CN117718951A - 基于不同机构类型的多轴机器人控制的人机界面平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于不同机构类型的多轴机器人控制的人机界面平台，包括监控识别模块，用于获取所有多轴机器人的特征信息，并对特征信息进行自动识别，确定每一个多轴机器人的机构类型，并将每一个多轴机器人的状态信息以文本或图像形式显示到所述页面显示模块的人机界面上；指令块生成模块，根据机构类型选择机械臂及非标轴编程中常用指令提取封装得到若干指令块，若干指令块均以指令块图标的形式显示在人机界面上以供用户编辑；编程模块，编程模块用于根据用户选择拖拽的指令块图标和在参数配置模块设定的基本参数形成机械臂及非标轴运行流程的图形化程序。

Description

基于不同机构类型的多轴机器人控制的人机界面平台

技术领域

本发明涉及人机界面控制技术领域，具体为基于不同机构类型的多轴机器人控制的人机界面平台。

背景技术

多轴机器人广泛应用于工业生产中，能按照设定的程序、轨迹和要求执行监控、抓取、搬运等工作。多轴工业机器人控制的人机界面是用于实现人与多轴工业机器人的信息交互，便于操作人员控制和调度机多轴工业机器人动作。

但现有的人机界面平台在实际使用时存在如下问题：

1.应用单一，无法适用于不同机构类型的多轴机器人进行控制，当应对不同机构类型的项目时，开发人员需要重复编写大量的特定代码，导致项目开发过程复杂且耗时。

2.编程界面复杂，在更改多轴工业机器人运行轨迹时需要具备较高编程能力的专业人员来操作，而且由于多轴工业机器人在运行时会有许多重复动作，在编程时需要多次编写相同的代码，重复编写容易导致出错率变高。

发明内容

为克服上述背景技术中现有的人机界面平台在实际使用时应用单一，无法适用于不同机构类型的多轴机器人进行控制，当应对不同机构类型的项目时，开发人员需要重复编写大量的特定代码，导致项目开发过程复杂且耗时。

编程界面复杂，在更改多轴工业机器人运行轨迹时需要具备较高编程能力的专业人员来操作，而且由于多轴工业机器人在运行时会有许多重复动作，在编程时需要多次编写相同的代码，重复编写容易导致出错率变高的缺点，本发明的目的在于提供基于不同机构类型的多轴机器人控制的人机界面平台。

为了达到以上目的，本发明采用如下的技术方案：用于不同类型多轴机器人控制的人机界面平台，包括分别与监控识别模块、数据处理模块连接的参数配置模块、通讯模块、编程模块、程序文件模块和页面显示模块；监控识别模块，用于获取所有多轴机器人的特征信息，并对所述特征信息进行自动识别，确定每一个多轴机器人的机构类型，并将每一个多轴机器人的状态信息以文本或图像形式显示到所述页面显示模块的人机界面上；参数配置模块,用于根据所述机构类型对每一个多轴机器人的机械臂及非标轴的基本参数进行设定；数据处理模块，用于处理通讯模块、参数配置模块、编程模块传输的数据，并将处理过程中的数据信息存储到所述程序文件模块中，将所述通讯模块、参数配置模块、编程模块的状态信息和处理结果信息以文本或图像形式显示到所述页面显示模块的人机界面上；通讯模块，用于建立所述监控识别模块与不同机构类型的多轴机器人的通讯连接以获取每个多轴机器人的特征数据信息；用于建立所述数据处理模块与机械臂、非标轴之间的通讯连接以获取机械臂、非标轴的位置坐标数据信息和运动状态数据信息；程序编辑模块，所述编程模块包括：指令块生成模块，根据所述机构类型选择机械臂及非标轴编程中常用指令提取封装得到若干指令块，若干所述指令块均以指令块图标的形式显示在所述人机界面上以供用户编辑；编程模块，所述编程模块根据用户选择拖拽的指令块图标和在参数配置模块设定的基本参数形成机械臂及非标轴运行流程的图形化程序。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过监控识别模块获取所有多轴机器人的特征信息，并对特征信息进行自动识别，确定每一个多轴机器人的机构类型，可以适用于不同机构类型的多轴机器人进行控制，应对不同机构类型的项目时，开发人员无需重复编写大量的特定代码，避免了导致项目开发过程复杂且耗时。通过通讯模块建立了与不同机构类型的多轴机器人的通讯连接，将不同机构类型的多轴机器人的机械臂、非标轴等机构结合为整体来控制，实现了机械臂与非标轴的同步通讯，提高了工作效率；通过编程模块封装的若干指令块能快速方便地实现了对多轴机器人的机械臂及非标轴的控制，降低了对操作人员编程能力的要求，简化了人机界面系统的操作。

