CN113325829A - 一种故障自诊断机器人电控io接口板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种故障自诊断机器人电控IO接口板，所述IO接口板包括232通信电路、485通信电路、AD接口电路、DA接口电路、DI输入电路、DO输出电路、PFM接口电路、ABZ接口电路、232回环测试电路、485回环测试电路、模拟信号源切换电路、数字输入源切换电路、脉冲回环切换测试电路和ABZ信号发生电路。本发明的故障自诊断机器人电控IO接口板可以对IO板故障进行快速定位与排查，使维护人员快速解决问题，恢复生产，为企业节省经济成本。并且IO板自检功能也可以用于IO板的生产过程中，使生产人员可以快速对IO板进行自检，定位故障，提高生产效率和产品的成品率。
Description
技术领域
本发明属于工业机器人生产制造领域，涉及一种故障自诊断机器人电控IO接口板。
背景技术
机器人在工作过程中，其电控系统由于自身的原因可能出现故障，尤其IO板，它是与外部设备衔接的通道，更易出现故障。某一环节的故障，都可能造成机器人不能正常使用，给生产造成影响。所以故障的快速定位和排查尤为重要，使生产能够快速恢复，也为企业节省了经济成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种故障自诊断机器人电控IO接口板，解决机器人电控IO板在出现故障情况下，进行故障快速定位，然后维护人员根据故障信息，可以快速解决故障，恢复机器人系统正常工作。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种故障自诊断机器人电控IO接口板，包括232通信电路、485通信电路、AD接口电路、DA接口电路、DI输入电路、DO输出电路、PFM接口电路、ABZ接口电路、232回环测试电路、485回环测试电路、模拟信号源切换电路、数字输入源切换电路、脉冲回环切换测试电路和ABZ信号发生电路，其中：
所述232通信电路、485通信电路、AD接口电路、DA接口电路、DI输入电路、DO输出电路、PFM接口电路、ABZ接口电路为普通IO板自带的电路；
所述232回环测试电路用于测试232通信故障；
所述485回环测试电路用于测试485通信故障；
所述模拟信号源切换电路用于测试AD故障，测试通过后，AD接口电路用于测试DA故障；
所述数字输入源切换电路用于测试DI故障，测试通过后，DI输入电路用于测试DO故障；
所述脉冲回环切换测试电路用于测试伺服驱动故障；
所述ABZ信号发生电路用于测试ABZ故障；
所述232回环测试电路包括232通信输出端子TXD端、232通信输出端子RXD端、IO板处理器TXD端、IO板处理器RXD端、数字控制模拟开关，232通信输出端子TXD端分别与IO板处理器TXD端和数字控制模拟开关的一端连接，232通信输出端子RXD端分别与IO板处理器RXD端和数字控制模拟开关的另一端连接；
所述485回环测试电路包括数字控制多路模拟开关A和数字控制多路模拟开关B，数字控制多路模拟开关A的公共端连接485总线驱动器1的A端，数字控制多路模拟开关A的输入端分别连接485通信接口的A端、485总线驱动器2的A端；数字控制多路模拟开关B的公共端连接485总线驱动器1的B端，数字控制多路模拟开关B的输入端分别连接485通信接口的B端、485总线驱动器2的B端；
所述模拟信号源切换电路包括数字控制多路模拟开关，数字控制多路模拟开关的公共端连接AD接口电路的AD采集输入端，数字控制多路模拟开关的输入端分别连接外部模拟电压输入端、IO板的GND输入端、3.3V电源电压输入端、DA接口电路的DA转换输出端；
