CN114260909A

CN114260909A - 一种基于可编程控制器的工业机器人示教方法和系统

Info

Publication number: CN114260909A
Application number: CN202111649699.0A
Authority: CN
Inventors: 赵建勇; 刘坤; 包健; 邬惠峰
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2022-04-01

Abstract

本发明提供一种基于可编程控制器的工业机器人示教方法和系统，通过提供一种开放式的编程环境，使用可编程控制平台软件预先设置机器人的示教动作控制指令，通过示教器的人机交互界面，选择手动或自动操控模式，实现对工业机器人的示教编程，再由可编程控制器解析示教程序来控制机器人执行相应示教动作。解决了目前传统的手动示教和机器人多品牌编程环境不兼容的问题，本发明提供一种基于可编程控制器的工业机器人的示教系统实现方法,具有实时性、交互友好、稳定性、通用性、开放性等优点。

Description

一种基于可编程控制器的工业机器人示教方法和系统

技术领域

本发明涉及机器人领域，一种基于可编程控制器的工业机器人示教方法和系统。

背景技术

目前，在工业自动化领域工业机器人的应用范围在不断拓展，从汽车制造、电子装配、食品加工等传统应用场景，逐步渗透到消费、服务等新兴领域。机器人在应用时，必须先做好轨迹示教，而现有的工业机器人的品牌较多，每个品牌的机器人都基于不同的底层系统和语言环境，在同一个企业中通常会使用多种品牌的机器人，在使用过程中，因为示教系统的通用性差，导致轨迹示教的效率很低，操作繁琐。

对机器人的控制虽然是由控制器完成，但示教动作指令与参数配置应交由用户完成，用户与控制器的交互媒介就是示教系统。实现机器人的自动运行控制，需要用户进行示教编程，但是各种系统所支持的机器人编程语言有较大差异，针对目前传统的手动示教和机器人多品牌编程环境不兼容的问题，如何实现一个通用性强、实时性高、交互友好、并具有开放性的机器人示教系统，是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于可编程控制器的工业机器人示教方法和系统，以解决目前传统的手动示教和机器人多品牌编程环境不兼容的问题，提高机器人示教运动的稳定性、实时性和可操作性。

为了克服现有技术的缺陷，本发明的技术方案如下：

一种基于可编程控制器的工业机器人示教方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过可编程控制平台软件，预先完成各机器人的示教指令程序；

步骤S2：配置示教器的操控模式为手动控制模式和自动控制模式；其中，手动控制模式，能够对机器人进行位置和姿态的手动调整；自动控制模式，能够通过示教器的人机交互界面,进行示教编程；

步骤S3：可编程控制器判断操控模式并执行相应动作；如果操控控制模式为自动控制，加载示教动作控制程序，可编程控制器执行该控制程序并与机器人驱动器进行实时通信，以控制机器人完成相应的示教动作；

步骤S4：可编程控制器与示教器进行实时通信，将机器人执行示教动作过程中的状态反馈给示教器，并通过示教器状态界面显示。

作为进一步的改进方案，步骤S3中，当操控模式为手动控制模式，可编程控制器通过检测按键控制机器人进行位置和姿态的手动调整。

作为进一步的改进方案，步骤S3中，如果操控控制模式为自动控制，可编程控制器加载示教动作控制程序后，检测启动按键是否被按下以执行示教动作控制程序。

作为进一步的改进方案，步骤S1中，示教指令基于PLCopen标准设计并封装成功能块的形式。

作为进一步的改进方案，包括可编程控制器、可编程控制平台软件、示教器、工业机器人几部分组成。其中所述示教器与可编程控制器连接；所述可编程控制器与工业机器人连接。

所述可编程控制器中包含外部通信模块、运动控制模块、逻辑控制模块。所述外部通信模块负责连接可编程控制器和示教器；所述运动控制模块负责连接可编程控制器与机器人驱动器。所述逻辑控制模块负责解析预先通过可编程控制平台软件设置的机器人示教动作控制指令。

所述可编程控制平台软件具有开放式编程环境，能够自定义机器人运动控制指令，实现机器人运动控制算法的优化，实时监控可编程控制器内部变量，动态调试运行程序,通过PLC语言逻辑实现机器人运动控制逻辑。