在一些可能的实施方式中，人机界面包括首页界面、参数配置界面、编程界面；所述首页界面上设有指令交互接口，用于用户根据数据处理模块的结果信息向通讯模块发送执行指令；所述参数设定界面上设有参数交互接口用于用户对机械臂、非标轴的基本参数进行设定；所述编程界面上设有编程交互接口用于用户进行图形化编程。

在一些可能的实施方式中，所述指令块以树形图结构的形式划分为不同层级的执行级别，位于上层执行级别的指令块能通过逻辑互锁的形式与位于下层执行级别的指令块连接以构建直观逻辑关系。

在一些可能的实施方式中，所述指令块生成模块在每层执行级别中还设有供用户自行编写代码的自定义块，所述自定义块能以逻辑互锁形式与任一上层执行级别或下层执行级别的所述指令块/自定义块进行逻辑连接。

在一些可能的实施方式中，所述指令块图标按照不同的执行级别设置不同的颜色以便于用户区分。

在一些可能的实施方式中，若干个所述指令块包括但不限于控制指令块和通讯指令块。

在一些可能的实施方式中，还包括与所述数据处理模块连接的IO配置模块，所述IO配置模块用于配置多轴机器人的启动、急停、暂停、复位、使能、光幕输入端口和状态输出端口。

附图说明

图1为本发明实施例基于不同机构类型的多轴机器人控制的人机界面平台的系统结构示意图；

图2为本发明实施例急停指令块的结构示意图；

图3为本发明实施例暂停指令块的结构示意图；

图4为本发明实施例机器人使能(阻塞)指令块的结构示意图；

图5为本发明实施例机器人停止(阻塞)指令块的结构示意图；

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。

参见附图1所示，本实施例提供基于不同机构类型的多轴机器人控制的人机界面平台，采用Smart CLY编程平台，Smart-CLY的程序开发不局限任何一种操作系统，可在Windows，iOS，Android，Wince，Linux等系统中进行开发。实现手机、平板、电脑都可进行程序开发，只要系统带有浏览器便可在线进行开发无需安装任何软件，实现了跨平台的使用，Smart-CLY支持离线在线使用。Smart-CLY还支持各种平台的动态库调用如c++、Python、Labview、C#等等。

包括分别与监控识别模块、数据处理模块连接的参数配置模块、通讯模块、编程模块、程序文件模块和页面显示模块；

监控识别模块，用于获取所有多轴机器人的特征信息，并对特征信息进行自动识别，确定每一个多轴机器人的机构类型，并将每一个多轴机器人的状态信息以文本或图像形式显示到页面显示模块的人机界面上。机构类型包括3轴Scara、XYZ平台机和4轴Scara等等。特征信息包括但不限于IO信号和IO接口信息等。

参数配置模块,用于根据机构类型对每一个多轴机器人的机械臂及非标轴的基本参数进行设定。具体的，对机械臂的最大限制移动速度进行设定，防止速度过快，影响机器人正常工作；对机械臂能够移动的最大角度进行设定，防止撞机；对机械臂的零点坐标进行标定，确保机械臂的运动精度。非标轴的基本参数包括非标轴最大速度、非标轴角度限制、非标轴零点标定、非标轴方向、齿轮比(减速比)。当机械臂需要外接非标轴时，用户在参数交互接口上设定非标轴的基本参数，数据处理模块接收到这些非标轴的基本参数并将其保存为JSON格式的文件并进行数据筛选，通过通讯模块与对应的非标轴进行连接，以获取该非标轴的位置和需求，从而达到对非标轴的控制。

数据处理模块，用于处理通讯模块、参数配置模块、编程模块传输的数据，并将处理过程中的数据信息存储到程序文件模块中，将所述通讯模块、参数配置模块、编程模块的状态信息和处理结果信息以文本或图像形式显示到所述页面显示模块的人机界面上。人机界面包括首页界面、参数配置界面、编程界面；首页界面上设有指令交互接口，用于用户根据数据处理模块的结果信息向通讯模块发送执行指令；参数设定界面上设有参数交互接口用于用户对机械臂、非标轴的基本参数进行设定；编程界面上设有编程交互接口用于用户进行图形化编程。

