CN208092493U - 工业机器人示教盒 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工业机器人示教盒，该示教盒包括：主控显示板，主控显示板作为主站，主控显示板包括一个中央处理器以及分别与中央处理器连接的UART口、CAN接口、Ethernet接口、USB接口、RTC接口、TOUCH接口和LCD接口，TOUCH接口连接有触摸屏，LCD接口连接有显示屏；按键扩展板，按键扩展板作为从站，按键扩展板通过串口连接于主控显示板，按键扩展板包括一个按键控制芯片以及分别与按键控制芯片连接的UART接口、多个按键和多个LED。采用本实用新型提供的适用于工业机器人的示教盒，通过设置矩阵键盘扩展按键，减少I/O口的占用，通过触摸屏和/或多个按键输入控制参数，对机器人进行示教。

Description

工业机器人示教盒

技术领域

本实用新型属于工控技术领域，更具体地，涉及一种工业机器人示教盒。

背景技术

示教盒是一个用来注册和存储机械运动或处理记忆的设备，该设备是由电子系统或计算机系统执行的，它可应用于涂覆机、点胶机等自动化设备中。现阶段的机器人多采用示教盒实现人机交互，通过示教盒预先设定机器人的动作轨迹和完成这些运动过程的先后顺序，之后机器人开始自动重复执行之前的操作。

但是由于自动化设备类型实在太多，往往每种设备需要定制的示教盒，无法通用，且工业机器人的操作复杂，需要多个控制参数，因此，本实用新型提供一种工业机器人示教盒。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对工业机器人的操作复杂，需要多个按键控制的问题，提供一种适用于工业机器人的示教盒，增强用户体验度。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种工业机器人示教盒，该示教盒包括：

主控显示板，所述主控显示板作为主站，所述主控显示板包括一个中央处理器以及分别与所述中央处理器连接的UART口、CAN接口、Ethernet接口、USB接口、RTC接口、TOUCH接口和LCD接口，所述TOUCH接口连接有触摸屏，所述LCD接口连接有显示屏；

按键扩展板，所述按键扩展板作为从站，所述按键扩展板通过串口连接于所述主控显示板，所述按键扩展板包括一个按键控制芯片以及分别与所述按键控制芯片连接的UART接口、多个按键和多个LED；

其中，

通过所述USB接口将程序下载到所述中央处理器；

通过所述触摸屏和/或所述多个按键输入控制参数，所述中央处理器依据所述控制参数生成控制信号，并通过CAN接口和/或Ethernet接口将所述控制信号发送至机器人本体控制器，对机器人进行示教；

所述显示屏实时显示控制参数。

优选地，所述UART口包括：

UART0口，所述UART0口为所述中央处理器的调试串口；

UART1口，所述中央处理器通过所述UART1口连接于所述按键控制芯片；

UART2口，所述UART2口为备用扩展口。

优选地，所述CAN接口为2个。

优选地，所述中央处理器为嵌入式处理器。

优选地，所述嵌入式处理器采用Cortex-A8芯片。

优选地，所述按键控制芯片为AVR单片机。

优选地，所述AVR单片机采用ATmega8芯片。

优选地，所述按键扩展板还设置有SPI接口。

优选地，还包括矩阵键盘，所述多个按键设置在所述矩阵键盘上。

优选地，所述矩阵键盘的行线连接于所述按键控制芯片的D0～D7，列线连接于所述按键控制芯片的B0～B1和C0～C5。

本实用新型的有益效果在于：

1、针对工业机器人操作复杂，需要多个按键控制而导致大量I/O口被占用的问题，通过设置按键扩展板来减少I/O口的占用；同时在主控显示板上通过TOUCH接口将触摸屏与中央处理器相连，使得通过触摸屏也能够输入控制参数，操作方式也更为简单、直观；

