CN111360794A - 一种适配多种型号机器人的示教系统及其示教方法 - Google Patents

一种适配多种型号机器人的示教系统及其示教方法 Download PDF

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Abstract

一种适配多种型号机器人的示教系统及其示教方法，该示教系统包括一个示教器、多个运动控制器、第一通讯通道、第二通讯通道和第三通讯通道；第一通讯通道用于示教器和运动控制器初始化并建立机器人本体机型版本信息，第二通讯通道用于示教器和运动控制器之间的控制指令和数据交换；第三通讯通道用于运动控制器和机器人本体之间的控制指令和数据交换。本发明的示教系统自动识别机器人类型，并出现对应的操控界面，无需操作人员来判断机型，在形成对应的示教系统后，可以将示教器与运动控制器断开，而不影响运行机器人本体运行，实现一个示教器用于操控多台机器人本体，从而降低了软硬件成本，提高了系统稳定性。

Description

一种适配多种型号机器人的示教系统及其示教方法
技术领域
本发明涉及自动化多功能机械加工装置领域，尤其一种即插即用可自动适配多种型号机器人的示教系统及其示教方法。
背景技术
随着经济的发展和科技的进步，社会已进入了信息化时代，多媒体技术与网络技术的结合从根本上改变了信息的传播方式。机器人本体的出现为制造业的发展带来了很多的好处。操作者通过机器人示教系统与机器人运控系统控制机器人本体进行运动、配置和监控等。
请参阅图1，图1所示为现有技术中机器人示教系统与机器人运控系统通过通信网络连接的示意图。机器人示教系统通常运行在一台计算机系统中，这个计算机系统通常可以作为示教器(Teach Pendant，简称TP)。该示教器可以由一台个人电脑和平板电脑实现，也可以由手机等实现。机器人运控系统通常运行在另一台计算机系统中，这个计算机系统通常是定制的运动控制器等。
请参阅图2，图2所示为现有技术中示教器和运动控制器的部署方式示意图。如图所示，示教器和运动控制器之间通过某种通讯设施(通信网络)连接起来，进行数据交换。该通信网络通常是以太网，其上运行TCP/IP协议，当然也可以直接用串口和Modbus等其它方式进行数据交换。
当前机器人本体的型号种类繁多，例如，从结构分有4轴的SCARA机器人和有6轴的PUMA机器人等，从服务类型来分可以有服务机器人、有焊接机器人、有喷涂机器人以及有适合搬运的机器人等。
现有技术的机器人本体开发模式下，每个机器人本体都要有一套对应的示教器和运动控制器。比较流行的做法是为每个机器人本体型号开发设计一套对应的示教软件或预先为某种型号的机器人配置好示教软件。
请参阅图3，图3所示为SCARA机器人本体示教系统和SCARA机器人本体运动控制系统以及PUMA机器人本体示教系统和PUMA机器人本体运动控制系统分别运行的架构示意图。图3所示的这种设计架构，边界清晰，两个系统各不相干，开发时无需考虑系统间的兼容问题。该架构在机器人本体型号比较少的情况下没有明显的劣势，甚至开发效率会比较高。
随着机器人生产技术的提高，人们对机器人示教器的性能也有了更高的要求。例如，机器人本体型号比较多的时候，由于要维护大量的系统，一个新功能的增加，每套系统都要修改，导致工作量巨大。后期部署时要区分种类繁多的示教系统，维护成本较高，对维护人员的教育成本也会比较高，一旦配对错误，有可能造成不可预期的后果。
并且，机器人控制器连上机器人本体开机后，就需要一直连接着，开机时不可断开连接，否则机器人本体会停止运行。
发明内容