通讯模块，用于建立监控识别模块与不同机构类型的多轴机器人的通讯连接以获取每个多轴机器人的特征数据信息；用于建立数据处理模块与机械臂、非标轴之间的通讯连接以获取机械臂、非标轴的位置坐标数据信息和运动状态数据信息。

程序编辑模块，程序编辑模块包括：

指令块生成模块，根据机构类型选择机械臂及非标轴编程中常用指令提取封装得到若干指令块，若干指令块均以指令块图标的形式显示在人机界面上以供用户编辑；特别的，指令块以树形图结构的形式划分为不同层级的执行级别，位于上层执行级别的指令块能通过逻辑互锁的形式与位于下层执行级别的指令块连接以构建直观逻辑关系。指令块生成模块在每层执行级别中还设有供用户自行编写代码的自定义块，自定义块能以逻辑互锁形式与任一上层执行级别或下层执行级别的所述指令块/自定义块进行逻辑连接。

编程模块，Smart CLY编程平台基于Blockly搭积木的方式用于根据用户选择拖拽的指令块图标和在参数配置模块设定的基本参数形成机械臂及非标轴运行流程的图形化程序。

Smart-CLY将工业协议、控制算法、应用工艺(锁螺丝、点胶、搬运码垛、组装测试)集成在软件模块中、包含了多轴的工业机器人控制模块，Smart-CLY也有传统的程序调试工具模块，如设置断点、单步调试显示数据的结果等，便于程序的调试。用户可以在Smart-CLY上开发属于自己的工艺模块，提升了用户自身的应用开发能力并且可以重复复用此模块。

Smart-CLY支持多轴插补，多线程运行，从而使得机器人自身及相互连接协作效率提升。Smart-CLY函数库包含了大量的协议以及控制指令，通过EtherCat总线控制逻辑并实时采集数据，实时性能可达到500us-2ms，这种对关键部分的转移进一步增强了Smart-CLY的灵活性能。Smart-CLY也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。Smart-CLY有相应机构类型的选择配置，只需要配置相应机型的硬件参数即可，系统自动完成相应机构的运动学方程.系统也可独立运用于数据采集。

Smart-CLY函数库包含数据采集、串口控制、数据分析、TCP控制、Modbus主从站、MQTT物联网协议、CAD解析、JSON解析、数据存储、机器人控制以及集成化的工艺包等等，使集成应用变得简便。

通过监控识别模块获取所有多轴机器人的特征信息，并对特征信息进行自动识别，确定每一个多轴机器人的机构类型，可以适用于不同机构类型的多轴机器人进行控制，应对不同机构类型的项目时，开发人员无需重复编写大量的特定代码，避免了导致项目开发过程复杂且耗时。通过通讯模块建立了与不同机构类型的多轴机器人的通讯连接，将不同机构类型的多轴机器人的机械臂、非标轴等机构结合为整体来控制，实现了机械臂与非标轴的同步通讯，提高了工作效率；通过编程模块封装的若干指令块能快速方便地实现了对多轴机器人的机械臂及非标轴的控制，降低了对操作人员编程能力的要求，简化了人机界面系统的操作。

在上述实施例的基础上，若干个指令块包括但不限于控制指令块和通讯指令块。

控制指令块包括：

急停指令，用于急停程序，触发后需要复位程序，重新启动程序；参见附图2所示，急停指令编程的输入槽口包括减速时间和停止运行的时间。

暂停指令，用于暂停程序，触发后程序暂停，重新启动程序，继续程序的运行；参见附图3所示，暂停指令编程的输入槽口包括减速时间和停止运行的时间。

机器人使能(阻塞)指令，用于控制机器人的使能打开或关闭，当值为【真】时，打开使能，可在界面上控制机器人的移动；当值为【假】时，机器人断开使能，可手动移动机器人，界面控制机械臂面板无法控制移动；参见附图4所示，机器人使能(阻塞)指令编程的第一输入槽口包括布尔值的数据、指令或表达式，第二输入槽口包括数值的数据、指令或表达式。

