CN114683277A - 一种通过移动端无线控制低代码示教机器人运动的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通过移动端无线控制低代码示教机器人运动的方法，其具体操作方法为：一、建立无线通讯；Ⅰ、通过手持示教器登录控制系统；进行积木编程，在手持示教器上进行积木编程，通过图形化编程、拖拽示教应用在机器人示教编程中。本发明无线移动设备进行示教，一个轻薄的平板电脑，即可连接完成示教，无需电缆，在一定区域内可以随时随地示教，不再局限于地理的界限。本发明采用无线示教，没有控制线与地面长期的相互摩擦，将彻底避免线磨损、短路等问题，更不会有多台机器连线缠绕等问题。
Description
技术领域
本发明涉及示教机器人控制方法，尤其涉及一种通过移动端无线控制低代 码示教机器人运动的方法。
背景技术
工业机器人示教方法主要为直接示教,通过人直接操作示教器，对动机器人 的手臂进行示教编程。示教”就是机器人学习的过程，在这个过程中，操作者 要手把手教会机器人做某些动作。示教完成后，通过存储，把机器人的控制系 统以程序的形式将示教的动作记忆下来。最后，通过再现的过程，机器人按照 示教时记忆下来的程序展现。
目前常见的机器人示教是以接线的示教器控制也为有线示教。让机器人按 脚本运动，则需要专业程序员通过lua文件形式，在示教器里下传下发或者在 示教器里编写。
现今有线示教存在以下缺点：
1)便捷性差：有线示教是通过电缆与机器人控制箱连接，功能涉及机器人 的操作执行、程序编写、参数配置以及监控等操作。而一般有线示教器体积大， 含电缆重量大约数公斤之重，并且电缆时刻需要和控制柜连接，操作员的操作 空间受限，且需要长时间把持较重的示教器，使得操作费力。
2)安全性差：有线示教器连接是通过控制线接入配电箱，控制线与地面长 期的相互摩擦，会造成控制线磨损、短路等问题，多台机器人同时工作，多条 控制线容易交织，更易发生缠绕问题，影响机器人调试工作效率。
3)专机专用限制高：目前有线示教的机器大多都是专机专用，示教器A只 能和控制柜A连，稍好一些的则是同型号可通用。这样如果操作不同型号的机 器人控制柜，需要多个示教器，不同示教器上的按键逻辑也都不一，对操作人 员的难度加大。
而且在大部分示教器中，示教工业机器人需要专业的编程语言，操作门槛 较高，即使是专业技术人员，也需一定时间才能学习掌握，如果是编程技术薄 弱的、0基础的操作工，更是无法触碰。因此，每当一个新的场景、新的生产线 诞生，就需要专业的技术人员驻场示教。这样使得工厂、企业的自动化生产战 线拉长，对提供方的技术人员人数要求很高。双方无法进一步降本增效。
现今有线示教的几大缺点，其一对操作工的程序编写功底资深，需要一定 的专业性；其二纯代码展示让校准精教时检索工作量大；其三有线示教器本身 笨重不易携带，部分恶劣场景下，对操作工身体有害，且无法专心示教。其四 专机专人专用，通用性欠缺。
发明内容
根据以上技术问题，本发明提供一种通过移动端无线控制低代码示教机器 人运动的方法，其具体操作方法为：
一、建立无线通讯；
Ⅰ、通过手持示教器登录控制系统；
Ⅱ、连接wifi，确保控制器与手持示教器在同一网关下，连接控制器IP， 根据工业协议标准读取机器人控制器信息的应用层；应用层也使用安全保护完 成通讯建立；
Ⅲ、连接控制器后，对其上，使手持示教器可以通过对控制器控制，进而 控制机器人；
二、进行积木编程
在手持示教器上进行积木编程，通过图形化编程、拖拽示教应用在机器人 示教编程中。
所述建立无线通讯采用Web实时通讯方案，HTML5提供了在单个TCP连接上 进行全双工通信的协议WebSocket,实现了浏览器与服务器之间的实时通信；浏 览器与服务器完成一次握手后即建立持久性的连接，数据可以双向传输；
WebSocket协议基于TCP协议，在握手阶段使用HTTP协议传输数据，在双向连 接建立之后，则基于WebSocket协议发送数据，减少了不必要的HTTP头部数据， 数据格式轻量、性能开销小，支持传输文本和二进制数据。由于协议是全双工 的，服务器可以随时主动给客户端发送数据，降低了通信延迟，具有更强的实 时性。