为了克服以上问题，本发明提供一种适配多种型号机器人的示教系统及其示教方法，它将自动识别机器人类型，并出现对应的操控界面，无需操作人员来判断机型，安装对应的示教系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种适配多种型号机器人的示教系统，用于操控多台机器人本体；其包括一个示教器、多个运动控制器、第一通讯通道、第二通讯通道和第三通讯通道；所述第一通讯通道用于所述示教器和运动控制器初始化并建立机器人本体机型版本信息，所述第二通讯通道用于所述示教器和运动控制器之间的控制指令和数据交换；第三通讯通道用于所述运动控制器和机器人本体之间的控制指令和数据交换，其中，运动控制器的数量同机器人本体的数量相同，多台所述机器人本体的机型版本为相同或不同；
所述示教器包括：
请求模块，用于通过所述第一通讯通道向所述运动控制器获取当前所需示教的机器人本体机型版本信息；
示教界面产生模块，根据所述机型版本检测适配表，进入专门为所述机器人本体机型定制的示教操作界面，接收操作指令获得与所述机型版本适配的示教软件版本；
判断模块，根据机型版本检测适配表，判断所获取当前所需示教的机器人本体机型版本信息是否有与其适配的通信方式；
建立模块，通过所述第二通讯通道将所述示教软件版本发送给所述运动控制器，其中，所述判断模块得出的适配通讯方式用于确定第二通讯通道；
所述运动控制器包括：
接口模块，通过所述第一通讯通道与所述示教器相连；
存储模块，用于存储所述示教软件版本；
操控模块，其通过所述第二通讯通道，并接收所述示教软件版本并通过第三通讯通道，控制当前所述机器人本体作业。
优选地，所述示教器还包括屏蔽断连模块，用于根据所述示教界面产生模块发出的操作指令，在所述机器人本体运行一预定时间后，开启临时屏蔽断连检查机制，即断开所述示教器与所述运动控制器，所述运动控制器控制当前所述机器人本体作业。
优选地，所述运动控制器还包括堵头，当所述示教器与所述运动控制器断开时，所述堵头插接在所述运动控制器的接口模块输入端；当所述示教器与所述运动控制器需要连接时，从所述运动控制器的接口模块输入端拔下所述堵头。
为实现上述目的，本发明还提供一种技术方案如下：
一种采用上述适配多种型号机器人的示教系统的示教方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：示教器通过所述第一通讯通道向所述运动控制器获取当前所需示教的机器人本体机型版本信息；其中，所述运动控制器和当前所需示教的机器人本体为一一对应关系；
步骤S2：根据所述机型版本检测适配表，示教器进入专门为所述机器人本体机型定制的示教操作界面，接收操作指令获得与所述机型版本适配的示教软件版本；
步骤S3：根据机型版本检测适配表，判断所获取当前所需示教的机器人本体机型版本信息是否有与其适配的通信方式；
步骤S4：通过所述第一通讯通道将所述机器人本体机型版本信息发送给所述运动控制器，并根据所述判断模块得出的适配通讯方式，确定第二通讯通道；
步骤S5：根据所述运动控制器型号和版本，所述示教器通过第二通讯通道将所述示教软件版本和指令下发给运动控制器；所述运动控制器在执行所述指令解析后分解为运动控制信号，再通过所述第三通讯通道下发给所述机器人本体，以控制机器人本体作业。
优选地，所述示教方法还包括步骤S6，根据所述示教界面产生模块发出的操作指令，开启临时屏蔽断连检查机制，即断开所述示教器与所述运动控制器，所述运动控制器控制当前所述机器人本体作业。
优选地，所述示教方法还包括步骤S7，当所述示教器与所述运动控制器断开时，所述堵头插接在所述运动控制器的接口模块输入端。
优选地，所述示教方法还包括步骤S8，当需要控制下一个机器人本体进行作业时，根据所述示教界面产生模块发出的操作指令，关闭临时屏蔽断连检查机制，即从所述运动控制器的接口模块输入端拔下所述堵头，将所述示教器与所述运动控制器的接口模块输入端，重新执行步骤S1至S5，以使所述运动控制器控制当前所述机器人本体作业。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的适配多种型号机器人的示教系统，特别适合使用了多台不同型号的机器人本体的场景，多个机器人共用一个示教系统，其可以自动识别机器人类型，并产生相应的操控界面，操作人员无需判断机型，可以自行安装对应的示教软件，操作人员只要安装一套示教软件就好了，无需考虑机型的问题，做到傻瓜化操作效果。此外，示教器可以即插即用，即随时从控制器上拔除或再次插入，非常方便。
