CN114770525B - 表面清理机器人控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面清理机器人控制系统及其控制方法，控制系统包括表面清理机器人本体、表面清理装置、协同控制系统和交互终端设备，协同控制系统通过IO子模块与表面清理机器人本体进行数据连接；协同控制系统同时与表面清理装置进行数据连接；交互终端设备，用于向协同控制系统发送第一控制指令；协同控制系统中的协处理控制子系统，用于第一控制指令，并进行数据解析、数据拆分、数据处理后分别传送给表面清理机器人本体和表面清理装置，并在协处理控制子系统的协同控制下对不同清理对象执行不同的表面清理操作。本发明可提升表面清理机器人适用范围和智能程度，提高表面清理机器人的可适性和便利性。

Description

表面清理机器人控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于表面清理装备技术领域，尤其涉及一种表面清理机器人控制系统及其控制方法。

背景技术

将工业多轴机器人与表面清理装备有机结合，形成表面清理机器人装备，由机器人的关节带动射流喷头，具备空间自由运动能力，因而可以清理更为复杂的对象（如发动机、底盘、框架等）。

在使用机器人与高压水射流表面清理装备进行组合作业时，需要事先将被清理对象表面轨迹进行编程示教给机器人，该程序被存储至机器人本体的控制系统中。在搬运、码垛等机器人常规应用领域，由于工作对象较单一，重复度较高，机器人可以按照预先程序的设定进行周期性工作。然而，表面清理领域的机器人面临的工作对象种类众多，且不同对象要求的射流压力参数各不相同，对机器人程序切换的灵活性要求更高，且机器人与表面清理装备两者需要进行联动控制。机器人本体控制系统和表面清理装备的控制系统都相对封闭，难以应对复杂多变的工作要求，如何改进现有的控制方法与控制装置，以提高表面清理机器人的智能程度，成为本领域所面临的技术难题。

现有的大部分水射流智能机器人虽然均配置控制系统，但其控制装置主要用于采集机器人所有位姿状态信息，并直接控制机器人本体的移动和手腕的姿态，实质上是机器人本体控制系统，很少有提及协同控制系统的情形。另外，现有的部分水射流智能机器人主要用于建筑物破拆工作，而建筑物大小、高度均不相同，无法进行程序的设定与固化，需要根据现场的实际情况手动操作，其机器人本体的控制系统也不可能通过存储不同种类的清理程序实现不同对象的清理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种可针对不同的清理对象进行表面清理程序优化的表面清理机器人控制系统及其控制方法，以提升表面清理机器人适用范围和智能程度，降低表面清理机器人的使用门槛，大大提高表面清理机器人的可适性和操作便利性。

针对现有技术中表面清理机器人本体的控制系统相对封闭，只适合比较固定流程的应用场景，无法直接面对表面清理作业中工作对象不固定、需要与表面清理装备联动调节射流压力参数等技术问题，本发明提出的技术方案为一种表面清理机器人控制系统，包括表面清理机器人本体、表面清理装置、协同控制系统和交互终端设备，所述协同控制系统通过IO子模块与所述表面清理机器人本体进行数据连接；所述协同控制系统同时与所述表面清理装置进行数据连接；所述协同控制系统包括协处理控制子系统和针对不同清理对象进行不同表面清理的表面清理程序数据库；

所述交互终端设备，用于向所述协同控制系统发送第一控制指令；

所述协同控制系统中的协处理控制子系统，用于接收所述交互终端设备发送的第一控制指令，并进行数据解析、数据拆分、数据处理后分别传送给表面清理机器人本体和表面清理装置；所述数据处理包括根据对所述第一控制指令进行数据解析、数据拆分后的结果调用所述表面清理程序数据库进行搜索比对，并转化为表面清理机器人本体和/或表面清理装置各自所需的数据，以用于控制表面清理机器人本体（表面清理程序数据库一般存储的是清理对象本身、清理对象各个表面的字符串代号及其对应的数字索引，数字索引用于计算表面清理程序模块编号）；

所述表面清理机器人本体和表面清理装置，在所述协处理控制子系统的协同控制下对不同清理对象执行不同的表面清理操作。

一般的表面清理设备（特别是高压水射流清理装备）中射流喷头位置固定不变，这导致表面清理装备的清理对象多限于钢板、钢带等规则表面。将上述本发明的表面清理机器人与表面清理配套装备有机结合，形成表面清理机器人智能控制装备，由机器人的关节带动射流喷头，具备空间自由运动能力，因而可以更加高效、方便地清理各类复杂的作业对像。另外，本发明的表面清理机器人主要用于不同类型金属结构件的清理，因此，被清理的物件外观与大小均能事先确定，进而实现清理程序固化在机器人本体控制系统中，因此，本发明的协同控制系统通过设置针对不同清理对象进行不同表面清理的表面清理程序数据库，数据库用于搜索定位相应的清理程序，并根据程序控制高压喷头的位置与姿态，清理动作均自动完成，无需也无法干预运动，进而实现自动化清理。

