CN112959317B - 一种工业机器人人机交互系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种工业机器人人机交互系统，包括示教器功能单元、数据交互接口单元、控制器接口单元，所述示教器功能单元、数据交互接口单元、控制器接口单元之间通过TCP/IP协议和封装的软件接口来进行数据传输和交互；所述控制器接口单元和外界控制器连接；应用本申请的示教器通过相应的数据接口，向控制器发送数据请求或指令请求。控制器接收到示教器的请求后，控制各个机械单元响应示教器的请求并返回状态给示教器。用户可以在示教器上查看机器人位置姿态、控制器状态、伺服状态和程序运行状态等。

Description

一种工业机器人人机交互系统

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，尤其涉及一种工业机器人人机交互系统。

背景技术

随着机器人在各个领域的应用普及，机器人已经成为工业制造不可或缺的设备，加快机器人技术发展和相关设备优化对推动我国智能制造具有重要意义。人机交互系统作为人与机器接触的首要环节，直接影响机器人的用户体验和使用的便捷性。

现有的工业机器人机器人人机交互系统大多采用触摸屏或键盘示教器作为输入设备，程序运行数据和操作界面融合在一起，存在操作效率低下、显示不直观和用户易误操作的问题。

发明内容

根据以上技术问题，本发明提供一种工业机器人人机交互系统，其特征在于包括示教器功能单元、数据交互接口单元、控制器接口单元，所述示教器功能单元、数据交互接口单元、控制器接口单元之间通过TCP/IP协议和封装的软件接口来进行数据传输和交互；所述控制器接口单元和外界控制器连接；所述示教器功能单元包括控制主框架模块、示教模块、程序数据模块、输入输出管理模块、程序编辑模块、生产管理模块、事件日志模块、系统信息模块和备份恢复模块，所述示教模块、程序数据模块、输入输出管理模块、程序编辑模块、生产管理模块、事件日志模块、系统信息模块和备份恢复模块以插件的形式嵌入到TPU软件的控制主框架模块中；所述数据交互接口单元由示教接口、程序数据接口、输入输出管理接口、程序编辑接口、生产管理接口、事件日志接口、系统信息接口和备份恢复接口，所述示教接口、程序数据接口、输入输出管理接口、程序编辑接口、生产管理接口、事件日志接口、系统信息接口、备份恢复接口分别和、示教模块、程序数据模块、输入输出管理模块、程序编辑模块、生产管理模块、事件日志模块、系统信息模块、备份恢复模块对应连接。

所述数据交互接口单元，将控制器与示教器的通信与数据交互按功能不同封装在不同的功能模块接口类中，再定义一个单例类tpu，在这个单例类中新建各示教器功能单元的接口类，示教器功能单元从控制器接口获取、设置数据都从tpu数据交互接口单元的接口进入，而不是直接访问功能模块内部接口，逻辑非常清晰，减少示教器与控制器软件的耦合。

所述示教器功能单元还包括硬件案件关联模块，使用频率较高的指令设置或状态切换的功能通过硬件案件关联模块关联到需要的硬件按键。

所述示教器功能单元基于QMainWindow定义示教器软件的主界面，主界面分为状态栏和功能模块显示界面，状态栏主要用于示教器上一些重要状态的显示，如运行模式(手动/自动)、控制器状态(初始化/待机/运行等)、示教模式(关节/位姿等)、坐标系、示教速度、程序状态、生产模式、伺服状态、仿真状态；定义包含名称、插件编号、图标等属性的模块抽象类，每个功能模块都继承模块抽象类，并定义模块特有的功能属性；各模块定义好后，以插件形式添加到主窗口中；这样既可以保证模块同主窗口和接口层的通信，又能保证模块之间也互不影响，做到各个模块相互独立，系统的稳定性也更高。

所述数据交互接口单元按照示教器功能模块的数据需求，将不同功能的数据交互接口封装在不同的类里面，定义一个与示教器软件直接交互的一个单例，把各功能模块的接口类在这个单例类新建时也全部新建出来，并提供访问各功能模块指针的接口，示教器通过单例类来访问数据接口，使程序结构清晰，各模块独立性高。