所述手持示教器为无线移动设备。
所述建立无线通讯采用异步通讯技术方案，从功能上通信部分主要可以分 为两大类，分别是(1)调用运动控制函数，对机器人进行移动控制、速度设置 等；(2)请求机器人状态数据，包括实时获得机器人位姿信息、运行状态等；基 于以上两类功能。
所述建立无线通讯基于Promise、事件监听两种异步编程方案实现了两种通 信模型；1)RPC(RemoteProcedureCall)；2)发布/订阅者模式；
为了通信节点能够理解传输的数据进行正确的进行解析，对通信过程中传 输的数据格式进行统一约定，发布订阅数据格式如下表所示，type定义消息的 功能，topicName值为主题名，content为数据内容；
RPC调用数据格式如下表所示，type定义消息的功能，method为要调用的 方法名，params为方法的参数，id用来唯一标识请求；
所述积木编程采用图形化编程语言基于Blockly开源工具库来实现， Blockly是一个开发可视化编程语言并提供编辑器的JavaScript库，采用拼接 在一起的可视化块来编写代码，能够翻译成JavaScript、Python、PHP、Lua、 Dart等语言，其提供了自定义工具，基于自定义工具，能够设计自己的图形化 编程语言并定制翻译规则；Blockly中以模块block为单元，作为独立的组件结 构，block可以表示单个程序指令，也可以对多个指令进行封装，进行重复利用， Blockly中自带了预定义块，包括一些数学函数以及循环结构；也可以对块进 行自定义，自定义块具有两种方式，一种是使用JSON对象，JSON是跨平台的，通过JSON格式定义的模块可以在Web、Android、IOS多个平台上通用。
本发明的有益效果为：本发明无线移动设备进行示教，一个轻薄的平板电脑， 即可连接完成示教，无需电缆，在一定区域内可以随时随地示教，不再局限于 地理的界限。本发明采用无线示教，没有控制线与地面长期的相互摩擦，将彻 底避免线磨损、短路等问题，更不会有多台机器连线缠绕等问题。信息安全上， 采用了云存储，权限加密，文件不需要本地保存，U盘上传下载，也避免了文件 丢失、泄露等安全性问题。本发明建立了无线通讯模式，通过账号密码，IP绑 定等操作，即可完成与大部分控制柜连接，避免了笨重示教器与控制柜一对一 连接的繁琐。如果需要切换控制柜，只需平板屏幕上按步骤操作即可，实现一对多监控与操作。
本发明采用积木编程方式，通过积木编程的方式替代原先代码编程，通过 积木的拖拉拽拼接以及填空，实现原先代码编程中的逻辑编排与参数设置，通 过图形化编程、拖拽示教应用在机器人示教编程中，降低编程门槛、提供了更 加简单便捷的编程体验。“好比使用电脑时，从DOS的机器命令语句，转变为 Windows的图形化界面。”在APP编程界面里，通过把各种条件判断、逻辑判断、 循环重复语句，转换成通用的图形化应用工艺包，如阵列、重复、逻辑判断等。 用户只要拖拽积木图形就可组成行动轨迹指令，只要积木的“缺口”、“形状” 能对应上，逻辑上就不会有问题。普通工人、甚至“小孩”都可以熟练掌握， 真正实现0基础编程门槛。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为发明示教页面。
图3为发明示教页面。
图4为发明示教页面。
图5为发明示教页面。
图6为发明示教页面。
图7为发明示教页面。
具体实施方式
实施例1
本发明具体使用方法为：
一、建立无线通讯；
Ⅰ、通过无线移动设备登录控制系统；
Ⅱ、连接wifi，确保控制器与无线移动设备在同一网关下，连接控制器IP， 根据工业协议标准读取机器人控制器信息的应用层；应用层也使用安全保护完 成通讯建立；
Ⅲ、连接控制器后，对其上，使无线移动设备可以通过对控制器控制，进 而控制机器人；
二、进行积木编程
在无线移动设备上进行积木编程，通过图形化编程、拖拽示教应用在机器 人示教编程中。
所述建立无线通讯采用Web实时通讯方案，HTML5提供了在单个TCP连接上 进行全双工通信的协议WebSocket,实现了浏览器与服务器之间的实时通信；浏 览器与服务器完成一次握手后即建立持久性的连接，数据可以双向传输；
