CN111745642A - 一种机器人示教系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种机器人示教系统和方法，其中所述机器人示教系统通过主界面功能模块与机器人控制器交互机器人实时控制状态，IO监测模块实时监测所述控制器的数字输入和数字输出，程序编辑器用于机器人程序指令的校验、编辑、删除和保存，手动操作模块用于手动模式下机器人运动控制模式和机器人示教功能的选择，程序数据模块用于通过读写本地文件进行点位数据和坐标系数据的编辑，系统设置模块用于配置机器人系统初始数据，码垛模块用于通过读写本地文本文件进行机器人码垛程序包的参数配置。具有方便实用、通用性强的特点，缩减了开发时间，降低了开发成本。

Description

一种机器人示教系统及方法

技术领域

本申请实施例涉及机电控制技术领域，具体涉及一种机器人示教系统及方法。

背景技术

六自由度工业机器人是典型的机电一体化产品，其动作灵活性高，工作空间范围大，可以很灵活的绕过障碍物，并且结构紧凑，占地面积也比较小，关节上相对运动部件容易密封防尘，广泛应用在机床上下料、取件、弧焊、喷漆等行业，但对其实物进行研究和开发存在成本高、周期长等缺点。而针对教学和研究的需要，对六自由度工业机器人结构、运动和控制系统的认知理解和研究，要求机器人能完成相关六个自由度的运动，且要结构简单，操纵安全，成本低，一般不会造成事故。

现有技术中直接对于六自由度机器人的控制，非常繁琐，操作不便。

发明内容

为此，本申请实施例提供一种机器人示教系统和方法，简化了机器人控制的操作过程。

为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：

根据本申请实施例的第一方面，提供了一种机器人示教系统，所述系统包括：

主界面功能模块、IO检测模块、程序编辑器模块、手动操作模块、程序数据模块、系统设置模块和码垛模块；所述主界面功能模块与机器人控制器交互机器人实时控制状态，所述IO监测模块用于实时监测所述控制器的数字输入和数字输出，所述程序编辑器用于机器人程序指令的校验、编辑、删除和保存，所述手动操作模块用于手动模式下机器人运动控制模式和机器人示教功能的选择，所述程序数据模块用于通过读写本地文件进行点位数据和坐标系数据的编辑，所述系统设置模块用于配置机器人系统初始数据，所述码垛模块用于通过读写本地文本文件进行机器人码垛程序包的参数配置。

可选地，所述机器人实时控制状态包括手动或自动状态、使能或未使能状态、坐标系选择信息、点动或寸动状态、工具号、急停状态、工件号、单步运行或程序控制状态、关节运动或空间位姿状态、程序启动或停止状态、速度百分比、运动启动或停止状态。

可选地，所述主界面功能模块将所述使能状态和所述关节运动状态通过串口RS485协议与机器人示教系统触摸板交互，所述机器人示教系统触摸板设置于所述机器人示教系统表面。

可选地，所述机器人程序指令包括机器人运动指令、输入输出指令、逻辑指令和码垛程序包指令，其中所述机器人运动指令包括点对点运动指令、直线运动指令和圆弧运动指令。

可选地，所述系统还包括：备份与恢复模块，所述备份与恢复模块用于异常关机时的程序和数据的备份与恢复。

可选地，所述系统还包括：注销模块，所述注销模块用于信息的注销。

可选地，所述系统还包括：重启模块，所述重启模块用于机器人示教软件的重启。

可选地，所述系统还包括：事件日志模块，所述事件日志模块用于存储机器人实时控制状态和故障信息。

可选地，所述机器人示教功能包括点示教、工具坐标系示教和工件坐标系示教；所述手动模式下机器人运动控制模式包括用户操作模式、机器人动作模式、坐标系模式、工具号、工件号、速度百分比和示教模式。