所述数字输入源切换电路包括DI0～DI7、数字控制多路模拟开关0～7，数字控制多路模拟开关0的公共端连接DI0输入端，数字控制多路模拟开关0的输入端分别连接外部开关量输入端、GND输入端、3.3V电源电压输入端、DO0开关量；数字控制多路模拟开关1的公共端连接DI1输入端，数字控制多路模拟开关1的输入端分别连接外部开关量输入端、GND输入端、3.3V电源电压输入端、DO1开关量；数字控制多路模拟开关2的公共端连接DI2输入端，数字控制多路模拟开关2的输入端分别连接外部开关量输入端、GND输入端、3.3V电源电压输入端、DO2开关量；数字控制多路模拟开关3的公共端连接DI3输入端，数字控制多路模拟开关3的输入端分别连接外部开关量输入端、GND输入端、3.3V电源电压输入端、DO3开关量；数字控制多路模拟开关4的公共端连接DI4输入端，数字控制多路模拟开关4的输入端分别连接外部开关量输入端、GND输入端、3.3V电源电压输入端、DO4开关量；数字控制多路模拟开关5的公共端连接DI5输入端，数字控制多路模拟开关5的输入端分别连接外部开关量输入端、GND输入端、3.3V电源电压输入端、DO5开关量；数字控制多路模拟开关6的公共端连接DI6输入端，数字控制多路模拟开关6的输入端分别连接外部开关量输入端、GND输入端、3.3V电源电压输入端、DO6开关量；数字控制多路模拟开关7的公共端连接DI7输入端，数字控制多路模拟开关7的输入端分别连接外部开关量输入端、GND输入端、3.3V电源电压输入端、DO7开关量；DI0～DI7形成输入向量，作为DI输入测试字节；DO0～DO7形成输出向量，作为DO输出测试字节；
所述脉冲回环切换测试电路包括数字控制多路模拟开关C、数字控制多路模拟开关D和数字控制多路模拟开关E，数字控制多路模拟开关C的公共端连接脉冲输出端，数字控制多路模拟开关C的输入端分别连接脉冲自检输入计数器、脉冲输出控制端；数字控制多路模拟开关D的公共端连接伺服控制，数字控制多路模拟开关D的输入端分别连接伺服自检输入IO、伺服控制输出端；数字控制多路模拟开关E的公共端连接方向控制，数字控制多路模拟开关E的输入端分别连接方向自检输入IO、方向控制输出端；
所述ABZ信号发生电路包括数字控制多路模拟开关F和数字控制多路模拟开关G，数字控制多路模拟开关F的公共端连接ABZ脉冲检测A相，数字控制多路模拟开关F的输入端分别连接A相外部脉冲输入端、ABZ模拟脉冲发生器A相；数字控制多路模拟开关G的公共端连接ABZ脉冲检测B相，数字控制多路模拟开关G的输入端分别连接ABZ模拟脉冲发生器B相、B相外部脉冲输入端。
本发明的故障自诊断机器人电控IO接口板具有如下功能：
①具有故障自诊断IO板，除了具有普通IO板的功能以外，还采用故障诊断设计技术，进行了相应电路设计。使IO板在故障状态下可以自检，进行故障定位。当IO板切换到自诊断工作状态，它将完成自检程序，并输出故障代码，给维护人员以故障定位帮助信息。
②232通信故障检测：由IO板内部集成的多路开关控制，使232通信的发送和接收构成环绕测试通路，来检测232通信是否正常。
③AD和DA部分故障检测：首先由IO板内部集成的多路开关控制，使AD部分接入其内部的信号源，AD对信号源进行采集，通过采集数据结果判断AD部分是否正常。然后由IO板内部集成的多路开关控制DA输出通道连接至AD输入通道，构成测试环路，DA转换输出电压，AD采集其输出的电压，根据输出与输入的数据对比，判断DA是否工作正常。
④DI和DO部分故障检测：首先由IO板内部集成的多路开关控制，使DI部分接入其内部的信号源，进行数字量输入的检测，通过DI输入向量判断DI部分是否正常。然后由IO板内部集成的多路开关控制DO输出通道连接至DI输入通道，构成测试环路，DO输出数字量，DI检测其输出，根据输出向量与输入向量的对比，判断DO是否工作正常。
⑤485部分故障检测：由IO板内部集成的多路开关控制，使485驱动器1和485驱动器2构成通信测试环路，一个工作于发送状态，另一个工作于接收状态，一个发送测试字节，另一个接收测试字节，通过发送和接收数据字节的对比，判断是否工作正常。
⑥伺服驱动部分故障检测：由IO板内部集成的多路开关控制，使电机伺服控制输出和方向控制输出，分别接入数字量输入端，构成测试环路，通过输出与输入的状态对比，判断是否工作正常。将电机控制脉冲输出部分接入IO板内部的计数输入部分，计数器对输出的脉冲进行计数，通过数据对比判断是否工作正常。
