CN115816499A - 一种快速激活机器人抓手总线模块的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，包括控制装置，所述机器人通过交换机与控制装置相通讯交互连接；所述工具快换装置通过交换机与控制装置相通讯连接，同时工具快换装置与抓手相对接；所述电池组与总线通讯模块连；所述总线通讯模块通过交换机与控制装置相通讯交互连接；电池组和总线通讯模块安装于抓手的背面上，且抓手的背面上连接有与工具快换装置匹配的连接快换件。本发明能实现快速切换的目的，从而提高工作效率。

Description

一种快速激活机器人抓手总线模块的方法

技术领域

本发明涉及一种快速激活机器人抓手总线模块的方法。

背景技术

随着现代化各行各业的快速发展，对于将工厂打造成智能化，柔性化切换设备的需求越来越多；其中各个行业对于机器人自动化柔性化生产的需求也越来越高，由于机器人的易用性、智能化水平高、生产效率及安全性高、易于管理且经济效益显著等特点被大量的应用。传统的工业机器人是基于预定的作业任务设计的，其固定构造显示出很大的局限性，大多数机器人在自动化生产过程中只能完成一种操作。在实际生产过程中，一个产品需要经过多道复杂工序，每个工位的机器人负责单一的工作，企业需要配置多台机器人才能完成整个工艺过程，这样的自动化生产线对机器人的数量要求较多，占用工作空间较大，企业的生产制造成本大幅增加。因此，流水线式的机器人作业在小批量生产、产品不便于移动、工作空间有限等情况下并不适用，反而单台机器人实现多种操作任务的方案更加可行。

目前市场上针对机器人工具抓手的控制方式有两种，一种是通过切换装置把抓手上的控制线路全部接到固定端的通讯模块上然后再连接到控制器上。另一种是把通讯模块安装在抓手上，抓手上的控制线路直接连接在模块上，模块再通过切换装置把电源和网络连接到控制器上。但前者对于切换装置要求比较高，对于复杂的抓手切换装置的要求就更高了，选择的切换装置就受价格和控制的影响。也未必能满足控制需求。相对于前者后者的方法兼容性就比较广泛，对于切换装置的要求也比较低，唯一不足的就是更换抓手的时候，重新激活模块的时间短则5-6秒，长则十几秒。严重影响机器人的生产效率，针对此问题发明一种方法实现快速激活通讯模块的方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种快速激活机器人抓手总线模块的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，包括

控制装置，用于控制不同机器人的运行；

机器人，实现不同的运行，所述机器人通过交换机与控制装置相通讯交互连接；

工具快换装置，实现单台工业机器人使用多种或多个执行工具的柔性连接设备，所述工具快换装置通过交换机与控制装置相通讯连接，同时工具快换装置与抓手相对接；

电池组，实现对总线通讯模块的供电，所述电池组与总线通讯模块连；

总线通讯模块，实现控制装置对抓手进行逻辑的控制，所述总线通讯模块通过交换机与控制装置相通讯交互连接；

若干不同功能的抓手，电池组和总线通讯模块安装于抓手的背面上，且抓手的背面上连接有与工具快换装置匹配的连接快换件；

当机器人与抓手分离时，电池组通过自身的电池给总线通讯模块供电来保持该抓手始终处于通电状态，使该抓手与机器人可以实现快速通讯连接。

优选地，所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，所述总线通讯模块与控制装置之间快速通讯方式：

1、系统工程建立：导入设备的GSD文件，导入后需对GSD文件中定义的模块/子模块进行组态，以将其映射为实际系统并将其分配到槽/子槽中；此外，每个不同的总线通讯模块都要被分配一个逻辑名称，该逻辑名称应指引设备在系统中的功能或安装位置，并且在地址解析期间被用来分配IP地址；

2、将系统信息下载到控制装置：完成系统工程后，将系统数据下载到控制装置中，这样控制装置就获得寻址设备和数据交换所需的全部信息；

3系统启动前的地址解析：在与一个带有总线通讯模块的抓手进行数据交互前，通常控制装置必须在系统启动前为该总线通讯模块分配一个IP地址；

4、系统启动：控制装置在启动/重启后，总是根据组态数据来开始系统启动；

5、数据交换：系统启动成功完成后，控制装置和总线通讯模块交换过程数据、报警和非周期数据。

优选地，所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，所述逻辑名称分配总数使用DCP协议，DCP协议默认集成在每个PROFINET设备中。