WebSocket协议基于TCP协议，在握手阶段使用HTTP协议传输数据，在双向连 接建立之后，则基于WebSocket协议发送数据，减少了不必要的HTTP头部数据， 数据格式轻量、性能开销小，支持传输文本和二进制数据。由于协议是全双工 的，服务器可以随时主动给客户端发送数据，降低了通信延迟，具有更强的实 时性。
所述建立无线通讯采用异步通讯技术方案，从功能上通信部分主要可以分 为两大类，分别是(1)调用运动控制函数，对机器人进行移动控制、速度设置 等；(2)请求机器人状态数据，包括实时获得机器人位姿信息、运行状态等；基 于以上两类功能。
所述建立无线通讯基于Promise、事件监听两种异步编程方案实现了两种通 信模型；1)RPC(RemoteProcedureCall)；2)发布/订阅者模式；
为了通信节点能够理解传输的数据进行正确的进行解析，对通信过程中传 输的数据格式进行统一约定，发布订阅数据格式如下表所示，type定义消息的 功能，topicName值为主题名，content为数据内容；
RPC调用数据格式如下表所示，type定义消息的功能，method为要调用的 方法名，params为方法的参数，id用来唯一标识请求；
所述积木编程采用图形化编程语言基于Blockly开源工具库来实现， Blockly是一个开发可视化编程语言并提供编辑器的JavaScript库，采用拼接 在一起的可视化块来编写代码，能够翻译成JavaScript、Python、PHP、Lua、 Dart等语言，其提供了自定义工具，基于自定义工具，能够设计自己的图形化 编程语言并定制翻译规则；Blockly中以模块block为单元，作为独立的组件结 构，block可以表示单个程序指令，也可以对多个指令进行封装，进行重复利用， Blockly中自带了预定义块，包括一些数学函数以及循环结构；也可以对块进 行自定义，自定义块具有两种方式，一种是使用JSON对象，JSON是跨平台的，通过JSON格式定义的模块可以在Web、Android、IOS多个平台上通用。
实施例2
本发明的实施装置包括手持示教器、机器人控制器、输出输入模块、示教 按钮和示教指示灯，所述示教按钮和示教指示灯均电连接在输出输入模块上， 所述输出输入模块和机器人控制器通信连接，所述机器人控制器和手持示教器 通过无线通信连接。手持示教器为平板电脑。示教器可以为微软的Windows操 作系统或IOS操作系统。建立通讯步骤如下：
Ⅰ、通过PAD登录用户账号密码。
Ⅱ、连接wifi，确保控制器与移动设备在同一网关下。连接控制器IP，根据工 业协议标准读取机器人控制器信息的应用层；应用层也使用安全保护完成通讯 建立。
Ⅲ、连接控制器后，对其上电、使能
3、进行积木编程
图形化指令模块定义了四种基本数据类型以及两种复杂数据类型。基本数据类型分别是整数型Int，浮点数型Float,布尔型Bool,以及字符串类型String。
图形化指令按模块分类，分别为移动、I/O、控制、计算、子程序、变量
移动：直线运动、关节运动、圆弧运动、关节绝对运动等【图3】
I/O：获取模拟输入、获取数字输入信号、获取模拟输出信号、获取数字输出信 号、设置模拟输出信号、设置数字输出信号、信号仿真设置模拟输入信号、信 号仿真设置数字输入信号、设置DI/AI信号仿真开关等【图4】
控制：重复、等待、IF语句、判断语句、条件语句、循环语句等【图5】
计算：加减乘除、平方开方、正弦余弦函数、随机数等【图6】
子程序：子线程、引用、长度引用、输出引用等【图7】
变量：用户的自定义变量
图形化示教程序的编辑使用到Blockly提供的编辑器，操作包括了图形指令块 编辑以及图形模块内部嵌套参数编辑。编辑操作的实现均可通过拖拽和右键菜 单来实现，包括了(1)新建模块，从左侧模块库中拖拽现有模块至右侧工作区 生成新模块。(2)删除模块，可以通过拖拽至垃圾桶图标删除模块，也可以右 键菜单删除模块。(3)复制模块，可通过Ctrl C/Ctrl V快捷键进行复制粘贴， 也可以通过右键菜单复制模块。(4)模块移动操作，包括改变位置，与其他模块 进行嵌套，直接进行拖拽即可。