所述示教器具有人机交互界面可根据可编程控制器反馈信息显示机器人工作状态，修改运动参数,针对不同型号的机器人能够设置不同的参数，以达到通用性的效果。

所述示教器可采用触摸屏来实现，通过示教器，用户可以输入机器人的控制信息，示教器实现手动操控和自动操控的两种模式，手动操控模式下可以对选定机器人进行位置和姿态的控制；自动模式下，可以进行示教编程，在示教编程页面设置每一步的示教动作；示教指令包括直线运动指令，点对点运动指令，圆弧运动指令等；

所述工业机器人包含多个伺服驱动器和伺服电机，其驱动器与可编程控制器通过实时以太网连接，能够实时接收可编程控制器中的运动控制数据，驱动电机完成相应运动。

本发明还公开了一种基于可编程控制器的工业机器人示教系统，包括可编程控制器、可编程控制平台软件、示教器、工业机器人；其中，所述可编程控制器与所述示教器和工业机器人连接；

所述可编程控制器包含外部通信模块、运动控制模块、逻辑控制模块，所述外部通信模块用于连接可编程控制器和示教器；所述运动控制模块负责连接可编程控制器与机器人驱动器；所述逻辑控制模块负责解析预先通过可编程控制平台软件设置的机器人示教动作控制指令。

作为进一步的改进方案，所述可编程控制平台软件具有开放式编程环境，能够自定义机器人运动控制指令，实时监控可编程控制器内部变量，动态调试运行程序。

作为进一步的改进方案，所述可编程控制平台软件通过PLC语言逻辑实现机器人运动控制逻辑。

作为进一步的改进方案，所述示教器与可编程控制器连接，具有人机交互界面，能够实现手动操控和自动操控模式的示教编程；所述示教器可根据可编程控制器反馈信息显示机器人工作状态，修改运动参数。

作为进一步的改进方案，所述工业机器人包含多个伺服驱动器和伺服电机，其驱动器与可编程控制器通过工业实时以太网连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明利用可编程控制平台软件实现机器人的运动指令，用户能够自定义运动控制算法，指令具有通用性，使用者只需使用示教器进行简单的示教编程即可，降低了使用的复杂性和开发成本。

2.本发明使用可编程控制器在嵌入式实时操作系统RT-Linux上使用实时工业实时以太网EtherCAT作为传输协议将可编程控制器与工业机器人连接；采用ARM作为硬件核心。在保证系统的可靠性和实用性的同时，降低了成本，方便使用。

3.本发明利用嵌入式工业PLC技术开发多轴的可编程控制器，采用实时以太网，实现理论上最高可达256轴控制的多轴控制器，可以在工业应用领域灵活地搭建所需要的多轴系统。

4.示教器能够周期性地从可编程控制器中获取选择的机器人反馈的状态信息，交互性好，便于有针对性地调整对机器人的动作操控。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于可编程控制器的工业机器人示教系统实现方法的结构框架图；

图2为本发明提供的一种基于可编程控制器的工业机器人示教方法具体实施例的详细流程图；

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1和图2，本发明实施例包括：

实施例1：

一种基于可编程控制器的工业机器人示教系统实现方法，具体结构框架图如图1所示，包括：可编程控制器、可编程控制平台软件、示教器、工业机器人几部分组成。其中所述示教器与可编程控制器连接；可编程控制器与工业机器人连接。所述可编程控制器中包含外部通信模块、运动控制模块、逻辑控制模块。所述外部通信模块负责连接可编程控制器和示教器；所述运动控制模块负责连接可编程控制器与机器人驱动器。所述逻辑控制模块负责解析预先通过可编程控制平台软件设置的机器人示教动作控制指令。

在具体实施例中可编程控制器在嵌入式实时操作系统RT-Linux上使用实时工业以太网EtherCAT作为传输协议将可编程控制器与工业机器人连接；采用ARM作为硬件核心。在保证系统的可靠性和实用性的同时，降低了成本，方便使用；强实时性内核RT-Linux提供实时操作系统支持，能实现多任务的优先级调用。

可编程控制平台软件采用CASS平台，具有开放式编程环境，能够自定义机器人运动控制指令，通过PLC语言逻辑实现机器人运动控制逻辑，实时监控可编程控制器内部变量，动态调试运行程序。可编程控制器中包含预先通过可编程控制平台软件CASS设置的机器人示教动作控制指令。