根据本申请实施例的第二方面，提供了一种机器人示教方法，所述方法包括：

主界面功能模块根据程序编辑器模块、手动操作模块、程序数据模块、系统设置模块和码垛模块的输出结果生成控制信息；

根据控制信息生成机器人控制指令；

将所述机器人控制指令发送至机器人控制器；

将所述机器人控制器发送的数字信息存储在IO检测模块。

综上所述，本申请实施例提供了一种机器人示教系统及方法，其中所述机器人示教系统通过主界面功能模块与机器人控制器交互机器人实时控制状态，IO监测模块实时监测所述控制器的数字输入和数字输出，程序编辑器用于机器人程序指令的校验、编辑、删除和保存，手动操作模块用于手动模式下机器人运动控制模式和机器人示教功能的选择，程序数据模块用于通过读写本地文件进行点位数据和坐标系数据的编辑，系统设置模块用于配置机器人系统初始数据，码垛模块用于通过读写本地文本文件进行机器人码垛程序包的参数配置。具有方便实用、通用性强的特点，缩减了开发时间，降低了开发成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本申请实施例提供的一种机器人示教系统示意图；

图2为本申请实施例提供的主界面功能模块示意图；

图3为本申请实施例提供的IO检测模块示意图；

图4为本申请实施例提供的程序编辑器模块示意图；

图5为本申请实施例提供的手动操作模块示意图之一；

图6为本申请实施例提供的手动操作模块示意图之二；

图7为本申请实施例提供的程序数据模块示意图；

图8为本申请实施例提供的设置模块示意图；

图9为本申请实施例提供的码垛模块的示意图；

图10为本申请实施例提供的一种机器人示教方法流程示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。

六自由度工业机器人是典型的机电一体化产品，其动作灵活性高，工作空间范围大，可以很灵活的绕过障碍物，并且结构紧凑，占地面积也比较小，关节上相对运动部件容易密封防尘，广泛应用在机床上下料、取件、弧焊、喷漆等行业，但对其实物进行研究和开发存在成本高、周期长等缺点。而针对教学和研究的需要，对六自由度工业机器人结构、运动和控制系统的认知理解和研究，要求机器人能完成相关六个自由度的运动，且要结构简单，操纵安全，成本低，一般不会造成事故。

六自由度机器人控制系统，主要包括驱动器，控制器，示教器等几个部分，其中示教器的软件功能开发性能，决定了机器人产品使用维护性及二次开发便利性。

本申请实施例提供一种机器人示教方法和系统，应用于多种驱动器和控制器架构的六自由度机器人。功能全面且具备通用化，模块化设计的示教器软件适配于各种品牌。

图1示出了本申请实施例提供的一种机器人示教系统，所述系统包括：

主界面功能模块101、IO检测模块102、程序编辑器模块103、手动操作模块104、程序数据模块105、系统设置模块106和码垛模块107。

所述主界面功能模块101与机器人控制器交互机器人实时控制状态，所述IO监测模块102用于实时监测所述控制器的数字输入和数字输出，所述程序编辑器103用于机器人程序指令的校验、编辑、删除和保存，所述手动操作模块104用于手动模式下机器人运动控制模式和机器人示教功能的选择，所述程序数据模块105用于通过读写本地文件进行点位数据和坐标系数据的编辑，所述系统设置模块106用于配置机器人系统初始数据，所述码垛模块107用于通过读写本地文本文件进行机器人码垛程序包的参数配置。

在一种可能的实施方式中，所述主界面功能模块101用于机器人实时控制状态的显示，以及各个分支模块的选择。还用于将机器人实时控制状态通过网口UDP协议与控制器上位机进行交互。还用于将机器人状态中的使能状态和关节运动显示状态通过串口PS485协议与示教器触摸板进行交互。所述机器人示教系统触摸板设置于所述机器人示教系统表面。

在一种可能的实施方式中，所述机器人实时控制状态包括手动或自动状态、使能或未使能状态、坐标系选择信息、点动或寸动状态、工具号、急停状态、工件号、单步运行或程序控制状态、关节运动或空间位姿状态、程序启动或停止状态、速度百分比、运动启动或停止状态。

在一种可能的实施方式中，程序编辑器模块103用于机器人程序指令的自定义编辑、修改、删除和保存，还用于对机器人程序指令进行语法校验、下载运行和单步运行。下载程序到控制器前按正则表达式对语法进行校验。所述程序指令包括机器人运动指令(点对点运动、直线运动和圆弧运动)、输入输出指令(设置DO、等待DI)、逻辑指令(IF,WHILE)、码垛程序包指令(To Put，From Put等)和其他指令(DELAY等)。