⑦ABZ部分故障检测：由IO板内部集成的多路开关控制，使ABZ脉冲计数检测部分与IO板内部集成的ABZ模拟信号发生器相连，ABZ模拟信号发生器输出相位差为90度的两路方波信号，ABZ脉冲检测部分对模拟信号计数，通过输出与输入数据的对比，判断ABZ部分是否工作正常。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明的故障自诊断机器人电控IO接口板可以对IO板故障进行快速定位与排查，使维护人员快速解决问题，恢复生产，为企业节省经济成本。并且IO板自检功能也可以用于IO板的生产过程中，使生产人员可以快速对IO板进行自检，定位故障，提高生产效率和产品的成品率。
附图说明
图1为故障自诊断机器人电控IO接口板的结构图；
图2为232通信故障自检；
图3为AD和DA故障检测；
图4为DI和DO故障检测；
图5为485通信故障自检；
图6为伺服驱动故障自检；
图7为ABZ故障自检。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
机器人电控系统IO板是机器人系统重要部件之一，它包括232通信、485通信、AD采集、DA输出、DI输入、DO输出、伺服电机控制和ABZ信号采集等几大部分。整个系统较为复杂，某一部分出现问题，都可能带来整个机器人系统的瘫痪，所以IO板的检测排故变得尤为重要。传统的IO板，只包括上述系统功能，如图1中黑实线框所示，不具有故障诊断功能。本发明实现了IO板故障自诊断功能，在故障情况下可以快速自检，实现故障定位。本发明对于快速排查IO板故障，解决机器人电控系统问题，具有重要意义。本发明不仅可以应用到机器人运行状态下的故障自检，还可以在IO板生产焊接完成后，进行自检，以排除生产中的问题。
本发明基于集成信号源技术、测试通道环绕技术和测试向量码技术，在IO板上设计自检电路，在正常工作中，自检功能不启用，在自诊断过程中，启用自检电路，实现IO板故障自诊断，在故障自检过程中，输出故障码，实现故障的快速定位。
1、232通信故障自检
如图2所示，232回环测试电路中，IO接口板的232通信输出端子中的TXD端与IO板处理器TXD端连接，同时与数字控制模拟开关的一端连接；IO接口板的232通信输出端子中的RXD端与IO板处理器RXD端连接，同时与数字控制模拟开关的另一端连接。
当进行232通信故障检测时，由IO板处理器控制数字控制模拟开关闭合，构成通信测试环路。IO板处理器通过发送端TXD发送测试字节，如果通信正常，则接收端RXD将接收到测试字节。如果接收端RXD在一定时间内接收不到测试字节，则可判断232通信故障。
2、AD和DA故障检测
如图3所示，模拟信号源切换电路中，数字控制多路模拟开关的公共端连接AD采集输入，数字控制多路模拟开关的一路输入连接外部模拟电压输入，数字控制多路模拟开关的一路输入连接GND输入，数字控制多路模拟开关的一路输入连接3.3V电源电压输入，数字控制多路模拟开关的最后一路输入连接DA转换输出。
①在IO板正常工作状态下，IO板处理器控制数字控制多路模拟开关，使AD采集输入端接入外部模拟电压，进行外部信号的采集。
②在AD故障检测状态下，首先控制数字控制多路模拟开关切换至GND，进行AD采样；然后控制数字控制多路模拟开关切换至IO板内部集成的3.3V信号源，进行AD采样，如果电压采集正确，则认为AD部分无故障。否则，认为AD部分有故障。
③在DA故障检测状态下，控制数字控制多路模拟开关切换至DA转换输出，使AD采集部分与DA输出部分构成测试环路，由DA转换输出电压，AD部分对DA输出的电压进行采集，如果采集的电压与DA输出的电压一致，则认为DA部分无故障。否则认为DA部分有故障。
3、DI和DO故障检测
如图4所示，数字输入源切换电路中，对于DI0，数字控制多路模拟开关0的公共端连接DI0输入，数字控制多路模拟开关0的一路输入连接外部开关量输入，数字控制多路模拟开关0的一路输入连接GND输入，数字控制多路模拟开关0的一路输入连接3.3V电源电压输入，数字控制多路模拟开关0的最后一路输入连接DO0开关量。同理，对于DI1～DI7做相似连接。DI0～DI7形成输入向量，作为DI输入测试字节。DO0～DO7形成输出向量，作为DO输出测试字节。
①在IO板正常工作状态下，处理器控制多路模拟开关，使数字量输入DI0～DI7接入外部数字量输入，进行外部输入信号的检测。
②在DI故障检测状态下，首先控制多路开关切换至GND，进行低电平输入状态检测，获得输入向量字节；然后控制多路开关切换至IO板内部集成的3.3V信号源，进行高电平输入状态检测，获得输入向量字节。如果两次DI输入向量字节正确，则认为DI部分无故障。否则，认为DI部分有故障。