附图说明
图1所示为现有技术中机器人示教系统与机器人运控系统通过通信网络连接的示意图
图2所示为现有技术中示教器和运动控制器的部署方式示意图
图3所示为SCARA机器人本体示教系统和SCARA机器人本体运动控制系统以及PUMA机器人本体示教系统和PUMA机器人本体运动控制系统分别运行的架构示意图
图4为本发明实施例中适配多种型号机器人的示教系统的结构示意图
图5为本发明实施例中适配多种型号机器人的示教方法的流程示意图
图6所示为本发明实施例中示教软件获取机型版本信息的示意图
图7为本发明实施例中示教器开机检测时序示意图
图8所示为本发明实施例中临时屏蔽示教器与运动控制器的断连安全检查机制示意图
图9所示为本发明实施例中示教器与控制器之间数据交换的示意图
具体实施方式
体现本发明特征与优点的实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。
以下结合附图4-9，通过具体实施例对本发明的适配多种型号机器人的示教系统及其示教方法作进一步详细说明。
请参阅图4，图4为本发明实施例中适配多种型号机器人的示教系统的结构示意图。如图所示，该适配多种型号机器人的示教系统，用于操控多台机器人本体；其包括一个示教器、多个运动控制器、第一通讯通道、第二通讯通道和第三通讯通道；所述第一通讯通道用于所述示教器和运动控制器初始化并建立机器人本体机型版本信息，所述第二通讯通道用于所述示教器和运动控制器之间的控制指令和数据交换；第三通讯通道用于所述运动控制器和机器人本体之间的控制指令和数据交换；其中，运动控制器的数量同机器人本体的数量相同，多台所述机器人本体的机型版本为相同或不同。如图4所示，机器人本体有多个。该多个机器人本体型号种类繁多，例如，有4轴的SCARA机器人和有6轴的PUMA机器人等。
在本发明的实施例中，该示教器包括请求模块、示教界面产生模块、判断模块和建立模块。请求模块用于通过第一通讯通道向运动控制器获取当前所需示教的机器人本体机型版本信息；示教界面产生模块根据机型版本检测适配表，进入专门为机器人本体机型定制的示教操作界面，接收操作指令获得与机型版本适配的示教软件版本；判断模块根据机型版本检测适配表，判断所获取当前所需示教的机器人本体机型版本信息是否有与其适配的通信方式；建立模块通过所述第二通讯通道将所述示教软件版本发送给所述运动控制器；其中，所述判断模块得出的适配通讯方式用于确定第二通讯通道。
运动控制器包括接口模块、存储模块和操控模块。接口模块通过第一通讯通道与示教器相连；存储模块用于存储示教软件版本；操控模块通过所述第二通讯通道，并接收所述示教软件版本并通过第三通讯通道，控制当前所述机器人本体作业。
在实际应用场景中，一个工厂使用了多台不同型号的机器人，在本发明的实施例中，可以只购买一套示教系统，多个机器人本体通过其相应的运动控制器共用一个示教器。也就是说，可以通过启动一套安装在示教器中的示教软件后，将示教器通过运动控制器接入符合标准的机器人本体控制器上，即可开机启动，用户不用考虑机型是否适配，并且，机型适配交给示教软件来判断。
具体地，请参阅图5，图5为本发明实施例中适配多种型号机器人的示教方法的流程示意图。如图5所示，该示教方法可以包括如下步骤：
步骤S1：示教器通过所述第一通讯通道向所述运动控制器获取当前所需示教的机器人本体机型版本信息；其中，所述运动控制器和当前所需示教的机器人本体为一一对应关系；
步骤S2：根据所述机型版本检测适配表，示教器进入专门为所述机器人本体机型定制的示教操作界面，接收操作指令获得与所述机型版本适配的示教软件版本；
步骤S3：根据机型版本检测适配表，判断所获取当前所需示教的机器人本体机型版本信息是否有与其适配的通信方式；