上述的表面清理机器人控制系统，优选的，所述清理程序数据库中包含适用于不同清理对象的多个表面清理程序子数据库，所述表面清理机器人本体的机器人本体控制子系统中存储有针对不同清理对象的不同清理表面的多个表面清理程序模块，每个表面清理程序模块具有唯一数字编号；其中每个表面清理程序子数据库包含有对应于同一清理对象中不同表面的名称及其数字索引，所述数字索引用于计算对应的表面清理程序模块的编号。

更优选的，所述数字索引与表面清理程序模块的对应关系为：m = obj×2ⁿ + f

其中：m是表面清理程序模块的数字编号，该表面清理程序模块用于完成obj对应的对象的m表面的清理工作，obj的数值是特定清理对象在清理程序数据库中的数字索引，f的数值为该obj对应对象的m表面在表面清理程序子数据库中的数字索引，n代表obj的权重，例如f的编码宽度位宽为4时，n即取4。

上述的表面清理机器人控制系统，优选的，所述交互终端设备包括移动终端设备或清理对象采集识别装置；

当所述交互终端设备为一清理对象采集识别装置时，所述清理对象采集识别装置根据识别的清理对象向所述协同控制系统发送第一控制指令；

当所述交互终端设备为一移动终端设备（可以是运行Android、IOS系统的手机或者平板）时，所述协同控制系统还包括一云端处理子系统（可以是处于公网的云端计算机）；

所述云端处理子系统：用于接收来自移动终端设备的身份验证请求和第一控制指令，身份验证请求获得通过后将所述第一控制指令发送至所述协处理控制子系统，同时接收来自所述协处理控制子系统的执行结果反馈信息并发送至所述的移动终端设备。

使用本发明的移动终端设备可远程控制表面清理机器人进行清理作业，降低了人工现场值守的时长，改善了人员工作条件。通过基于移动终端设备对表面清理机器人进行控制，能实现表面清理机器人的远程操作，更方便控制人员操控，不受时间和地域的限制。

上述的表面清理机器人控制系统，优选的，所述移动终端设备包含第一数据处理模块和第一通讯模块；所述第一数据处理模块包含表面清理程序选择模块、清理表面编辑模块和压力设定模块；

所述表面清理程序选择模块：用于针对不同清理对象选择数据输入；

所述清理表面编辑模块：用于针对同一清理对象的不同清理表面进行选择、组合或排序的数据输入；

所述压力设定模块：用于针对不同清理对象或不同清理表面进行高压水射流压力参数的数据输入；

所述第一通讯模块：用于将所述第一数据处理模块形成的数据输入打包作为第一控制指令发送至所述云端处理子系统，同时接收来自所述云端处理子系统的执行结果反馈信息并显示在移动终端设备上。

基于上述优选的技术方案，移动终端设备可装有定制开发的APP作为控制软件，用于产生清理对象的选择指令、产生喷头射流压力参数调节指令以及对被清理对象的不同表面进行自由组合和排序编辑指令，前述某一指令或指令集合可通过云端子系统向协处理控制子系统分发，最终到达机器人本体控制子系统和表面清理控制子系统两个子系统。

上述的表面清理机器人控制系统，优选的，所述表面清理机器人本体包括机器人本体控制子系统和机器人持射流喷头；所述机器人本体控制子系统是工业机器人的电气控制单元，主要包含本体控制处理模块、存储模块、IO采集模块和伺服电机模块；

所述IO采集模块：用于采集所述IO子模块发送的第二控制指令；

存储模块：用于存储表面清理程序模块；

所述本体控制处理模块：用于扫描所述IO采集模块获得的第二控制指令，并根据获得的第二控制指令调用对应的表面清理程序模块来驱动伺服电机模块以驱动机器人持射流喷头进行清理作业。

上述的表面清理机器人控制系统，优选的，所述协处理控制子系统（可以是计算机或嵌入式控制器）包括第二数据处理模块（例如中央处理器CPU）、数据存储模块（例如静态存储器SRAM、只读存储器ROM）、第二通讯模块（含网络接口）和RS485总线接口；

第二通讯模块：用于接收所述交互终端设备通过云端处理子系统发送的第一控制指令；

第二数据处理模块：用于将接收的第一控制指令翻译成表面清理程序模块编号和射流压力数值，并通过RS485总线接口与所述IO子模块和表面清理装置进行双向数据传输；

数据存储模块：用于存储接收的第一控制指令和执行结果反馈信息。

上述的表面清理机器人控制系统，优选的，所述IO子模块包含IO控制子系统，所述IO控制子系统包含具有RS485总线接口的多路继电器输出模块，所述IO控制子系统的操作协议为MODBUS；