③在DO故障检测状态下，控制多路开关切换至DO输出，使DI输入检测部分与DO输出部分构成测试环路，由DO输出测试向量，DI部分对DO输出的测试向量进行检测，如果DI部分获得的输入向量与DO输出的测试向量一致，则认为DO部分无故障。否则认为DO部分有故障。
4、485通信故障自检
如图5所示，485回环测试电路中，一片数字控制多路模拟开关的公共端连接485总线驱动器1的A端，其一路输入连接485通信接口的A端，其另一路输入连接485总线驱动器2的A端；另一片数字控制多路模拟开关的公共端连接485总线驱动器1的B端，其一路输入连接485通信接口的B端，其另一路输入连接485总线驱动器2的B端。
①在IO板正常工作状态下，IO板处理器控制数字控制多路模拟开关，使485驱动器1的A相接外部485通信接口的A端，485驱动器1的B相接外部485通信接口的B端。
②在485通信故障检测状态下，由IO板处理器控制数字控制多路模拟开关，使485驱动器1的A相接485驱动器2的A相，485驱动器1的B相接485驱动器2的B相。485驱动器1为发送状态，485驱动器2为接收状态，构成通信测试环路。IO板处理器通过485驱动器1发送测试字节，如果通信正常，则485驱动器2接收到测试字节。如果485驱动器2在一定时间内接收不到测试字节，则可判断485通信故障。
5、伺服驱动故障自检
如图6所示，脉冲回环切换测试电路中，一片数字控制多路模拟开关的公共端连接脉冲输出，其一路输入连接脉冲自检输入计数器，其另一路输入连接脉冲输出控制端；一片数字控制多路模拟开关的公共端连接伺服控制，其一路输入连接伺服自检输入IO，其另一路输入连接伺服控制输出端。另一片数字控制多路模拟开关的公共端连接方向控制，其一路输入连接方向自检输入IO，其另一路输入连接方向控制输出端。
①在IO板正常工作状态下，IO板处理器控制数字控制多路模拟开关，使IO板内部的电机伺服控制、电机方向控制和脉冲生成分别与外部电机控制端口的伺服控制输出、方向控制输出和脉冲控制输出相连。
②在伺服驱动故障检测状态下，IO板内部集成的方向自检输入与电机方向控制输出相连，内部集成的伺服自检输入与电机伺服控制输出相连，构成测试回路，当控制输出状态与自检输入状态一致，则认为正常，否则认为故障。
③在伺服驱动故障检测状态下，IO板内部集成的脉冲自检计数器输入与电机控制脉冲输出相连，自检计数器对控制输出的脉冲计数，当计数一致时，则认为正常，否则认为故障。
6、ABZ故障自检
如图7所示，ABZ信号发生电路中，一片数字控制多路模拟开关的公共端连接ABZ脉冲检测A相，其一路输入连接A相外部脉冲输入端，其另一路输入连接ABZ模拟脉冲发生器A相。另一片数字控制多路模拟开关的公共端连接ABZ脉冲检测B相，其一路输入连接ABZ模拟脉冲发生器B相，其另一路输入连接B相外部脉冲输入端。
①在IO板正常工作状态下，IO板处理器控制数字控制多路模拟开关，使IO板内部ABZ脉冲检测的A相与B相分别与外部电机ABZ信号输入端A相和B相连接。
②在ABZ故障检测状态下，IO板内部集成的ABZ模拟脉冲发生器A相和B相与ABZ脉冲检测A相和B相连接，构成测试回路，当模拟发出的脉冲数与ABZ检测脉冲数一致时，则认为正常，否则认为故障。
Claims (7)
1.一种故障自诊断机器人电控IO接口板，包括232通信电路、485通信电路、AD接口电路、DA接口电路、DI输入电路、DO输出电路、PFM接口电路、ABZ接口电路，其特征在于所述IO接口板还包括232回环测试电路、485回环测试电路、模拟信号源切换电路、数字输入源切换电路、脉冲回环切换测试电路和ABZ信号发生电路，其中：
所述232回环测试电路用于测试232通信故障；
所述485回环测试电路用于测试485通信故障；
所述模拟信号源切换电路用于测试AD故障，测试通过后，AD接口电路用于测试DA故障；
所述数字输入源切换电路用于测试DI故障，测试通过后，DI输入电路用于测试DO故障；
所述脉冲回环切换测试电路用于测试伺服驱动故障；
所述ABZ信号发生电路用于测试ABZ故障。