在一种可能的实施方式中，手动操作模块104用于手动模式下机器人运动控制模式的选择，所述手动模式下机器人运动控制模式包括用户操作模式、机器人动作模式、坐标系模式、工具号、工件号、速度百分比和示教模式。可以实现机器人在当前坐标系下各关节的实时角度和空间位姿；还可以实现机器人示教功能，包括点示教、工具坐标系示教、工件坐标系示教等。

在一种可能的实施方式中，所述机器人程序指令包括机器人运动指令、输入输出指令、逻辑指令和码垛程序包指令，其中所述机器人运动指令包括点对点运动指令、直线运动指令和圆弧运动指令。

在一种可能的实施方式中，所述系统还包括：备份与恢复模块108，用于异常关机时的程序和数据的备份与恢复。

在一种可能的实施方式中，所述系统还包括：注销模块109，用于信息的注销。

在一种可能的实施方式中，所述系统还包括：重启模块110，用于机器人示教软件的重启。

在一种可能的实施方式中，所述系统还包括：事件日志模块111，用于存储机器人实时控制状态和故障信息。

本申请实施例提供的机器人示教系统独立于机器人控制软件，针对用户操作，通过各模块的调度进行功能的实现。通过UDP网口通讯和本地文本文件读写操作实现与机器人控制系统软件的通讯，可适配各种机器人控制系统软件。所述机器人示教系统基于Qt集成开发环境下的C++编写，适用于x86、Linux等多种平台。

为了更清楚的解释本申请实施例提供的机器人示教系统，结合图2～图9进行说明。

图2示出了IO监测模块示意图，主要实现控制器数字输入/数字输出信号的实时监测功能。图3示出了主界面功能模块的示意图，整个主界面功能模块主要实现了机器人实时控制状态显示及各个分支模块的选择功能，其中主界面上机器人状态的实时显示状态主要包括：手动/自动模式，使能状态，坐标系选择模式，点动/寸动模式，工具号，急停状态，工件号，单步/程控模式，关节运动/空间位姿模式，程序停止模式，速度百分比，运动启动/停止状态。其中主界面上机器人状态的实时显示状态实时通过网口UDP协议与控制器上位机进行交互。其中，主界面上机器人状态的使能状态和关节运动显示状态实时通过串口RS485协议与示教器触摸板交互。

图4示出了程序编辑器模块示意图，程序指令包括机器人运动指令(包括点对点运动，直线运动，圆弧运动)，输入输出指令(设置DO，等待DI)，逻辑指令(IF，WHILE)，码垛程序包指令(To Put，From Put等)，其他指令(DELAY等)。其中程序编辑功能包括打开，保存文件操作，在编辑器中需要增加，替换、删除代码指令的操作，需要说明的是，下载程序到控制器前还可以按正则表达式对程序指令语法进行校验。

以下对程序编辑器的具体工作过程进行简述：第一步，新建文本文件或者打开本地文件夹，选择文本文件；第二步，选择各指令下拉菜单选项，添加指令；第三步，若指令输入错误，则选择删除，则删除当前光标所在行指令；第四步，重命名保存文件到本地；第五步，下载程序，发送文本文件路径名称给控制器上位机；第六步，单步运行，随着高亮光标移动，机器人运行当前指令行。

图5和图6示出了手动操作模块的示意图，实现手动模式下机器人运动控制模式的选择，包括用户操作模式，机器人动作模式，坐标系选择，工具号，工件号，速度百分比，示教模式；实现机器人当前坐标系下各关节的实时角度及当前的空间位姿；实现机器人示教功能，包括点示教，工具坐标系示教，工件坐标系示教等。

图7示出了程序数据模块的示意图，图8示出了设置模块的示意图，设置模块用于各种参数的设置，所述参数包括机器人参数、连杆参数(1轴～3轴、4轴～6轴)、伺服参数(减速比、编码器零位、关节限位、关节速度限幅)和空间参数。图9示出了码垛模块的示意图，设置参数包括码垛参数、基本参数、空间参数和点参数。