所述IO控制子系统同时控制多个继电器输出并与所述表面清理机器人本体的IO采集模块进行双向数据传输，以发送控制表面清理机器人执行动作的第二控制指令。

上述的表面清理机器人控制系统，优选的，所述表面清理装置包括表面清理控制子系统，所述表面清理控制子系统包括通断模块、压力调节模块和RS485总线模块；

所述RS485总线模块：用于与所述协处理控制子系统进行数据双向传输；

所述通断模块：用于根据协处理控制子系统在数据处理后发送的设备启停数据信息实现表面清理装置的通断；

所述压力调节模块：用于根据协处理控制子系统在数据处理后发送的压力参数设定信息调节喷头射流压力大小。表面清理控制子系统是表面清理装备的电气控制单元，一般由可编程逻辑控制器（PLC）及其扩展模块组成。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种应用于上述表面清理机器人控制系统的控制方法，包含以下步骤：

S1：通过一交互终端设备向所述协同控制系统发送控制请求，经协同控制系统身份比对及鉴定后获得表面清理机器人的控制权限；

S2：在所述交互终端设备的操作界面显示出不同清理对象的列表目录，选择进入列表目录中某一清理对象的子目录；

S3：在某一清理对象的子目录下进入不同清理表面的列表目录及压力设定选项，如果不进行操作直接跳过则选择默认清理程序，如果对不同清理表面的列表目录进行选择、顺序编辑、压力参数设定，则表示使用自定义清理程序，随后形成第一控制指令（包含默认清理程序或自定义清理程序）；

S4：通过交互终端设备将所述第一控制指令进行数据打包和协议封装并发送到协同控制系统；

S5：所述协同控制系统将接收的数据包进行数据解析、数据拆分、数据处理，得到表面清理机器人可执行的第二控制指令（表面清理程序模块编号）和喷头射流控制信息（包括设备启停数据信息和压力参数设定信息）；

S6：所述协同控制系统将所述第二控制指令按照MODBUS协议封装并传送给所述IO子模块，将所述喷头射流控制信息以自由协议封装并传送给所述表面清理装置；

S7：所述IO子模块通过控制继电器实现第二控制指令对应的二进制数值（高低电平）并传输给表面清理机器人本体；所述表面清理装置解析其获得的喷头射流控制信息以实现启停或喷头射流压力的参数调节，并将执行结果反馈给协同控制系统；

S8：所述表面清理机器人本体的机器人本体控制子系统扫描其IO采集模块，获得第二控制指令对应的电平，并根据电平计算需要执行的表面清理程序模块的编号，据此进行机器人清理作业，并将执行结果反馈给协同控制系统；

S9：所述协同控制系统将所接收的执行结果反馈信息传输给交互终端设备，交互终端设备根据其接收的执行结果反馈信息决定后续操作。

上述的控制方法，优选的，所述步骤S5中：

数据解析是对所述第一控制指令中的各个字段进行解析，确认控制码字段有效且指令的校验正确后接受当前的控制指令，否则丢弃指令并返回错误；

数据拆分是对所述第一控制指令的数据域进行完整提取和区分，形成字符串；所述数据域的内容为“funnel01: funnel01_left,45, funnel01_front,47, funnel01_right,47, funnel01_back,45,”含义是当前选择的清理对象是名为funnel01的料斗，选择的表面清理的顺序为“左、前、右、后”，各表面清理所需射流压力为“45，47，47，45”MPa，则拆分结果为funnel01、funnel01_left、funnel01_front、funnel01_right、funnel01_back、45，47，47，45这些字符串；

数据处理是指将所述数据拆分后形成的字符串与表面清理程序数据库中字段进行比对，获得字符串对应数字索引，并转化为表面清理机器人本体和表面清理装置各自所需的数据；例如将funnel01、funnel01_left、funnel01_front、funnel01_right、funnel01_back字符串与表面清理程序数据库中字段进行比对，获得字符串对应数字索引，而提取的45，47，47，45直接转化为射流压力参数数值。

上述的控制方法，优选的，所述步骤S2中，通过一清理对象采集识别装置识别清理对象和初始摆放方位与所述表面清理机器人本体当前默认清理程序进行比较，比较不一致时进入列表目录中被识别出的清理对象的子目录，并对不同清理表面的列表目录进行选择、顺序编辑、压力参数设定；比较一致时则表示在步骤S3中无需进行任何操作并进入步骤S4。

上述的控制方法，优选的，所述步骤S3中对不同清理表面的列表目录进行选择、顺序编辑时，控制位于初始位置的清理表面是当前正对表面清理机器人本体的那一面（一般优选清理表面的清理顺序是由表面清理机器人本体连贯完成，连贯完成包含顺时针连贯完成动作或逆时针连贯完成动作）；所述步骤S3中对不同清理表面的压力参数设定时，控制射流压力参数不高于表面清理装置的最高压力。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：本发明的表面清理机器人控制系统可以针对不同的清理对象进行表面清理程序的选择切换，甚至实时切换、远程切换，而且优选的方案中还可对被清理对象的待清理表面进行自由组合、排序，设定射流压力参数等多种不同控制模式，提升了表面清理机器人适用范围和智能程度，降低了表面清理机器人的使用门槛，大大提高了表面清理机器人的可适性和操作便利性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中基于移动终端设备的表面清理机器人控制系统的结构示意图。