可编程控制器与示教器通过Modbus协议通信；可编程控制器内外部通信模块实现Modbus协议从站，示教器通过地址表进行监控。

可编程控制器与机器人驱动器通过EtherCAT协议通信。可编程控制器内实现EtherCAT协议主站，通过XML文件配置各个机器人的轴信息进行地址映射，并在外部逻辑控制单元和运动控制单元之间交换数据。PLC部分的工作主要还包括配置和逻辑控制,配置包括:配置任务、配置伺服、配置机器人轴参数，逻辑控制模块则负责解析执行PLC程序、运行数据的采样计算处理、机器人轴伺服驱动输入输出控制。

可编程控制器作为多机器人一体化控制主站,能轻易的配置不同的总线从站,无须再配置额外的可编程控制器,降低系统的成本,采用EtherCAT的总线式控制系统,能实现高精度、高实时性的多轴控制,无须像RS485、CANopen等通讯模式下需配置ID、设置传输速率等参数,而且还容易受环境干扰等影响,提高了系统的稳定性和安全性。

示教器采用步科HMI触摸屏，示教器包含手动操控和自动操控的两种模式，手动操控模式下可以对机器人进行位置和姿态的手动控制；自动模式下，可以进行示教编程，在示教编程页面设置每一步的示教动作；示教指令包括直线运动指令，点对点运动指令，圆弧运动指令等；

示教器可通过状态页面实时监控机器人的状态，如速度，加速度，位置和故障信息等，方便用户实时了解机器人的运动状态，更加精准的控制机器人，也可根据设置页面设置机器人的参数信息。

在本实施方式中，通过示教器的人机交互界面，利用示教器预先在可编程控制器中设置各机器人的示教指令，并通过示教器周期性地获取选择的机器人的反馈的状态，将非常占据CPU的界面控制从控制器转移到示教器中，大大减轻了控制器的负担。另外,整个系统的结构清晰明了,节约成本，易于掌握,安装简单,使用方便。

如图2所示：一种基于可编程控制器的工业机器人示教方法的详细流程包括以下步骤：

步骤S1：通过可编程控制平台软件，预先完成各机器人的示教指令程序，示教指令基于PLCopen标准设计并封装成功能块的形式；

步骤S2：示教器的使用者通过选择操控模式来实现手动控制和自动控制；

其中，所述步骤S2进一步包括：

如果选择手动模式，可对机器人进行位置和姿态的手动调整；

如果选择自动模式，可以通过示教器的人机交互界面,进行示教编程；

步骤S3：可编程控制器判断操控模式，如果所述操控模式为手动模式，检测是否有控制按键被按下；如果所述操控模式为自动控制，则判断是否已完成所述示教动作控制程序的加载，如果已完成则检测启动按键是否被按下；可编程控制器与机器人驱动器进行实时通信，控制机器人完成相应的示教动作。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种基于可编程控制器的工业机器人示教方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于可编程控制器的工业机器人示教方法，其特征在于，步骤S3中，当操控模式为手动控制模式，可编程控制器通过检测按键控制机器人进行位置和姿态的手动调整。

3.根据权利要求1所述的基于可编程控制器的工业机器人示教方法，其特征在于，步骤S3中，如果操控控制模式为自动控制，可编程控制器加载示教动作控制程序后，检测启动按键是否被按下以执行示教动作控制程序。

4.根据权利要求1所述的基于可编程控制器的工业机器人示教方法，其特征在于，步骤S1中，示教指令基于PLCopen标准设计并封装成功能块的形式。

5.一种基于可编程控制器的工业机器人示教系统，其特征在于，包括可编程控制器、可编程控制平台软件、示教器、工业机器人；其中，所述可编程控制器与所述示教器和工业机器人连接；

6.根据权利要求5基于可编程控制器的工业机器人示教系统，其特征在于，所述可编程控制平台软件具有开放式编程环境，能够自定义机器人运动控制指令，实时监控可编程控制器内部变量，动态调试运行程序。

7.根据权利要求6基于可编程控制器的工业机器人示教系统，其特征在于，所述可编程控制平台软件通过PLC语言逻辑实现机器人运动控制逻辑。

8.根据权利要求5基于可编程控制器的工业机器人示教系统，其特征在于，所述示教器与可编程控制器连接，具有人机交互界面，能够实现手动操控和自动操控模式的示教编程；所述示教器可根据可编程控制器反馈信息显示机器人工作状态，修改运动参数。

9.根据权利要求5基于可编程控制器的工业机器人示教系统，其特征在于，所述工业机器人包含多个伺服驱动器和伺服电机，其驱动器与可编程控制器通过工业实时以太网连接。