所述硬件案件关联模块基于Qt的QKeyEvent类能捕捉到示教器上按下硬件按键触发的键盘事件，键盘事件返回值是一个整型值，示教器上一共有31个按键，一个整型值可以用32位二进制码来表示，把示教器的每个硬件按键按下对应整型值的一位二进制码为1，剩下的31位都是0，再把每个按键值对应的整型值关联示教器的一个功能，还可以几个按键组合按下关联到示教器系统重要功能，这样不仅能够提高示教器使用效率，又能防止用户误触发按键造成系统的不稳定，极大的提高了系统的可靠性和稳定性。

本发明的有益效果为：应用本申请的示教器通过相应的数据接口，向控制器发送数据请求或指令请求。控制器接收到示教器的请求后，控制各个机械单元响应示教器的请求并返回状态给示教器。用户可以在示教器上查看机器人位置姿态、控制器状态、伺服状态和程序运行状态等。

本发明的各功能模块之间互不影响，相互独立，模块独立呈现的机制；本发明的人机交互系统采用触摸显示屏结合按键的做法，将机器人使用过程中涉及到的所有操作和数据按照功能分成独立模块，结构清晰，操作简单，适用于各种机型的工业机器人。将最常用的功能关联到硬件按键，由按键快速切换状态或发送指令，极大地提高了机器人示教和使用的效率，友好的人机交互界面还能避免各种冗余操作、误触发、误操作的问题。本发明是基于Qt及其封装的API来实现的，具有跨平台运行的特点，适用于各种工业场合对人机交互系统的需求。Qt特有的信号槽机制，能为示教器界面之间数据交互提供快捷的通信方式。

本发明根据TPU功能的不同，将示教器软件界面分为主框架，示教，程序数据，输入输出管理，程序编辑，生产管理，事件日志，系统信息和备份恢复等模块，每个功能模块以插件的形式嵌入到TPU软件主框架中，某个模块的功能异常并不影响其他模块的功能正常运行，各个功能模块之间相对独立，互不影响，可独立与控制器进行数据交互实现功能。本发明的数据交互接口单元(helper)，将控制器与示教器的通信与数据交互按功能不同封装在不同的功能模块接口类中，再定义一个单例类tpu，在这个单例类中新建各功能模块的接口类，示教器界面从控制器获取、设置数据都从tpu这个接口进入，而不是直接访问功能模块内部接口，逻辑非常清晰，减少示教器与控制器软件的耦合。

本发明还将使用频率较高的指令设置或状态切换的功能接口关联到需要的硬件按键，使操作高效便捷。

附图说明

图1为本发明应用示意图。

图2为本发明设计框架图。

具体实施方式

根据图所示，对本发明进行进一步说明：

实施例1

本发明使用时，先将本发明安装在机器人控制系统中，示教器是用户与控制器之间重要的交互与显示设备，在实际应用中具有非常重要的意义。通过带有本系统的示教器，用户可以方便地获取机器人系统相关状态信息、准确定位机器人的位置和姿态。用户可以在示教器编辑、下载并运行程序，控制机器人完成预期的功能。本系统设计的人机交互系统是基于Qt及其封装的API来实现的，具有跨平台运行的特点，适用于各种工业场合对人机交互系统的需求。Qt特有的信号槽机制，能为示教器界面之间数据交互提供快捷的通信方式。

安装了本发明的软件界面是基于QMainWindow定义示教器软件的主界面，主界面分为状态栏和功能模块显示界面。状态栏主要用于示教器上一些重要状态的显示。定义包含示教模块、程序数据模块、输入输出管理模块、程序编辑模块、生产管理模块、事件日志模块、系统信息模块和备份恢复模块等属性的模块抽象类，每个功能模块都继承模块抽象类，并定义模块特有的功能属性。各模块定义好后，以插件形式添加到主窗口中。这样既可以保证模块同主窗口和数据交互接口单元通信，又能保证模块之间也互不影响，做到各个模块相互独立，系统的稳定性也更高。按照示教器功能模块的数据需求，将不同功能的数据交互接口封装在不同的类里面。定义一个与示教器软件直接交互的一个单例，把各功能模块的接口类在这个单例类新建时也全部新建出来，并提供访问各功能模块指针的接口，示教器通过单例类来访问数据接口，使程序结构清晰，各模块独立性高。本发明基于Qt的QKeyEvent类能捕捉到示教器上按下硬件按键触发的键盘事件，键盘事件返回值是一个整型值，示教器上一共有31个按键，一个整型值可以用32位二进制码来表示，把示教器的每个硬件按键按下对应整型值的一位二进制码为1，剩下的31位都是0，再把每个按键值对应的整型值关联示教器的一个功能，还可以几个按键组合按下关联到示教器系统重要功能，这样不仅能够提高示教器使用效率，又能防止用户误触发按键造成系统的不稳定，极大的提高了系统的可靠性和稳定性。