2、设置多个通信接口，通过触摸屏和/或多个按键输入控制参数后，中央处理器依据控制参数生成控制信号，并根据实际需要，通过CAN接口和/或Ethernet接口将控制信号发送至机器人本体控制器，以对机器人进行示教。

本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型的工业机器人示教盒的示意性结构图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本实用新型提供一种工业机器人示教盒，该示教盒包括：主控显示板，主控显示板作为主站，主控显示板包括一个中央处理器以及分别与中央处理器连接的UART口、CAN接口、Ethernet接口、USB接口、RTC接口、TOUCH接口和LCD接口，TOUCH接口连接有触摸屏，LCD接口连接有显示屏；按键扩展板，按键扩展板作为从站，按键扩展板通过串口连接于主控显示板，按键扩展板包括一个按键控制芯片以及分别与按键控制芯片连接的UART接口、多个按键和多个LED；其中，通过USB接口将程序下载到中央处理器；通过触摸屏和/或多个按键输入控制参数，中央处理器依据控制参数生成控制信号，并通过CAN接口和/或Ethernet接口将控制信号发送至机器人本体控制器，对机器人进行示教；显示屏实时显示控制参数。

USB用于离线编程时传递文件，TOUCH接口为触摸屏接口，以便于可以使用触摸屏进行示教控制；LCD接口连接有显示屏，用于显示控制参数；RTC为实时时钟，给后续电路提供稳定的时钟信号，用于维护系统时间。

作为优选方案，UART口包括：UART0口，UART0口为中央处理器的调试串口；UART1口，中央处理器通过UART1口连接于按键控制芯片；UART2口，UART2口为备用扩展口。

具体地，UART0作为中央处理器的调试串口；UART1用于何按键扩展板通信；UART2可复用为RS485接口。

作为优选方案，CAN接口为2个。

具体地，CAN总线协议已经成为嵌入式工业控制局域网的标准总线，设置两路CAN，CAN1用于连接于机器人本体控制器进行通信处理，CAN2用于备用扩展。

作为优选方案，主控显示板是示教盒主控程序运行的载体，主控显示板上中央处理器为嵌入式处理器。

作为优选方案，嵌入式处理器采用Cortex-A8芯片。

具体地，主控显示板以Cortex-A8作为核心，扩展了3路UART、2路CAN、Ethernet、USB、RTC、TOUCH、LCD等接口。

作为优选方案，按键控制芯片为AVR单片机，AVR单片机是增强型内置Flash的RISC精简指令集高速8位单片机，内部资源丰富，速度快。对于AVR系列单片机，可以使用汇编和C语言进行编程开发，在本申请中我们使用的是C语言进行编程开发。

作为优选方案，AVR单片机主要负责上层示教盒的键盘扫描等功能，其采用ATmega8芯片，ATmega8芯片是一款基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，其数据吞吐率高达1MIPS/MHz，此外，其内部集成了较大容量的存储器和丰富的硬件接口电路，并且在软件上能有效的支持C高级语言及汇编语言。

作为优选方案，按键扩展板还设置有SPI接口，SPI接口复用作为AVR单片机的下载接口。

作为优选方案，还包括矩阵键盘，多个按键设置在矩阵键盘上，通过设置矩阵键盘减少I/O口的占用。

具体地，AVR单片机系统所要完成的任务可以分成键盘扫描和串口通讯两部分，系统启动后首先执行初始化操作；完成了初始化，程序就进入了死循环阶段，进入循环后先查询按键状态，如果有按键被按下，则读取键值，如果没有则直接跳过；将键值存储起来，等待串口发送。

其中，初始化操作包括端口初始化、串口初始化和定时器初始化等工作，其中端口的初始化主要是初始化芯片各引脚的功能和输入输出方向。

单片机和Cortex-A8微处理器之间的通讯是通过串口进行的，将单片机的串口初始化波特率为19200bps，无奇偶校验位，1位停止位，8位数据位。并且开启串口接收中断，以便当串口接收到Cortex-A8微处理器端发送来的命令的时候，可以及时做出相应的反应。

