他不同的传感器组件，有些传感器组件只在特定的机种下使用，所以每一个机种数据页当中，会存储传感器组件的功能状态。每次切换不同产品时，主控制器只要设置机种信息，就能对应到机器人控制器里相应的工艺坐标数据页，获取相应的绝对安全区域与特定的传感器组件功能，实现工艺的自动配置。

综上，根据产品承载平台的定位工具(一般在机构上有几种用法：定位销、定位块、定位槽等，机器人末端夹具会配置相应的机构对接工装，对上去就能确定一个目标位置，因此称为定位工具)，确认抓取中心、产品尺寸和机构对接面的相对位置关系，形成针对每一个产品尺寸的工艺坐标页，构成工艺坐标数据库。开辟专门的功能数据列表，定义视觉数据处理(视觉处理一般包括二维码扫描、视觉对位、基准位置标定等)、传感器数据处理(传感器数据处理包括：真空吸盘、开关信号、力学感应等)、通信模式(通信模式一般包括：是否开启二维码功能、IO控制/TCP控制/Modbus总线通信等)以及运动性能参数(运动性能参数一般包括：低速、高速、柔性动作、刚性动作等)等功能的标识，构成平台自身的功能切换模式。

S300：建立机器人主控制器与工艺坐标数据库的通信架构，工艺坐标数据页通过通信架构对机器人主控制器的机种需求进行响应。

如图5所示，通过双向编程的手段，或者通过标准的以太网工业协议进行寄存器通信，设备的主控制器在操作界面上布置与机器人控制器中机种坐标数据页相对应的操作接口，就能让机器人内部的路径建模和数据建模，直接响应主控制器的机种需求。

建立机器人主控制器与工艺坐标数据库的通信架构的具体方法如图6所示：

S301：建立机器人主控制器与工艺坐标数据库相应操作接口的通信连接。

S302：通过操作接口控制多关节机器人进入示教模式。

S303：判断当前需要被运载产品是否为已建立机种。

S304：若当前需要被运载产品为新机种，则通过操作接口输入示教指令，确定相应的机种移动位置点。

S305：记录新机种的机种移动位置点、机种信息及功能状态，形成对应的机种工艺坐标数据页。

S306：若当前需要被运载产品为已建立机种，则通过操作接口切换并调用相对应的机种工艺数据页。

机种需求一般包括两个方面：

1)新机种的建立：

按照逻辑的先后顺序以及机器人控制器存储单元对主控制器UI操作的响应做如下罗列：

2)已建立机种的直接切换：

综上，在工艺配置上，利用多种通信方式，将机器人工艺信息的数据库响应，直接与终端相应的操作端口(触屏、内部通信)直接对应起来，用户可直接通过终端的操作端口对机器人的工艺坐标、数据页、建模参数等工艺信息进行更新、存取和切换，实现工艺的全自动配置。

本申请实施例提供的多关节机器人的全自动工艺流程平台开发方法对多关节机器人的路径规划、通信方式、存储数据等，进行多维度建模，能在复杂多角度结构环境下实现机器人高速移动的绝对安全性，有效防止人工示教工艺点位可能超界造成的安全隐患；且大幅拓展了机器人控制器的点位数据的应用价值，由原先单纯的点位保存扩展到对空间安全区域的经验提取，使得机器人的安全决策能够贯穿于动作发生的前后；大幅拓展了机器人控制器的存储数据应用维度，由单纯的空间信息拓展到可以按照产品编号自动切换的工艺坐标数据页，使得机器人的应用具备了工艺配方管理的数据模式。

基于上述实施例所述的多关节机器人的全自动工艺流程平台开发方法，本申请实施例还提供了一种多关节机器人的全自动工艺流程平台开发系统。

如图7所示，本申请实施例提供的多关节机器人的全自动工艺流程平台开发系统包括：

路径建模模块100，用于根据总体机构布局，构建绝对安全区域。路径建模模块100包括：

安全区域建立单元101，用于根据多角度机构布局，建立多关节机器人在多角度机构中移动的安全区域。

绝对安全路径建立单元102，用于获取相邻安全区域的安全路径中继点，建立相邻安全区域间的绝对安全路径。

数据建模模块200，用于根据多关节机器人所在设备的机种信息建立机种工艺坐标数据页，构成工艺坐标数据库，其中，机种工艺坐标数据页包括绝对安全区域中的位置点、机种信息及功能状态。