图2为本发明实施例3中控制方法的控制流程简图。

图3为本发明实施例4中控制方法的控制流程简图。

图4为本发明实施例1中移动终端APP模块结构图。

图5为本发明实施例1中机器人本体控制子系统中数据模块组成及数据流向图。

图例说明：

1——表面清理机器人本体；2——表面清理装置；3——IO子模块；4——协处理控制子系统；5——移动终端设备；6——云端处理子系统。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种如图1所示本发明的表面清理机器人控制系统，包括表面清理机器人本体1、表面清理装置2、协同控制系统和交互终端设备，协同控制系统通过IO子模块3与表面清理机器人本体1进行数据双向连接；协同控制系统同时与表面清理装置2进行数据双向连接；协同控制系统包括协处理控制子系统4和针对不同清理对象进行不同表面清理的表面清理程序数据库；

本实施例中的交互终端设备，用于向协同控制系统发送第一控制指令。该交互终端设备可以是一移动终端设备5或清理对象采集识别装置；当所述交互终端设备为一清理对象采集识别装置时，其可安装在表面清理机器人本体1工作区域，清理对象采集识别装置可自动识别清理对象并向协同控制系统发送第一控制指令。但本实施例图1中示出了交互终端设备优选为一移动终端设备5的情形，此时的协同控制系统还包括一云端处理子系统6；云端处理子系统6用于接收来自移动终端设备5的身份验证请求和第一控制指令，身份验证请求获得通过后将第一控制指令发送至协处理控制子系统4，同时接收来自协处理控制子系统4的执行结果反馈信息并发送至移动终端设备5。

本实施例的协处理控制子系统4，用于接收自移动终端设备5发送的第一控制指令，并进行数据解析、数据拆分、数据处理后分别传送给表面清理机器人本体1和表面清理装置2；其中，数据处理是根据对第一控制指令进行数据解析、数据拆分后的结果调用所述表面清理程序数据库进行搜索比对，并转化为表面清理机器人本体1和表面清理装置2各自所需的数据，以用于控制表面清理机器人本体1。

本实施例的协处理控制子系统4包括第二数据处理模块、数据存储模块、第二通讯模块和RS485总线接口；

第二通讯模块：用于接收移动终端设备5通过云端处理子系统6发送的（或清理对象采集识别装置发送的）第一控制指令；

第二数据处理模块：用于将接收的第一控制指令翻译成表面清理程序模块编号和射流压力数值，并通过RS485总线接口与IO子模块3和表面清理装置2进行双向数据传输；

数据存储模块：用于存储接收的第一控制指令和执行结果反馈信息。

本实施例的表面清理机器人控制系统中，表面清理装置2包括表面清理控制子系统，表面清理控制子系统是表面清理装置2的电气控制部分，主要由可编程逻辑控制器及其扩展模块组成，表面清理控制子系统包括通断模块、压力调节模块和RS485总线模块；

RS485总线模块：用于与协处理控制子系统4进行数据双向传输；

通断模块：用于根据协处理控制子系统4在数据处理后发送的设备启停数据信息实现表面清理装置的通断、启停等；

压力调节模块：用于根据协处理控制子系统4在数据处理后发送的压力参数设定信息调节喷头射流压力大小。

本实施例的表面清理机器人本体1和表面清理装置2，均是在协处理控制子系统4的协同控制下对不同清理对象执行不同的表面清理操作。

本实施例的清理程序数据库中包含适用于不同清理对象的多个表面清理程序子数据库（例如某种发动机的表面清理程序子数据库、某种汽车外框架的表面清理程序子数据库、某种结构件的表面清理程序子数据库等），表面清理机器人本体1的机器人本体控制子系统中存储有针对不同清理对象的不同清理表面的多个表面清理程序模块，每个表面清理程序模块具有唯一数字编号；其中每个表面清理程序子数据库包含有对应于同一清理对象中不同表面的名称及其数字索引，数字索引用于计算对应的清理程序模块的编号；表面清理程序子数据库用于索引同一清理对象多个清理表面的多个表面清理程序模块（例如对于一个汽车外框架的表面清理程序模块集合，可由前表面清理程序模块、后表面清理程序模块、左侧面清理程序模块、右侧面清理程序模块组成）。

本实施例中上述的数字索引与表面清理程序模块的对应关系为：m = obj×2ⁿ +f，其中m是表面清理程序模块的数字编号，该表面清理程序模块用于完成obj对应的对象的m表面的清理工作，obj的数值是特定清理对象在清理程序数据库中的数字索引，f的数值为该obj对应对象的m表面在表面清理程序子数据库中的数字索引，n代表obj的权重。

本实施例的表面清理机器人控制系统，移动终端设备5中包含第一数据处理模块和第一通讯模块；第一数据处理模块包含表面清理程序选择模块、清理表面编辑模块和压力设定模块（参见图4）；