由于在键盘扫描程序中需要用到定时器做软件上的防抖动处理，所以在初始化阶段要对定时器进行初始化，对时钟进行分频后，设置定时器每16ms溢出一次，并打开其溢出中断，以便在中断处理程序中进行防抖动的操作。

作为优选方案，矩阵键盘的行线连接于所述按键控制芯片的D0～D7，列线连接于所述按键控制芯片的B0～B1和C0～C5，在按键扩展板上直接扫描出按键键码和控制信号后通过串口传送给主控显示板进行相应的处理和响应措施。

单片机系统通过PB\PC\PD端口扩展了一个矩阵键盘，采用行列扫描的方式进行键盘扫描，首先在初始化时将所有的输出管脚都设置成高，然后在读取键值的程序中，逐一将输出管脚置低，即行扫描，同时依次读取输入管脚的状态，即列扫描，如果读到低状态，则说明处在当前的行列交叉位置的按键被按下了。

当一个按键按下和释放时，对应信号线电平的变化有一个不稳定期，即所谓“抖动”，这是因为多数开关的闭合和断开都有一个过程，并不是即刻实现的。在读取键盘状态时必须避开这个不稳定期，以免造成误判，因此我们需要利用定时器对延时前后得到扫描码的进行对比，实现软件去抖。

单片机和Cortex-A8微处理器之间的通讯是通过串口进行的，为了两者之间的通讯能够更加稳定可靠，特制定了一套通讯协议。通讯中，Cortex-A8始终作为主机，单片机作为从机，二者之间采用严格的“一问一答”式的通讯机制，单片机在收到Cortex-A8端发送来的命令帧时，立即触发中断，在中断服务程序里对命令进行解析，如果有数据反馈就返回相应的数据，如果无数据反馈，就只返回命令，单片机与Cortex-A8处理器通讯协议如表1所示。

表1

在该协议中，主要的功能有两种，分别为：

1、查询工作状态是否正常；

2、查询按键键值，单片机返回的数据项为1个字节，如果有按键被按下则返回相应的键值，如果没有，则返回0。

在上述通讯协议中，每一帧数据都包括以下几部分组成：

1、两字节的字头。用来表示协议帧的开始；

2、地址。表示区别接收设备，虽然目前总线上只有单片机一个接收设备，但是为了将来扩展方便，因此预留了这个设计；

3、数据长度。用来指示数据项的长度，单位是字节；

4、命令字。表示当前所发送的命令类型；

5、数据。单片机向Cortex-A8端返回的数据，不同的命令下，此项的字节数不同；

6、校验和。之前所有字节的累加，取最低字节作为校验和，用于接收方检查在传输过程中是否出现错误。

有了这套通讯协议，可以通过3个机制保证协议帧的完整性：字头检查、帧长度检查和帧校验和检查。如果检查出错，或者从机应答超时，则主机重新发送上一条命令，如果连续三次仍然出错或超时，则通知系统通讯出错，并放弃本条指令，这样一来就保证了系统通讯的可靠性。

实施例1

图1示出了根据本实用新型的工业机器人示教盒的示意性结构图。

如图1所示，本实用新型提供一种工业机器人示教盒，该示教盒包括：主控显示板，主控显示板作为主站，主控显示板包括一个中央处理器以及分别与中央处理器连接的UART口、CAN接口、Ethernet接口、USB接口、RTC接口、TOUCH接口和LCD接口，TOUCH接口连接有触摸屏，LCD接口连接有显示屏；按键扩展板，按键扩展板作为从站，按键扩展板通过串口连接于主控显示板，按键扩展板包括一个按键控制芯片以及分别与按键控制芯片连接的UART接口、58个按键和12个LED；其中，通过USB接口将程序下载到中央处理器；通过触摸屏和/或多个按键输入控制参数，中央处理器依据控制参数生成控制信号，并通过CAN接口和/或Ethernet接口将控制信号发送至机器人本体控制器，对机器人进行示教；显示屏实时显示控制参数。