优选地，所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，系统启动是指自动化系统在“上电”或“复位”后的启动/重启；在相同子网内的IP地址使用默认集成在每个PROFINET现场设备中的DCP协议进行分配，如果现场设备和控制装置在不同的子网中，则由单独的DHCP服务器提供地址解析。

优选地，所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，在系统启动期间，控制装置建立应用关系和通信关系。

优选地，所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，所述DCP协议用作名称/地址解析的基础，可以用来读写设备编址所需的参数，并向现场设备中写入数据，且只能在子网中使用。

优选地，所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，逻辑名称的分配，由于许多相同设备类型的设备可能被安装在同一个系统中，必要为现场设备分配一个系统特定的名称，该名称必须在系统启动前通过工程工具写入设备，在系统启动前它将被控制装置用于名称和地址解析，设备名称必须记忆性地保存在现场设备中。

优选地，所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，所述地址解析，控制装置发出逻辑名称服务询问IP地址是否存在于系统中，控制装置向所有节点发送一个广播呼叫，仅具有指定IP地址的节点做出应答。该呼叫通过地址解析协议超时进行时间监视，确保同一个IP地址不会被分配两次。

优选地，所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，所述电池组采用若干锂电池组成。

优选地，所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，电池组包括电池输入模块、电池输出模块以及通讯模块，通讯模块为独立于电池供电的模块。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明结合了通讯激活原理与供电原理相结合的方式，实现了总线通讯模块的快速连接激活，实现单台工业机器人使用多种或多个执行工具的柔性设备，使在生产作业过程中，机器人可以根据指令要求松开当前的执行工具，锁紧下一道工序所需要的工具盘及末端执行工具，在数秒内完成执行工具的快速更换，增加机器人生产线的柔性制造和机器人的使用率，提高生产效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的逻辑名称分配的流程图；

图3是本发明的电池组的结构示意图；

图4是本发明的机器人工具抓手连接状态的结构示意图；

图5是本发明的机器人工具抓手断开状态的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或竖直，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例

如图1、图2和图3所示，一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，包括控制装置1，用于控制不同机器人的运行；

机器人3，实现不同的运行，所述机器人3通过交换机2与控制装置1相通讯交互连接；

工具快换装置4，实现单台工业机器人使用多种或多个执行工具的柔性连接设备，所述工具快换装置4通过交换机2与控制装置1相通讯连接，同时工具快换装置4与抓手相对接；

电池组5，实现对总线通讯模块6的供电，所述电池组5与总线通讯模块6连；

总线通讯模块6，实现控制装置对抓手进行逻辑的控制，所述总线通讯模块6通过交换机2与控制装置1相通讯交互连接；

若干不同功能的抓手7，电池组5和总线通讯模块6安装于抓手7的背面上，且抓手的背面上连接有与工具快换装置4匹配的连接快换件；

当机器人与抓手分离时，电池组通过自身的电池给总线通讯模块供电来保持该抓手始终处于通电状态，使该抓手与机器人可以实现快速通讯连接。

控制装置为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器，可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行。可编程控制器由CPU、指令及数据内存、输入/输出接口、电源、数字模拟转换等功能单元组成。早期的可编程逻辑控制器只有逻辑控制的功能，所以被命名为可编程逻辑控制器，后来随着不断地发展，这些当初功能简单的计算机模块已经有了包括逻辑控制、时序控制、模拟控制、多机通信等各类功能。

机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。机器人控制技术的主要任务是控制工业机器人再工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。其系统具有编程简单、软件菜单操作友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。

工具快换装置是实现单台工业机器人使用多种或多个执行工具的柔性设备，一个主侧可以与多个工具侧配合使用，在生产作业过程中，机器人可以根据指令要求松开当前的执行工具，锁紧下一道工序所需要的工具盘及末端执行工具，在数秒内完成执行工具的快速更换，增加机器人生产线的柔性制造和机器人的使用率。广泛应用于点焊焊钳、端拾器、抓手、冲裁钳、激光器、毛刺清理工具、视觉器、超声焊枪等末端工具的快速切换