表面清理程序选择模块：用于针对不同清理对象选择数据输入；

清理表面编辑模块：用于针对同一清理对象的不同清理表面进行选择、组合或排序的数据输入；

压力设定模块：用于针对不同清理对象或不同清理表面进行高压水射流压力参数的数据输入；

第一通讯模块：用于将第一数据处理模块形成的数据输入打包作为第一控制指令发送至云端处理子系统6，同时接收来自云端处理子系统6的执行结果反馈信息并显示在移动终端设备5上。

本实施例的表面清理机器人控制系统，表面清理机器人本体1包括机器人本体控制子系统和机器人持射流喷头；机器人本体控制子系统包括本体控制处理模块、存储模块、IO采集模块和伺服电机驱动模块（参见图5）；

IO采集模块：用于采集IO子模块3发送的第二控制指令（即IO高低电平状态）；

存储模块：用于存储表面清理程序模块；

本体控制处理模块：用于扫描IO采集模块获得的第二控制指令，并根据获得的第二控制指令调用对应的表面清理程序模块来控制伺服电机模块驱动机器人关节完成预定动作，使机器人持射流喷头进行清理作业。

本实施例的表面清理机器人控制系统中，IO子模块3包含IO控制子系统，IO控制子系统包含具有RS485总线接口的多路继电器输出模块，IO控制子系统的操作协议为MODBUS；IO控制子系统同时控制多个继电器输出并与表面清理机器人本体1的IO采集模块进行双向数据传输，以发送控制表面清理机器人执行动作的第二控制指令，同时将机器人程序执行情况反馈给协处理控制子系统4。

用户使用本发明中移动终端设备上开发的APP能实现机器人程序切换，对被清理表面组合、排序，更改清理作业中的射流压力等多种控制模式，完成这些控制指令的生成和封装，通过云端处理子系统6实现与表面清理机器人本体1和表面清理装置2的远程连接；云端处理子系统6是处于公网的计算机，该系统完成用户身份鉴定，用户控制指令向协处理控制子系统4的传送，并将表面清理机器人本体1的指令执行情况反馈给移动终端设备5，方便用户的进一步操作。

实施例2：

一种本发明的应用于实施例1中表面清理机器人控制系统的控制方法，包含以下步骤：

S1：通过移动终端设备5向协同控制系统发送控制请求（含登录请求），该请求被协同控制系统中的云端处理子系统6接收，云端将用户信息与身份数据库记录进行比对，对通过身份鉴定的移动终端设备5提供一条与协处理控制子系统4的通信链路，该移动终端设备5获得表面清理机器人的控制权限；对未授权的用户拒绝登录；

S2：登录后在移动终端设备5的操作界面显示出不同清理对象的图文列表目录，该目录的每个条目代表一种可以由表面清理机器人完成清理工作的一种对象，如某种发动机、某种汽车外框架、某种结构件等，选择进入图文列表目录中某一清理对象的子目录；

S3：在某一清理对象的子目录下进入不同清理表面的图文列表目录及压力设定选项，如对于一个汽车外框架的清理对象，该图文列表目录可以包括前表面、后表面、左侧面、右侧面四个条目组成，每个条目由多选框、压力调节设定选项组成，如果不进行操作直接跳过则表示选择默认清理程序，且对表面清理装置的射流压力参数不做更改；

若用户不想使用默认清理程序，可在特定清理对象的不同清理表面的图文列表目录下通过多选框的勾选完成需要清理的表面组合，这样可以滤除不要清理的部分表面来加快表面清理速度；通过对条目的上下拖动，可改变条目的排序，从而自定义不同表面的清理顺序，以便更好地应对该清理对象的初始摆放方位；通过压力调节可设定不同清理表面的射流压力，以更好的适应表面清理质量的要求；

通过上述选择和设定，形成第一控制指令；

S4：通过移动终端设备将上述的第一控制指令进行数据打包和协议封装并发送到云端处理子系统6，云端处理子系统6将封装后的数据包传到协处理控制子系统4；

S5：协处理控制子系统4将接收的数据包进行数据解析、数据拆分、数据处理，得到表面清理机器人可执行的第二控制指令（表面清理程序模块编号）和喷头射流控制信息（包括设备启停数据信息和压力参数设定信息）；

S6：协处理控制子系统4将第二控制指令（表面清理程序模块编号）按照MODBUS协议封装并传送给所述IO子模块3，将喷头射流控制信息以自由协议封装并传送给表面清理装置2；

S7：IO子模块3通过控制继电器实现第二控制指令对应的二进制数值（高低电平）并传输给表面清理机器人本体1；表面清理装置2解析其自由协议获得的喷头射流控制信息以实现启停或喷头射流压力的参数调节，将射流压力逐步加到设定数值后再将执行结果反馈给协处理控制子系统4；