通信架构模块300，用于建立机器人主控制器与工艺坐标数据库的通信架构。路径建模模块100构建的绝对安全区域与数据建模模块200构建的工艺坐标数据库存储于机器人控制器的存储单元中，通过双向编程的手段，或者通过标准的以太网工业协议进行寄存器通信，构建机器人主控制器与机器人控制器的通信连接。

而且关于多关节机器人是否安全有效的在安全运动区域内进行坐标移动的判断方法中，只能是在多关节机器人超出安全运动区域后，进行安全性的提示，根据该提示，工作人员进行实时调整，确保以后运动的安全性，但是却无法保证多关节机器人一开始运动的安全性

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种多关节机器人的全自动工艺流程平台开发方法，其特征在于，所述方法包括：

根据总体机构的布局，构建绝对安全区域；

根据多关节机器人所在设备的机种信息建立机种工艺坐标数据页，根据所述机种工艺坐标数据页与相应的绝对安全区域构成工艺坐标数据库；

建立机器人主控制器与所述工艺坐标数据库的通信架构，所述工艺坐标数据库通过所述通信架构对所述机器人主控制器的机种需求进行响应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据总体机构的布局，构建绝对安全区域，包括：

确定所述多关节机器人在多角度机构中移动的安全区域；

获取相邻安全区域的若干路径中继点；

根据所述路径中继点建立相邻安全区域的绝对安全路径；

根据所述安全区域与所述绝对安全路径构建绝对安全区域。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述多关节机器人在多角度机构中移动的安全区域，包括：

获取机器人运动的目标区域；

计算所述机器人的移动目标点位在机构俯视平面上与所述目标区域的位置关系；

根据所述位置关系判断所述移动目标点位是否超出高度的限制阈值；

若所述移动目标点位未超出高度的限制阈值，则所述目标区域为安全区域。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取相邻安全区域的若干路径中继点，包括：

标定相邻安全区域的俯视平面多边形的顶点坐标；

利用射线法计算目标点与所述多边形各顶点坐标、各顶点坐标连线之间的位置关系；

根据所述位置关系确定安全中继点。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据多关节机器人所在设备的机种信息建立机种工艺坐标数据页，根据所述机种工艺坐标数据页与相应的绝对安全区域构成工艺坐标数据库，包括：

获取所述多关节机器人所在设备的机种信息；

根据所述机种信息构建机种工艺坐标数据页；

将所述机种工艺坐标数据页与相应的绝对安全区域存储至机器人控制器中，构成工艺坐标数据库。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据多关节机器人所在设备的机种信息建立机种工艺坐标数据页，根据所述机种工艺坐标数据页与相应的绝对安全区域构成工艺坐标数据库，还包括：

定义机种操作产品不同功能的标识；

根据所述标识获取相应的传感器组件功能，构建机种的功能切换模式；

将所述功能切换模式添加至所述机种工艺坐标数据页。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立机器人主控制器与所述工艺坐标数据库的通信架构，包括：

建立机器人主控制器与所述工艺坐标数据库相应操作接口的通信连接；

所述机器人主控制器通过所述操作接口响应机种需求，对所述工艺坐标数据库中的数据进行更新、存取与切换。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述机器人主控制器通过所述操作接口响应机种需求，对所述工艺坐标数据库中的数据进行更新、存取与切换，包括：

通过所述操作接口控制多关节机器人进入示教模式；

判断当前需要被运载产品是否为已建立机种；

若当前需要被运载产品为已建立机种，则通过所述操作接口切换并调用相对应的机种工艺数据页；

若当前需要被运载产品为新机种，则通过所述操作接口输入示教指令，确定相应的机种移动位置点；

记录所述新机种的机种移动位置点、机种信息及功能状态，形成对应的机种工艺数据页。

9.一种多关节机器人的全自动工艺流程平台开发系统，其特征在于，所述系统包括：

路径建模模块，用于根据总体机构布局，构建绝对安全区域；

数据建模模块，用于根据多关节机器人所在设备的机种信息建立机种工艺坐标数据页，构成工艺坐标数据库；其中，所述机种工艺数据页包括：所述绝对安全区域中的位置点、机种信息以及功能状态；

通信架构模块，用于建立机器人主控制器与所述工艺坐标数据库的通信架构。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述路径建模模块包括：

安全区域建立单元，用于根据多角度机构布局，建立所述多关节机器人在所述多角度机构中移动的安全区域；

绝对安全路径建立单元，用于获取相邻安全区域的安全路径中继点，建立相邻安全区域间的绝对安全路径。

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