2.根据权利要求1所述的故障自诊断机器人电控IO接口板，其特征在于所述232回环测试电路包括232通信输出端子TXD端、232通信输出端子RXD端、IO板处理器TXD端、IO板处理器RXD端、数字控制模拟开关，232通信输出端子TXD端分别与IO板处理器TXD端和数字控制模拟开关的一端连接，232通信输出端子RXD端分别与IO板处理器RXD端和数字控制模拟开关的另一端连接。
3.根据权利要求1所述的故障自诊断机器人电控IO接口板，其特征在于所述485回环测试电路包括数字控制多路模拟开关A和数字控制多路模拟开关B，数字控制多路模拟开关A的公共端连接485总线驱动器1的A端，数字控制多路模拟开关A的输入端分别连接485通信接口的A端、485总线驱动器2的A端；数字控制多路模拟开关B的公共端连接485总线驱动器1的B端，数字控制多路模拟开关B的输入端分别连接485通信接口的B端、485总线驱动器2的B端。
4.根据权利要求1所述的故障自诊断机器人电控IO接口板，其特征在于所述模拟信号源切换电路包括数字控制多路模拟开关，数字控制多路模拟开关的公共端连接AD接口电路的AD采集输入端，数字控制多路模拟开关的输入端分别连接外部模拟电压输入端、IO板的GND输入端、3.3V电源电压输入端、DA接口电路的DA转换输出端。
5.根据权利要求1所述的故障自诊断机器人电控IO接口板，其特征在于所述数字输入源切换电路包括DI0～DI7、数字控制多路模拟开关0～7，数字控制多路模拟开关0的公共端连接DI0输入端，数字控制多路模拟开关0的输入端分别连接外部开关量输入端、GND输入端、3.3V电源电压输入端、DO0开关量；数字控制多路模拟开关1的公共端连接DI1输入端，数字控制多路模拟开关1的输入端分别连接外部开关量输入端、GND输入端、3.3V电源电压输入端、DO1开关量；数字控制多路模拟开关2的公共端连接DI2输入端，数字控制多路模拟开关2的输入端分别连接外部开关量输入端、GND输入端、3.3V电源电压输入端、DO2开关量；数字控制多路模拟开关3的公共端连接DI3输入端，数字控制多路模拟开关3的输入端分别连接外部开关量输入端、GND输入端、3.3V电源电压输入端、DO3开关量；数字控制多路模拟开关4的公共端连接DI4输入端，数字控制多路模拟开关4的输入端分别连接外部开关量输入端、GND输入端、3.3V电源电压输入端、DO4开关量；数字控制多路模拟开关5的公共端连接DI5输入端，数字控制多路模拟开关5的输入端分别连接外部开关量输入端、GND输入端、3.3V电源电压输入端、DO5开关量；数字控制多路模拟开关6的公共端连接DI6输入端，数字控制多路模拟开关6的输入端分别连接外部开关量输入端、GND输入端、3.3V电源电压输入端、DO6开关量；数字控制多路模拟开关7的公共端连接DI7输入端，数字控制多路模拟开关7的输入端分别连接外部开关量输入端、GND输入端、3.3V电源电压输入端、DO7开关量；DI0～DI7形成输入向量，作为DI输入测试字节；DO0～DO7形成输出向量，作为DO输出测试字节。
6.根据权利要求1所述的故障自诊断机器人电控IO接口板，其特征在于所述脉冲回环切换测试电路包括数字控制多路模拟开关C、数字控制多路模拟开关D和数字控制多路模拟开关E，数字控制多路模拟开关C的公共端连接脉冲输出端，数字控制多路模拟开关C的输入端分别连接脉冲自检输入计数器、脉冲输出控制端；数字控制多路模拟开关D的公共端连接伺服控制，数字控制多路模拟开关D的输入端分别连接伺服自检输入IO、伺服控制输出端；数字控制多路模拟开关E的公共端连接方向控制，数字控制多路模拟开关E的输入端分别连接方向自检输入IO、方向控制输出端。
7.根据权利要求1所述的故障自诊断机器人电控IO接口板，其特征在于所述ABZ信号发生电路包括数字控制多路模拟开关F和数字控制多路模拟开关G，数字控制多路模拟开关F的公共端连接ABZ脉冲检测A相，数字控制多路模拟开关F的输入端分别连接A相外部脉冲输入端、ABZ模拟脉冲发生器A相；数字控制多路模拟开关G的公共端连接ABZ脉冲检测B相，数字控制多路模拟开关G的输入端分别连接ABZ模拟脉冲发生器B相、B相外部脉冲输入端。
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