S8：表面清理机器人本体1的机器人本体控制子系统扫描其IO采集模块，获得第二控制指令对应的电平，并根据电平计算需要执行的表面清理程序模块的编号，并据此执行相应的程序代码进行机器人清理作业，将执行结果反馈给协处理控制子系统4；

S9：协处理控制子系统4将所接收的执行结果反馈信息传输给移动终端设备5，移动终端设备5根据其接收的执行结果反馈信息可获知表面清理机器人是否处于忙碌状态并决定随后的操作。

上述实施例通过移动终端设备实现清理对象切换、清理表面组合、清理表面排序、修改射流压力等多种控制方式，这些方式可独立或组合使用，可实现表面清理机器人灵活切换清理程序适应不同的清理对象，因此不必刻意按照预定顺序进行被清理对象的就位，增强了机器人的灵活度，降低了现场的生产管理难度；对被清理对象的各个清理表面进行选择、组合后，还可过滤不需要清理的部分来提高清理速度；另外还可以对被清理对象的不同表面进行排序，对被清理对象的初始摆放方位的要求大大降低；针对不同材质、硬度的清理表面的射流压力进行实时调整，能更好地满足不同对象的表面清理质量要求，扩大了表面清理机器人适用范围。

实施例3：

一种本发明的应用于实施例1中表面清理机器人控制系统的控制方法，因表面清理机器人工位前摆放的清理对象与表面清理机器人当前默认对象程序不一致，因此使用移动终端设备进行机器人清理程序的切换，以实现该清理对象的清理，并使用缺省射流压力参数，其具体的控制方法如图2所示，包含以下步骤（部分与实施例2重复性操作有所省略或简化）：

S201：从移动终端设备5的APP输入身份信息并请求登录，该请求被云端处理子系统6接收并进行数据库比对，身份通过验证后可进入APP的可清理对象的图文列表目录界面，验证失败则不能进行后续操作；

S202：用户识别出当前摆放在表面清理机器人工位上的被清理对象，从S201所述可清理对象的图文列表目录界面进行该清理对象的选择和确认，并进入该清理对象的侧表面（该对象的所有表面）图文列表目录；

S203：保持S202所述侧表面图文列表目录的顺序不变，并确保没有进行侧表面的筛选，确保没有修改射流的参数并执行确认；

S204：移动终端设备5生成第一控制指令，该第一控制指令被APP传送到云端处理子系统6，云端再传送给协处理控制子系统4；

S205：协处理控制子系统4对收到的S204所述指令进行数据解析、数据拆分、数据处理，得到需要表面清理机器人执行的第二控制指令（表面清理程序模块编号）；

S206：协处理控制子系统4通知表面清理装置2开机，表面清理装置2开机成功且射流压力达到默认稳定状态后，将发送确认消息给协处理控制子系统4；

S207：协处理控制子系统4通过MODBUS协议操纵IO子模块3，将S205所述第二控制指令通过高低电平输出到IO子模块3的继电器组；

S208：表面清理机器人本体1扫描到IO子模块3传递的S205所述第二控制指令电平，根据电平计算需要执行的表面清理程序模块的编号并开始执行该程序模块。

实施例4：

一种本发明的应用于实施例1中表面清理机器人控制系统的控制方法，因清理对象的初始摆放方位与机器人默认清理程序不符，需要进行清理顺序重新定义，此时可使用移动终端设备对被清理对象的表面进行排序，同时使用新的射流压力参数，其具体的控制方法如图3所示，包含以下步骤（部分与实施例2重复性操作有所省略或简化）：

S301：用户根据当前摆放在表面清理机器人工位上的被清理对象，从可清理对象的图文列表目录界面进行选择和确认，并进入该清理对象的侧表面（该对象的所有表面）图文列表目录；

S302：按照清理对象当前的实际摆放方位，改变S301所述侧表面目录的顺序，保证排在起始位置的条目所代表的侧表面是当前实际正对表面清理机器人的那一面；

S303：在S302所述侧表面目录中，更改所需要的射流压力参数，确保最大不高于表面清理装置的最高压力（本实施例中设定为50Mpa），然后确认当前的侧表面清理顺序和压力设定；

S304：移动终端设备5的APP根据S303的确认，生成相应的第一控制指令包发送到云端处理子系统6，云端随之传送给协处理控制子系统4；

S305：协处理控制子系统4对收到S304的第一控制指令进行数据解析、数据拆分、数据处理，得到需要表面清理机器人执行的第二控制指令（表面清理程序模块编号）和所需要的射流压力参数信息；

S306：协处理控制子系统4通知表面清理装置2开机，并将S305所述射流压力参数信息下发，表面清理装置2开机成功且射流压力达到设定的新数值后将发送确认消息给协处理控制子系统4；

S307：协处理控制子系统4通过MODBUS协议操纵IO子模块3，将S305所述第二控制指令通过高低电平输出到IO子模块的继电器组；

S308：表面清理机器人本体1扫描到IO子模块3传递的S305所述的第二控制指令电平，根据电平计算需要执行的表面清理程序模块的编号并开始执行该程序模块。

Claims (13)