最后，Blockly图形程序以XML格式文本进行存储，XML是一种可扩展的标记 语言，采用标记对来描述数据，作为统一通用格式可以在不同系统之间交换
实施例2
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本发明 提到的各个部件为现有领域常见技术，本行业的技术人员应该了解，本发明不 受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理， 在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利 要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种通过移动端无线控制低代码示教机器人运动的方法，其具体操作方法为：
一、建立无线通讯；
Ⅰ、通过手持示教器登录控制系统；
Ⅱ、连接wifi，确保控制器与手持示教器在同一网关下，连接控制器IP，根据工业协议标准读取机器人控制器信息的应用层；应用层也使用安全保护完成通讯建立；
Ⅲ、连接控制器后，对其上，使手持示教器可以通过对控制器控制，进而控制机器人；
二、进行积木编程
在手持示教器上进行积木编程，通过图形化编程、拖拽示教应用在机器人示教编程中。
2.按照权利要求1所述的一种通过移动端无线控制低代码示教机器人运动的方法，其特征在于所述建立无线通讯采用Web实时通讯方案，HTML5提供了在单个TCP连接上进行全双工通信的协议WebSocket,实现了浏览器与服务器之间的实时通信；浏览器与服务器完成一次握手后即建立持久性的连接，数据可以双向传输；WebSocket协议基于TCP协议，在握手阶段使用HTTP协议传输数据，在双向连接建立之后，则基于WebSocket协议发送数据，减少了不必要的HTTP头部数据，支持传输文本和二进制数据。
3.按照权利要求1所述的一种通过移动端无线控制低代码示教机器人运动的方法，其特征在于所述手持示教器为无线移动设备。
4.按照权利要求1所述的一种通过移动端无线控制低代码示教机器人运动的方法，其特征在于所述建立无线通讯采用异步通讯技术方案，从功能上通信部分主要可以分为两大类，分别是(1)调用运动控制函数，对机器人进行移动控制、速度设置；(2)请求机器人状态数据，包括实时获得机器人位姿信息、运行状态。
5.按照权利要求1所述的一种通过移动端无线控制低代码示教机器人运动的方法，其特征在于所述建立无线通讯基于Promise、事件监听两种异步编程方案实现了两种通信模型；1)RPC(RemoteProcedureCall)；2)发布/订阅者模式；
为了通信节点能够理解传输的数据进行正确的进行解析，对通信过程中传输的数据格式进行统一约定，发布订阅数据格式如下表所示，type定义消息的功能，topicName值为主题名，content为数据内容；
RPC调用数据格式如下表所示，type定义消息的功能，method为要调用的方法名，params为方法的参数，id用来唯一标识请求；
6.按照权利要求1所述的一种通过移动端无线控制低代码示教机器人运动的方法，其特征在于所述积木编程采用图形化编程语言基于Blockly开源工具库来实现，Blockly是一个开发可视化编程语言并提供编辑器的JavaScript库，采用拼接在一起的可视化块来编写代码，能够翻译成JavaScript、Python、PHP、Lua、Dart语言，其提供了自定义工具，基于自定义工具，能够设计自己的图形化编程语言并定制翻译规则；Blockly中以模块block为单元，作为独立的组件结构，block可以表示单个程序指令，也可以对多个指令进行封装，进行重复利用，Blockly中自带了预定义块，包括一些数学函数以及循环结构；也可以对块进行自定义，自定义块具有两种方式，一种是使用JSON对象，JSON是跨平台的，通过JSON格式定义的模块可以在Web、Android、IOS多个平台上通用。
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