电池包是由多个电池组组成，构成一个单一的物理模块，提供更高的电压和容量的。其主要作用是是存储高电压并在需要时执行放电操作，供驱动和电器使用。

总线通讯模块用于电源或者数据通过分流转换，可以输出多条电流或者数据信号的设备，可以简化线缆的布局，增加数据传输、地址传输、控制传输等功能。

本发明中所述总线通讯模块与控制装置之间快速通讯方式：

1、系统工程建立：导入设备的GSD文件，导入后需对GSD文件中定义的模块/子模块进行组态，以将其映射为实际系统并将其分配到槽/子槽中；此外，每个不同的总线通讯模块都要被分配一个逻辑名称，该逻辑名称应指引设备在系统中的功能或安装位置，并且在地址解析期间被用来分配IP地址，所述逻辑名称分配总数使用DCP协议，DCP协议默认集成在每个PROFINET设备中；

2、将系统信息下载到控制装置：完成系统工程后，将系统数据下载到控制装置中，这样控制装置就获得寻址设备和数据交换所需的全部信息；

3系统启动前的地址解析：在与一个带有总线通讯模块的抓手进行数据交互前，通常控制装置必须在系统启动前为该总线通讯模块分配一个IP地址，系统启动是指自动化系统在“上电”或“复位”后的启动/重启；在相同子网内的IP地址使用默认集成在每个PROFINET现场设备中的DCP协议进行分配，如果现场设备和控制装置在不同的子网中，则由单独的DHCP服务器提供地址解析；

4、系统启动：控制装置在启动/重启后，总是根据组态数据来开始系统启动，在系统启动期间，控制装置建立应用关系和通信关系，如有必要则组态并参数化过程级IO；

5、数据交换：系统启动成功完成后，控制装置和总线通讯模块交换过程数据、报警和非周期数据。

本发明中所述DCP协议用作名称/地址解析的基础，可以用来读写设备编址所需的参数，并向现场设备中写入数据，且只能在子网中使用。

标识(Identify)请求->寻找一个特定的名称

带有特定Frame_ID的多播服务，发送给现场设备来读取设备的标识信息，现场设备名称分配主要与“DCPIdentify.req”的两个功能有关：①询问哪些参数已经包含在设备中，以便执行有选择性的分配名称；②搜索一个特定的名称，防止重复编址；如果以名称长度为0的条件进行名称搜索，所有未分配名称的设备都必须应答，如果呼叫包含一个特定的名称，则只有具有该名称的设备给出应答。

标识(Identify)响应->寻找一个特定的名称

“DCPIdentify.res”帧是实时帧，Ethertype为0x8892，在“DCPIdentify.res”中，控制器接收到指示设备满足哪些选项的应答，这些信息在“DCPIdentify.Response”数据字段中。

设置(Set)请求->将名称或IP地址写入设备。

本发明中逻辑名称的分配，由于许多相同设备类型的设备可能被安装在同一个系统中，必要为现场设备分配一个系统特定的名称，该名称必须在系统启动前通过工程工具写入设备，在系统启动前它将被控制装置用于名称和地址解析，设备名称必须记忆性地保存在现场设备中。

所述地址解析，控制装置发出逻辑名称服务询问IP地址是否存在于系统中，控制装置向所有节点发送一个广播呼叫，仅具有指定IP地址的节点做出应答。该呼叫通过地址解析协议超时进行时间监视，确保同一个IP地址不会被分配两次。

本发明中所述电池组采用若干锂电池组成，其中，电池组包括电池输入模块、电池输出模块以及通讯模块，通讯模块为独立于电池供电的模块。

当工具抓手在次跟工具快换装置接通时，总线通讯模块需要接通电源，总线模块内部的系统才能让控制系统进行其寻址，控制器建立应用关系(AR)和通信关系(CR)如有必要则组态并参数化过程级IO，实现都工具抓手的总线模块进行控制。