1.一种表面清理机器人控制系统，包括表面清理机器人本体（1）、表面清理装置（2）、协同控制系统和交互终端设备，其特征在于，所述协同控制系统通过IO子模块（3）与所述表面清理机器人本体（1）进行数据连接；所述协同控制系统同时与所述表面清理装置（2）进行数据连接；所述协同控制系统包括协处理控制子系统（4）和针对不同清理对象进行不同表面清理的表面清理程序数据库；

所述交互终端设备，用于向所述协同控制系统发送第一控制指令；

所述协同控制系统中的协处理控制子系统（4），用于接收所述交互终端设备发送的第一控制指令，并进行数据解析、数据拆分、数据处理后分别传送给表面清理机器人本体（1）和表面清理装置（2）；所述数据处理包括根据对所述第一控制指令进行数据解析、数据拆分后的结果调用所述表面清理程序数据库进行搜索比对，并转化为表面清理机器人本体（1）和/或表面清理装置（2）各自所需的数据，以用于控制表面清理机器人本体（1）；

所述表面清理机器人本体（1）和表面清理装置（2），在所述协处理控制子系统（4）的协同控制下对不同清理对象执行不同的表面清理操作。

2.根据权利要求1所述的表面清理机器人控制系统，其特征在于，所述清理程序数据库中包含适用于不同清理对象的多个表面清理程序子数据库，所述表面清理机器人本体（1）的机器人本体控制子系统中存储有针对不同清理对象的不同清理表面的多个表面清理程序模块，每个表面清理程序模块具有唯一数字编号；其中每个表面清理程序子数据库包含有对应于同一清理对象中不同表面的名称及其数字索引，所述数字索引用于计算对应的表面清理程序模块的编号。

3.根据权利要求2所述的表面清理机器人控制系统，其特征在于，所述数字索引与表面清理程序模块的对应关系为：

m = obj×2ⁿ + f

其中：m是表面清理程序模块的数字编号，该表面清理程序模块用于完成obj对应的对象的m表面的清理工作，obj的数值是特定清理对象在清理程序数据库中的数字索引，f的数值为该obj对应对象的m表面在表面清理程序子数据库中的数字索引，n代表obj的权重。

4.根据权利要求1、2或3所述的表面清理机器人控制系统，其特征在于，所述交互终端设备包括移动终端设备（5）或清理对象采集识别装置；

当所述交互终端设备为一清理对象采集识别装置时，所述清理对象采集识别装置根据识别的清理对象向所述协同控制系统发送第一控制指令；

当所述交互终端设备为一移动终端设备（5）时，所述协同控制系统还包括一云端处理子系统（6）；

所述云端处理子系统（6）：用于接收来自移动终端设备（5）的身份验证请求和第一控制指令，身份验证请求获得通过后将所述第一控制指令发送至所述协处理控制子系统（4），同时接收来自所述协处理控制子系统（4）的执行结果反馈信息并发送至所述的移动终端设备（5）。

5.根据权利要求4所述的表面清理机器人控制系统，其特征在于，所述移动终端设备（5）包含第一数据处理模块和第一通讯模块；所述第一数据处理模块包含表面清理程序选择模块、清理表面编辑模块和压力设定模块；

所述表面清理程序选择模块：用于针对不同清理对象选择数据输入；

所述清理表面编辑模块：用于针对同一清理对象的不同清理表面进行选择、组合或排序的数据输入；

所述压力设定模块：用于针对不同清理对象或不同清理表面进行高压水射流压力参数的数据输入；

所述第一通讯模块：用于将所述第一数据处理模块形成的数据输入打包作为第一控制指令发送至所述云端处理子系统（6），同时接收来自所述云端处理子系统（6）的执行结果反馈信息并显示在移动终端设备（5）上。

6.根据权利要求1、2或3所述的表面清理机器人控制系统，其特征在于，所述表面清理机器人本体（1）包括机器人本体控制子系统和机器人持射流喷头；所述机器人本体控制子系统包括本体控制处理模块、存储模块、IO采集模块和伺服电机模块；

所述IO采集模块：用于采集所述IO子模块（3）发送的第二控制指令；

存储模块：用于存储表面清理程序模块；

所述本体控制处理模块：用于扫描所述IO采集模块获得的第二控制指令，并根据获得的第二控制指令调用对应的表面清理程序模块来驱动伺服电机模块以驱动机器人持射流喷头进行清理作业。

7.根据权利要求1、2或3所述的表面清理机器人控制系统，其特征在于，所述协处理控制子系统（4）包括第二数据处理模块、数据存储模块、第二通讯模块和RS485总线接口；

第二通讯模块：用于接收所述交互终端设备通过云端处理子系统（6）发送的第一控制指令；

第二数据处理模块：用于将接收的第一控制指令翻译成表面清理程序模块编号和射流压力数值，并通过RS485总线接口与所述IO子模块（3）和表面清理装置（2）进行双向数据传输；