步骤S4：通过所述第一通讯通道将所述机器人本体机型版本信息发送给所述运动控制器，并根据所述判断模块得出的适配通讯方式，确定第二通讯通道；
步骤S5：根据所述运动控制器型号和版本，所述示教器通过第二通讯通道将所述示教软件版本和指令下发给运动控制器；所述运动控制器在执行所述指令解析后分解为运动控制信号，再通过所述第三通讯通道下发给所述机器人本体，以控制机器人本体作业。
实施例一
在本发明的实施例中，将详细叙述示教器和运动控制器怎样启动和操控机器人本体的。
首先，运动控制器需为各个机器人本体机型版本信息查询提供接口，此接口各机型需要使用相同的通讯机制和消息结构。这样，示教软件访问时能够以相同的方式获取到机器人机型版本信息如图6所示。
在本发明的实施例中，示教器中维护一套能够适配的机型列表；当示教器获取到运动控制器返回的机型版本信息后，就直接会判断是否有与该机型版本信息适配的通讯方式；如果有适配的通讯方式，就可以根据此机型的通讯机制特点，建立后续通讯通道(第二通讯通道)；接下来，该示教器还会进入为此机型专门定制的示教界面，从而达到为各个机型提供个性化服务的要求；比如4轴机器人和6轴机器人的位姿寄存器管理界面是不同的。
如果机器人本体是4轴机器人，则会根据4轴机器人机型自动出现合适的处理界面。具体地，请参阅图7，图7所示为本发明实施例中的开机检测时序示意图。在示教器上出现适配机器人本体的处理界面后，运动控制器就可以根据示教软件版本，控制机器人本体作业。
实施例二
请参阅图8，图8所示为本发明实施例中的临时屏蔽示教器与运动控制器的断连安全检查机制示意图。如图所示，本发明的示教方法还包括步骤S6，根据示教界面产生模块发出的操作指令，在机器人本体运行一预定时间后，开启临时屏蔽断连检查机制，示教器与运动控制器断开，运动控制器控制当前机器人本体作业。
运动控制器已经可以操控好这台机器人本体，无需再使用示教器时，运动控制器就可以进入一种移除示教器倒计时模式，通常可以设定为2分钟，在这2分钟内，临时屏蔽了示教器的安全信号，因此，在此2分钟内移除示教器不会触发设备失效的安全报警。
当临时屏蔽断连检查机制启动后，示教系统与运动控制器就断开了，跟机器人本体相关的数据存储在运动控制器中，用户可以将示教器从控制器上直接拔下来，机器人本体的配置数据不会随示教器带走，机器人本体还是可以继续运行。
此外，在示教器损坏要换新示教器的情形下，也无需进行数据导入即可以立即使用，无需担心数据丢失，可随意用一台新的TP接上去，立即就可以使用。此时，数据均存储在控制器上，降低了维护难度，实现了一套示教软件可以针对多个不同的机器人型号，节省了部署及学习成本。
请再参阅图8，在本发明的一些优选实施例中，示教方法还可以包括步骤S7，当示教器与运动控制器断开时，堵头插接在运动控制器的接口模块输入端，堵头的作用短接了TP的安全回路，让机器人的安全检查模块不会因TP断开而报警。并且当示教器从机器人上拔下来，并接上示教器堵头即可，不影响机器人运行。
实施例三
在本发明的实施例中，拔下来的示教器可以接入另一台运动控制器机器人继续使用。从而达到一台示教器一套示教软件控制多台机器人本体的效果。
优选地，示教方法还包括步骤S8，当需要控制下一个机器人本体进行作业时，根据示教界面产生模块发出的操作指令，关闭临时屏蔽断连检查机制，即从运动控制器的接口模块输入端拔下堵头，将示教器与当前机器人本体相应的运动控制器的接口模块输入端，重新执行步骤S1至S5，以使运动控制器控制当前机器人本体作业(如图9所示)。
综上，本发明中的一套示教软件可以针对多个不同的机器人型号，节省了部署及学习成本。此外，一套示教软件安装在示教器中，可以即插即用。这将为实际大规模使用时节约大量的硬件投资成本。