中央处理器为嵌入式处理器，采用Cortex-A8芯片，设置两路CAN，其中，CAN1用于连接于机器人本体控制器进行通信处理，CAN2用于备用扩展。

UART口包括：UART0口，UART0口为中央处理器的调试串口；UART1口，中央处理器通过UART1口连接于按键控制芯片；UART2口用于备用扩展。

按键控制芯片为AVR单片机，采用ATmega8芯片，在ATmega8芯片的PB\PC\PD端口处扩展了一个8*8的矩阵键盘，在矩阵键盘上设置了58个按键；按键扩展板还设置有SPI接口，SPI接口复用作为AVR单片机的下载接口。

本实施例提出的工业机器人示教盒，通过触摸屏和/或按键输入控制参数，由于工业机器人操作复杂，需要多个按键控制，因此在按键扩展板通过设置矩阵键盘，减少I/O口的占用；同时设置触摸屏，通过触摸屏输入控制参数，操作方式简单、直观、易用，非常富于人性化；制定单片机和嵌入式处理器的通信协议，通过字头检查、帧长度检查和校验和检查3个机制保证协议帧的完整性，使得单片机和嵌入式处理器之间的通讯能够更加稳定可靠。

本领域技术人员应理解，上面对本实用新型的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本实用新型的实施例的有益效果，并不意在将本实用新型的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种工业机器人示教盒，其特征在于，该示教盒包括：

主控显示板，所述主控显示板作为主站，所述主控显示板包括一个中央处理器以及分别与所述中央处理器连接的UART口、CAN接口、Ethernet接口、USB接口、RTC接口、TOUCH接口和LCD接口，所述TOUCH接口连接有触摸屏，所述LCD接口连接有显示屏；

按键扩展板，所述按键扩展板作为从站，所述按键扩展板通过串口连接于所述主控显示板，所述按键扩展板包括一个按键控制芯片以及分别与所述按键控制芯片连接的UART接口、多个按键和多个LED；

其中，

通过所述USB接口将程序下载到所述中央处理器；

通过所述触摸屏和/或所述多个按键输入控制参数，所述中央处理器依据所述控制参数生成控制信号，并通过CAN接口和/或Ethernet接口将所述控制信号发送至机器人本体控制器，对机器人进行示教；

所述显示屏实时显示控制参数。

2.根据权利要求1所述的工业机器人示教盒，其特征在于，所述UART口包括：

UART0口，所述UART0口为所述中央处理器的调试串口；

UART1口，所述中央处理器通过所述UART1口连接于所述按键控制芯片；

UART2口，所述UART2口为备用扩展口。

3.根据权利要求1所述的工业机器人示教盒，其特征在于，所述CAN接口为2个。

4.根据权利要求1所述的工业机器人示教盒，其特征在于，所述中央处理器为嵌入式处理器。

5.根据权利要求4所述的工业机器人示教盒，其特征在于，所述嵌入式处理器采用Cortex-A8芯片。

6.根据权利要求1所述的工业机器人示教盒，其特征在于，所述按键控制芯片为AVR单片机。

7.根据权利要求6所述的工业机器人示教盒，其特征在于，所述AVR单片机采用ATmega8芯片。

8.根据权利要求1所述的工业机器人示教盒，其特征在于，所述按键扩展板还设置有SPI接口。

9.根据权利要求1所述的工业机器人示教盒，其特征在于，还包括矩阵键盘，所述多个按键设置在所述矩阵键盘上。

10.根据权利要求9所述的工业机器人示教盒，其特征在于，所述矩阵键盘的行线连接于所述按键控制芯片的D0～D7，列线连接于所述按键控制芯片的B0～B1和C0～C5。