数据存储模块：用于存储接收的第一控制指令和执行结果反馈信息。

8.根据权利要求1、2或3所述的表面清理机器人控制系统，其特征在于，所述IO子模块（3）包含IO控制子系统，所述IO控制子系统包含具有RS485总线接口的多路继电器输出模块，所述IO控制子系统的操作协议为MODBUS；

所述IO控制子系统同时控制多个继电器输出并与所述表面清理机器人本体（1）的IO采集模块进行双向数据传输，以发送控制表面清理机器人执行动作的第二控制指令。

9.根据权利要求1、2或3所述的表面清理机器人控制系统，其特征在于，所述表面清理装置（2）包括表面清理控制子系统，所述表面清理控制子系统包括通断模块、压力调节模块和RS485总线模块；

所述RS485总线模块：用于与所述协处理控制子系统（4）进行数据双向传输；

所述通断模块：用于根据协处理控制子系统（4）在数据处理后发送的设备启停数据信息实现表面清理装置的通断；

所述压力调节模块：用于根据协处理控制子系统（4）在数据处理后发送的压力参数设定信息调节喷头射流压力大小。

10.一种应用于所述权利要求1～9中任一项所述的表面清理机器人控制系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

S1：通过一交互终端设备向所述协同控制系统发送控制请求，经协同控制系统身份比对及鉴定后获得表面清理机器人的控制权限；

S2：在所述交互终端设备的操作界面显示出不同清理对象的列表目录，选择进入列表目录中某一清理对象的子目录；

S3：在某一清理对象的子目录下进入不同清理表面的列表目录及压力设定选项，如果不进行操作直接跳过则选择默认清理程序，如果对不同清理表面的列表目录进行选择、顺序编辑、压力参数设定，则表示使用自定义清理程序，随后形成第一控制指令；

S4：通过交互终端设备将所述第一控制指令进行数据打包和协议封装并发送到协同控制系统；

S5：所述协同控制系统将接收的数据包进行数据解析、数据拆分、数据处理，得到表面清理机器人可执行的第二控制指令和喷头射流控制信息；

S6：所述协同控制系统将所述第二控制指令按照MODBUS协议封装并传送给所述IO子模块（3），将所述喷头射流控制信息以自由协议封装并传送给所述表面清理装置（2）；

S7：所述IO子模块（3）通过控制继电器实现第二控制指令对应的二进制数值并传输给表面清理机器人本体（1）；所述表面清理装置（2）解析其获得的喷头射流控制信息以实现启停或喷头射流压力的参数调节，并将执行结果反馈给协同控制系统；

S8：所述表面清理机器人本体（1）的机器人本体控制子系统扫描其IO采集模块，获得第二控制指令对应的电平，并根据电平计算需要执行的表面清理程序模块的编号，据此进行机器人清理作业，并将执行结果反馈给协同控制系统；

S9：所述协同控制系统将所接收的执行结果反馈信息传输给交互终端设备，交互终端设备根据其接收的执行结果反馈信息决定后续操作。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S5中：

数据解析是对所述第一控制指令中的各个字段进行解析，确认控制码字段有效且指令的校验正确后接受当前的控制指令，否则丢弃指令并返回错误；

数据拆分是对所述第一控制指令的数据域进行完整提取和区分，形成字符串；

所述数据域的内容为“funnel01: funnel01_left,45, funnel01_front,47,funnel01_right,47, funnel01_back,45,”含义是当前选择的清理对象是名为funnel01的料斗，选择的表面清理的顺序为“左、前、右、后”，各表面清理所需射流压力为“45，47，47，45”MPa，则拆分结果为funnel01、funnel01_left、funnel01_front、funnel01_right、funnel01_back、45，47，47，45这些字符串；

数据处理是指将所述数据拆分后形成的字符串与表面清理程序数据库中字段进行比对，获得字符串对应数字索引，并转化为表面清理机器人本体（1）和表面清理装置（2）各自所需的数据；

将funnel01、funnel01_left、funnel01_front、funnel01_right、funnel01_back字符串与表面清理程序数据库中字段进行比对，获得字符串对应数字索引，而提取的45，47，47，45直接转化为射流压力参数数值。

12.根据权利要求10或11所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过一清理对象采集识别装置识别清理对象和初始摆放方位与所述表面清理机器人本体（1）当前默认清理程序进行比较，比较不一致时进入列表目录中被识别出的清理对象的子目录，并对不同清理表面的列表目录进行选择、顺序编辑、压力参数设定；比较一致时则表示在步骤S3中无需进行任何操作并进入步骤S4。

13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中对不同清理表面的列表目录进行选择、顺序编辑时，控制位于初始位置的清理表面是当前正对表面清理机器人本体（1）的那一面；所述步骤S3中对不同清理表面的压力参数设定时，控制射流压力参数不高于表面清理装置（2）的最高压力。

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