实施例2

本发明使用时，也可以不依赖示教器硬件，在电脑上就可以直接运行示教器与控制器软件，由于没有连接机器人，运行时仅得到控制器输出的状态和数据，看不到机器人的运动动作，故仅限于实验模拟使用。

将示教器软件源代码、helper接口层源代码用基于X86架构的编译器进行编译，生成的可执行文件可以在Ubuntu虚拟机环境下运行。控制器的源代码也编译成可以在Windows上运行的版本，生成的可执行文件可以直接在Windows上运行。设置Windows系统与Ubuntu系统的通信网段一致，在两个系统通信状态良好的基础上，将Windows下的控制器软件和Ubuntu下的示教器运行起来，示教器和控制器的通信连接正常后，就可以操作示教器界面，与控制器进行数据和指令交互。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种工业机器人人机交互系统，其特征在于包括示教器功能单元、数据交互接口单元、控制器接口单元，所述示教器功能单元、数据交互接口单元、控制器接口单元之间通过TCP/IP协议和封装的软件接口来进行数据传输和交互；所述控制器接口单元和外界控制器连接；所述示教器功能单元包括控制主框架模块、示教模块、程序数据模块、输入输出管理模块、程序编辑模块、生产管理模块、事件日志模块、系统信息模块和备份恢复模块，所述示教模块、程序数据模块、输入输出管理模块、程序编辑模块、生产管理模块、事件日志模块、系统信息模块和备份恢复模块以插件的形式嵌入到TPU软件的控制主框架模块中；所述数据交互接口单元有示教接口、程序数据接口、输入输出管理接口、程序编辑接口、生产管理接口、事件日志接口、系统信息接口和备份恢复接口，所述示教接口、程序数据接口、输入输出管理接口、程序编辑接口、生产管理接口、事件日志接口、系统信息接口、备份恢复接口分别和示教模块、程序数据模块、输入输出管理模块、程序编辑模块、生产管理模块、事件日志模块、系统信息模块、备份恢复模块对应连接；

所述数据交互接口单元按照示教器功能模块的数据需求，将不同功能的数据交互接口封装在不同的类里面，定义一个与示教器软件直接交互的一个单例，把各功能模块的接口类在这个单例类新建时也全部新建出来，并提供访问各功能模块指针的接口，示教器通过单例类来访问数据接口；

所述人机交互系统还包括触摸显示屏；所述示教器功能单元还包括硬件按键关联模块，示教器上共设置31个硬件按键，所述硬件按键关联模块基于Qt的QKeyEvent类捕捉到示教器上按下硬件按键触发的键盘事件，获得跟所述键盘事件关联并与所述按下硬件按键对应的一个用32位二进制码表示的整型值，当把示教器的每个硬件按键按下时对应整型值的一位二进制码为1、剩下的31位都是0，通过所述整型值建立所述硬件按键关联模块与所述硬件按键的对应关系，使用频率较高的指令设置或状态切换的功能通过硬件按键关联模块关联到需要的硬件按键，包括按下单个硬件按键和/或几个硬件按键组合关联到示教器功能单元重要功能。

2.按照权利要求1所述的一种工业机器人人机交互系统，其特征在于所述数据交互接口单元，将控制器与示教器的通信与数据交互按功能不同封装在不同的功能模块接口类中，再定义一个单例类tpu，在这个单例类中新建各示教器功能单元的接口类，示教器功能单元从控制器接口获取、设置数据都从tpu数据交互接口单元的接口进入。

3.按照权利要求1所述的一种工业机器人人机交互系统，其特征在于所述示教器功能单元基于QMainWindow定义示教器软件的主界面，主界面分为状态栏和功能模块显示界面，状态栏主要用于示教器上运行模式包括手动/自动、控制器状态包括初始化/待机/运行、示教模式包括关节/位姿、坐标系、示教速度、程序状态、生产模式、伺服状态、仿真状态的显示；定义包含名称、插件编号、图标属性的模块抽象类，每个功能模块都继承模块抽象类，并定义模块特有的功能属性；各模块定义好后，以插件形式添加到主窗口中。

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