综上所述，本申请实施例提供了一种机器人示教系统，通过主界面功能模块、IO检测模块、程序编辑器模块、手动操作模块、程序数据模块、系统设置模块和码垛模块；所述主界面功能模块与机器人控制器交互机器人实时控制状态，所述IO监测模块用于实时监测所述控制器的数字输入和数字输出，所述程序编辑器用于机器人程序指令的校验、编辑、删除和保存，所述手动操作模块用于手动模式下机器人运动控制模式和机器人示教功能的选择，所述程序数据模块用于通过读写本地文件进行点位数据和坐标系数据的编辑，所述系统设置模块用于配置机器人系统初始数据，所述码垛模块用于通过读写本地文本文件进行机器人码垛程序包的参数配置。本申请实施例提供了一种机器人示教系统是一个集机电控制与软件技术于一体的综合系统，用于用户操作示教系统对六自由度机器人进行控制使用，最终实现机器人运动控制、文件示教编程、实时数据监测等功能，具有方便实用、通用性强的特点，从而缩减了开发时间，降低了开发成本。

基于相同的技术构思，本申请实施例还提供了一种机器人示教方法，如图10所示，所述方法包括：

步骤1001：主界面功能模块根据程序编辑器模块、手动操作模块、程序数据模块、系统设置模块和码垛模块的输出结果生成控制信息。

步骤1002：根据控制信息生成机器人控制指令。

步骤1003：将所述机器人控制指令发送至机器人控制器。

步骤1004：将所述机器人控制器发送的数字信息存储在IO检测模块。

本说明书中上述方法的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

虽然本申请提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。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过程、方法、产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过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。

上述实施例阐明的单元、装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人示教系统，其特征在于，所述系统包括：主界面功能模块、IO检测模块、程序编辑器模块、手动操作模块、程序数据模块、系统设置模块和码垛模块；

所述主界面功能模块与机器人控制器交互机器人实时控制状态，所述IO监测模块用于实时监测所述控制器的数字输入和数字输出，所述程序编辑器用于机器人程序指令的校验、编辑、删除和保存，所述手动操作模块用于手动模式下机器人运动控制模式和机器人示教功能的选择，所述程序数据模块用于通过读写本地文件进行点位数据和坐标系数据的编辑，所述系统设置模块用于配置机器人系统初始数据，所述码垛模块用于通过读写本地文本文件进行机器人码垛程序包的参数配置。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机器人实时控制状态包括手动或自动状态、使能或未使能状态、坐标系选择信息、点动或寸动状态、工具号、急停状态、工件号、单步运行或程序控制状态、关节运动或空间位姿状态、程序启动或停止状态、速度百分比、运动启动或停止状态。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述主界面功能模块将所述使能状态和所述关节运动状态通过串口RS485协议与机器人示教系统触摸板交互，所述机器人示教系统触摸板设置于所述机器人示教系统表面。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机器人程序指令包括机器人运动指令、输入输出指令、逻辑指令和码垛程序包指令，其中所述机器人运动指令包括点对点运动指令、直线运动指令和圆弧运动指令。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：备份与恢复模块，所述备份与恢复模块用于异常关机时的程序和数据的备份与恢复。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：注销模块，所述注销模块用于信息的注销。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：重启模块，所述重启模块用于机器人示教软件的重启。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：事件日志模块，所述事件日志模块用于存储机器人实时控制状态和故障信息。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机器人示教功能包括点示教、工具坐标系示教和工件坐标系示教；

所述手动模式下机器人运动控制模式包括用户操作模式、机器人动作模式、坐标系模式、工具号、工件号、速度百分比和示教模式。

10.基于权利要求1～9任一项所述的机器人示教系统的机器人示教方法，其特征在于，所述方法包括：

主界面功能模块根据程序编辑器模块、手动操作模块、程序数据模块、系统设置模块和码垛模块的输出结果生成控制信息；

根据控制信息生成机器人控制指令；

将所述机器人控制指令发送至机器人控制器；

将所述机器人控制器发送的数字信息存储在IO检测模块。

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