实施例一

在上述实施例的基础上，

如图4和图5所示，

A—机器人

B—机器人侧快换盘

C—工具侧快换盘

D—工具抓手

E—电池及管理模块

F—总线通讯模块

电池组和总线通讯模块都是安装在抓手上，这样可以实现对抓手始终处于通电的状态，从而当再次使用此抓手时可以实现通讯模块的快速连接，直接对抓手进行控制动作，实现生产的高效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，其特征在于：包括

控制装置(1)，用于控制不同机器人的运行；

机器人(3)，实现不同的运行，所述机器人(3)通过交换机(2)与控制装置(1)相通讯交互连接；

工具快换装置(4)，实现单台工业机器人使用多种或多个执行工具的柔性连接设备，所述工具快换装置(4)通过交换机(2)与控制装置(1)相通讯连接，同时工具快换装置(4)与抓手相对接；

电池组(5)，实现对总线通讯模块(6)的供电，所述电池组(5)与总线通讯模块(6)连；

总线通讯模块(6)，实现控制装置对抓手进行逻辑的控制，所述总线通讯模块(6)通过交换机(2)与控制装置(1)相通讯交互连接；

若干不同功能的抓手(7)，电池组(5)和总线通讯模块(6)安装于抓手(7)的背面上，且抓手的背面上连接有与工具快换装置(4)匹配的连接快换件；

当机器人与抓手分离时，电池组通过自身的电池给总线通讯模块供电来保持该抓手始终处于通电状态，使该抓手与机器人可以实现快速通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，其特征在于：所述总线通讯模块与控制装置之间快速通讯方式：

1、系统工程建立：导入设备的GSD文件，导入后需对GSD文件中定义的模块/子模块进行组态，以将其映射为实际系统并将其分配到槽/子槽中；此外，每个不同的总线通讯模块都要被分配一个逻辑名称，该逻辑名称应指引设备在系统中的功能或安装位置，并且在地址解析期间被用来分配IP地址；

2、将系统信息下载到控制装置：完成系统工程后，将系统数据下载到控制装置中，这样控制装置就获得寻址设备和数据交换所需的全部信息；

3系统启动前的地址解析：在与一个带有总线通讯模块的抓手进行数据交互前，通常控制装置必须在系统启动前为该总线通讯模块分配一个IP地址；

4、系统启动：控制装置在启动/重启后，总是根据组态数据来开始系统启动；

5、数据交换：系统启动成功完成后，控制装置和总线通讯模块交换过程数据、报警和非周期数据。

3.根据权利要求2所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，其特征在于：所述逻辑名称分配总数使用DCP协议，DCP协议默认集成在每个PROFINET设备中。

4.根据权利要求2所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，其特征在于：系统启动是指自动化系统在“上电”或“复位”后的启动/重启；在相同子网内的IP地址使用默认集成在每个PROFINET现场设备中的DCP协议进行分配，如果现场设备和控制装置在不同的子网中，则由单独的DHCP服务器提供地址解析。

5.根据权利要求2所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，其特征在于：在系统启动期间，控制装置建立应用关系和通信关系。

6.根据权利要求3所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，其特征在于：所述DCP协议用作名称/地址解析的基础，可以用来读写设备编址所需的参数，并向现场设备中写入数据，且只能在子网中使用。

7.根据权利要求2所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，其特征在于：逻辑名称的分配，由于许多相同设备类型的设备可能被安装在同一个系统中，必要为现场设备分配一个系统特定的名称，该名称必须在系统启动前通过工程工具写入设备，在系统启动前它将被控制装置用于名称和地址解析，设备名称必须记忆性地保存在现场设备中。

8.根据权利要求7所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，其特征在于：所述地址解析，控制装置发出逻辑名称服务询问IP地址是否存在于系统中，控制装置向所有节点发送一个广播呼叫，仅具有指定IP地址的节点做出应答。该呼叫通过地址解析协议超时进行时间监视，确保同一个IP地址不会被分配两次。

9.根据权利要求1所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，其特征在于：所述电池组采用若干锂电池组成。

10.根据权利要求1或9所述的一种快速激活机器人抓手总线模块的方法，其特征在于：电池组包括电池输入模块、电池输出模块以及通讯模块，通讯模块为独立于电池供电的模块。

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