机器人停止(阻塞)指令，使机器人在这段【输入槽口1】时间内停下，机械臂在运动过程中如果需要停止时必须使用停止，不能使用使能，否则断开使能如果没有保护的状况下会飞车；例如光栅触发或者其他保护机制触发，就需要使机械手停止运动；参见附图5所示，机器人停止(阻塞)指令编程的输入槽口包括机器人运动时停下的时间、接收类型为数据、表达式或指令。

非标轴使能(阻塞)指令，用于控制机器人的使能打开或关闭，当值为【真】时，打开使能，可在界面上控制机器人的移动；当值为【假】时，机器人断开使能，可手动移动机器人，界面控制机械臂面板无法控制移动；非标轴使能(阻塞)指令编程的输入槽口包括布尔值的数据、表达式或指令。

非标轴使能(阻塞)指令，使机器人在这段【输入槽口1】时间内停下，机械臂在运动过程中如果需要停止时必须使用停止，不能使用使能，否则断开使能如果没有保护的状况下会飞车；例如光栅触发或者其他保护机制触发，就需要使机械手停止运动；非标轴使能(阻塞)指令编程的输入槽口包括数值的数据、表达式或指令。

通讯指令包括：

从站0x线圈设置指令，用于控制和监测远程设备的二进制状态。【0x线圈】是一种用于表示二进制状态(开/关或真/假)的数据类型。每个【0x线圈】都有一个唯一的地址，可以通过Modbus协议读取和写入其状态；从站0x线圈设置指令编程的输入槽口包括每个【0x线圈】都有一个唯一的地址，通常用一个整数表示。地址从0开始，因此第一个线圈的地址是0，第二个是1，依此类推。

1x离散线圈设置指令，用于表示离散的二进制状态。与【0x线圈】不同，【1x离散线圈】通常用于表示开关状态、报警状态、故障状态等，而不是直接控制设备。；1x离散线圈设置指令编程的输入槽口包括每个【1x离散线圈】也有一个唯一的地址，用整数表示。从1开始，因此第一个离散线圈的地址是1，第二个是2，以此类推；

3x输入寄存器设置指令，用于存储和传输16位二进制数据的数据类型，通常用于表示模拟量数据，如传感器测量值、计数器读数等。【3x输入寄存器】不支持直接写入；3x输入寄存器设置指令编程包括每个【3x输入寄存器】也有一个唯一的地址，用整数表示。这些地址从0开始，因此第一个输入寄存器的地址是0，第二个是1，依此类推。

指令块主要包括基本动作指令块、定时指令块、变量设置指令块、条件判断指令块、循环指令块、函数调用指令块，逻辑指令块、数学指令块、文本指令块、数组指令块、时间指令块、数据指令块、变量指令块，点位指令块、CAD指令块、封装指令块、任务指令块、控制指令块、系统指令块、视觉指令块、通讯指令块和文件指令块，其按树形图结构能划分为不同层级的执行级别，位于上层执行级别的功能块能通过逻辑互锁的形式与位于下层执行级别的功能块连接以构建直观逻辑关系。所述程序存储子模块在每层执行级别中还设有供用户自行编写代码的自定义块，自定义块能以逻辑互锁形式与任一上层执行级别或下层执行级别的所述功能块/自定义块进行连接。通过逻辑互锁的形式避免了同层执行级别的功能块的连接，降低了编程出错率。

在上述实施例的基础上，通讯模块用以与机械臂、非标轴进行通讯，其包括底层接口。底层接口通过websocket通讯协议进行机械臂、非标轴的工控机与所述信息处理模块的通讯连接，即用网线连接PC端与机械臂及非标轴的工控机，然后打开任意浏览器，在浏览器中输入设置好的工控机的IP地址，以此实现信息处理模块与机械臂、非标轴的通讯，这种通讯方式连接简单，通讯实时性强，而且在底层接口上预设与非标轴的通讯连接口，在机械臂需要外接非标轴时，只需将非标轴与机械臂的工控机连接即可快速建立起信息处理模块与非标轴的通讯连接，实现非标轴与机械臂的同步通讯，提高工作效率。