以上的仅为本发明的实施例，实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种适配多种型号机器人的示教系统，用于操控多台机器人本体；其特征在于，包括一个示教器、多个运动控制器、第一通讯通道、第二通讯通道和第三通讯通道；所述第一通讯通道用于所述示教器和运动控制器初始化并建立机器人本体机型版本信息，所述第二通讯通道用于所述示教器和运动控制器之间的控制指令和数据交换；第三通讯通道用于所述运动控制器和机器人本体之间的控制指令和数据交换；其中，运动控制器的数量同机器人本体的数量相同，多台所述机器人本体的机型版本为相同或不同；
所述示教器包括：
请求模块，用于通过所述第一通讯通道向所述运动控制器获取当前所需示教的机器人本体机型版本信息；
示教界面产生模块，根据所述机型版本检测适配表，进入专门为所述机器人本体机型定制的示教操作界面，接收操作指令获得与所述机型版本适配的示教软件版本；
判断模块，根据机型版本检测适配表，判断所获取当前所需示教的机器人本体机型版本信息是否有与其适配的通信方式；
建立模块，通过所述第二通讯通道将所述示教软件版本发送给所述运动控制器，其中，所述判断模块得出的适配通讯方式用于确定第二通讯通道；
所述运动控制器包括：
接口模块，通过所述第一通讯通道与所述示教器相连；
存储模块，用于存储所述示教软件版本；
操控模块，其通过所述第二通讯通道，并接收所述示教软件版本并通过第三通讯通道，控制当前所述机器人本体作业。
2.根据权利要求1所述的适配多种型号机器人的示教系统，其特征在于，所述示教器还包括屏蔽断连模块，用于根据所述示教界面产生模块发出的操作指令，开启临时屏蔽断连检查机制，即断开所述示教器与所述运动控制器，所述运动控制器控制当前所述机器人本体作业。
3.根据权利要求1所述的适配多种型号机器人的示教系统，其特征在于，所述运动控制器还包括堵头，当所述示教器与所述运动控制器断开时，所述堵头插接在所述运动控制器的接口模块输入端；当所述示教器与所述运动控制器需要连接时，从所述运动控制器的接口模块输入端拔下所述堵头。
4.一种采用权利要求1所述的适配多种型号机器人的示教系统的示教方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：示教器通过所述第一通讯通道向所述运动控制器获取当前所需示教的机器人本体机型版本信息；其中，所述运动控制器和当前所需示教的机器人本体为一一对应关系；
步骤S2：根据所述机型版本检测适配表，示教器进入专门为所述机器人本体机型定制的示教操作界面，接收操作指令获得与所述机型版本适配的示教软件版本；
步骤S3：根据机型版本检测适配表，判断所获取当前所需示教的机器人本体机型版本信息是否有与其适配的通信方式；
步骤S4：通过所述第一通讯通道将所述机器人本体机型版本信息发送给所述运动控制器，并根据所述判断模块得出的适配通讯方式，确定第二通讯通道；
步骤S5：根据所述运动控制器型号和版本，所述示教器通过第二通讯通道将所述示教软件版本和指令下发给运动控制器；所述运动控制器在执行所述指令解析后分解为运动控制信号，再通过所述第三通讯通道下发给所述机器人本体，以控制机器人本体作业。
5.根据权利要求4所述示教方法，其特征在于，还包括步骤S6，根据所述示教界面产生模块发出的操作指令，开启临时屏蔽断连检查机制，即断开所述示教器与所述运动控制器，所述运动控制器控制当前所述机器人本体作业。
6.根据权利要求5所述示教方法，其特征在于，还包括步骤S7：
当所述示教器与所述运动控制器断开时，所述堵头插接在所述运动控制器的接口模块输入端。
7.根据权利要求4所述示教方法，其特征在于，还包括步骤S8，当需要控制下一个机器人本体进行作业时，根据所述示教界面产生模块发出的操作指令，关闭临时屏蔽断连检查机制，即从所述运动控制器的接口模块输入端拔下所述堵头，将所述示教器与所述运动控制器的接口模块输入端，重新执行步骤S1至S5，以使所述运动控制器控制当前所述机器人本体作业。
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