在上述实施例的基础上，底层接口的通讯层采用Ethercat通讯协议以建立机械臂、非标轴与工控机之间的通讯。底层接口的调用层采用lua语言解析脚本解析所述信息处理模块发送的执行指令并进行算法层、工艺层之间的调度。工艺层包括机械臂、非标轴的所有基本工艺(如点到点、直线、圆弧等工艺)，所述算法层以所述工艺层中的基本工艺为基础制定机械臂算法、运动学、动力学、非标轴插值算法及连续轨迹算法等算法。通过底层接口的设置实现了机械臂、非标轴工控机与信息处理模块的通讯连接，便于信息处理模块接收机械臂、非标轴的实时坐标信息及动作信息，同时能将指令交互接口的执行指令传输给机械臂、非标轴的工控机以控制机械臂、非标轴动作。

在编程交互接口中，为了便于查看不同执行级别的功能块及自定义块，对每一层级的功能块图标设置特定的颜色，不同层级的功能块图标颜色不同。

编程交互接口包括了用以显示若干个功能块的功能块列表、用以图形化编程的编程区，使用时，用户只需在功能块列表中选择需要的功能块并将其拖拽至编程区进行参数设置即可。例如，在功能块列表中选择拖拽变量功能块至编程区内，在编程区内即可对变量进行命名、赋值等操作。

在上述实施例的基础上，还包括与数据处理模块连接的IO配置模块，所述IO配置模块用于配置多轴机器人的启动、急停、暂停、复位、使能、光幕输入端口和状态输出端口。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.基于不同机构类型的多轴机器人控制的人机界面平台，其特征在于，包括分别与监控识别模块、数据处理模块连接的参数配置模块、通讯模块、编程模块、程序文件模块和页面显示模块；

监控识别模块，用于获取所有多轴机器人的特征信息，并对所述特征信息进行自动识别，确定每一个多轴机器人的机构类型，并将每一个多轴机器人的状态信息以文本或图像形式显示到所述页面显示模块的人机界面上；

参数配置模块,用于根据所述机构类型对每一个多轴机器人的机械臂及非标轴的基本参数进行设定；

数据处理模块，用于处理通讯模块、参数配置模块、编程模块传输的数据，并将处理过程中的数据信息存储到所述程序文件模块中，将所述通讯模块、参数配置模块、编程模块的状态信息和处理结果信息以文本或图像形式显示到所述页面显示模块的人机界面上；

通讯模块，用于建立所述监控识别模块与不同机构类型的多轴机器人的通讯连接以获取每个多轴机器人的特征数据信息；用于建立所述数据处理模块与机械臂、非标轴之间的通讯连接以获取机械臂、非标轴的位置坐标数据信息和运动状态数据信息；

程序编辑模块，所述程序编辑模块包括：

指令块生成模块，根据所述机构类型选择机械臂及非标轴编程中常用指令提取封装得到若干指令块，若干所述指令块均以指令块图标的形式显示在所述人机界面上以供用户编辑；

编程模块，所述编程模块根据用户选择拖拽的指令块图标和在参数配置模块设定的基本参数形成机械臂及非标轴运行流程的图形化程序。

2.根据权利要求1所述的人机界面平台，其特征在于，所述人机界面包括首页界面、参数配置界面、编程界面；所述首页界面上设有指令交互接口，用于用户根据数据处理模块的结果信息向通讯模块发送执行指令；所述参数设定界面上设有参数交互接口用于用户对机械臂、非标轴的基本参数进行设定；所述编程界面上设有编程交互接口用于用户进行图形化编程。

3.根据权利要求1所述的人机界面平台，其特征在于，所述指令块以树形图结构的形式划分为不同层级的执行级别，位于上层执行级别的指令块能通过逻辑互锁的形式与位于下层执行级别的指令块连接以构建直观逻辑关系。

4.根据权利要求3所述的人机界面平台，其特征在于，所述指令块生成模块在每层执行级别中还设有供用户自行编写代码的自定义块，所述自定义块能以逻辑互锁形式与任一上层执行级别或下层执行级别的所述指令块/自定义块进行逻辑连接。

5.根据权利要求4所述的人机界面平台，其特征在于，所述指令块图标按照不同的执行级别设置不同的颜色以便于用户区分。

6.根据权利要求1所述的人机界面平台，其特征在于，若干个所述指令块包括但不限于控制指令块和通讯指令块和文件指令指令块。

7.根据权利要求1所述的人机界面平台，其特征在于，还包括与所述数据处理模块连接的IO配置模块，所述IO配置模块用于配置多轴机器人的启动、急停、暂停、复位、使能、光幕输入端口和状态输出端口。