工业应用教学机器人控制方法与流程

本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种工业应用教学机器人控制方法。

背景技术：

工业机器人是一种对生产条件和生产环境适应性和灵活性很强的自动化设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定提高产品品质、提高生产效率和改善劳动条件起着十分重要的作用。由于机器人是一种能适应产品迅速更新换代的柔性自动化设备，所以它的应用大大缩短了新产品的换产周期，从而提高了产品的市场竞争力。在当代工业技术中，工业生产日益趋向柔性自动化方向发展，工业机器人技术已成为现代工业技术革命一个重要组成部分，许多繁重、重复单调、有毒、有害和危险的作业已由机器人来完成，生产的自动化程序大为提高，出现了许多无人车间和无人工厂，产品品质、生产效率和企业对市场快速应变能力的提高，促使生产力快速发展。目前工业机器人已广泛地用于汽车、机械加工、电子和塑料制品等工业领域中。在工业生产中，弧焊、点焊、装配、喷涂和搬运等作业用的工业机器人都已被大量地采用。

目前，国内的机器人教学通常通过采购品牌工业机器人作为教学平台，这就出现几个问题：1)一台工业机器人动辄十几到二十几万，例如以五台工业机器人为基数建设一个实验室，单机器人的采购成本就要近百万之多。2)场地(占地面积)占用大，仅以8公斤六轴机器人为例，一台机器人需占用4平方米，加上安全防护设施，至少占用6平方米的面积。3)安全防护建设：六轴工业机器人的使用对安全防护要求非常高，工程建设需要不少的工程资金的投入。4)系统的开发性及自由度：由于各大工业机器人制造厂商所生产的机器人控制系统自成体系，很多技术没有开放。所以学会一种品牌的机器人操作，并不一定会操作其它品牌机器人。更不利于对机器人控制系统的二次开发，因此，亟需一种新的机器人教学系统及控制方法，以克服上述技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种工业应用教学机器人控制方法，已解决上述技术问题。

本发明提供的工业应用教学机器人控制方法，包括

a.将机器人固定于教学平台，

b.控制单元通过总线与驱动单元连接，通过控制单元读取机器人运动参数，并操作机器人运动到指定位置点，

c.建立并填写配方表，通过配方表编辑机器人自动运行的动作，

d.控制机器人进入自动模式，自动模式包括单次工作方式和循环工作方式。

进一步，所述机器人为六轴机器人，分别对六轴机器人每个轴进行驱动，控制任意一个轴进行运动，当运动到需要进行示教的示教点时，记录当前示教点的位置，并编辑自动运行的动作。

进一步，控制单元通过CANopen总线与驱动单元连接，通过步进电机对六轴机器人的每个轴进行驱动。

进一步，将总线型驱动器分别与对应的步进电机连接，通过教学终端设备控制任意一个轴进行运动，当运动到需要进行示教的示教点时，记录当前示教点的位置，并编辑自动运行的动作，如设置的动作为断点，则在进行工具作业完成后返回断点，继续下面的动作，示教完成后自动建立配方表)，根据配方表所记录的位置参数、速度参数及断点参数(工具)自动运行并完成示教中的所有动作。。

进一步，所述机器人运动参数包括位置坐标参数、速度参数和断点参数。

进一步，电后重新上电、复位或首次控制机器人运动时，通过控制单元重新确定基准位置点，所述基准位置点可以自由设定。

进一步，确定基准位置点并设定完所有的示教点的动作后，通过控制单元设定机器人沿设定的示教点进行动作的运动方式，运动方式包括一次性运动或循环运动，在运动的过程中可以重新设置基准位置点，当本次运动结束后，机器人回到新设置的基准位置点。

进一步，机器人的运动速度包括加速、匀速和减速。

进一步，当机器人的控制单元和驱动单元发生故障时，通过教学终端设备进行报警。

本发明的有益效果：本发明的工业应用教学机器人控制方法，系统的开发性好，自由度高，便于进行机器人的教学的开展，使学生可以掌握通用的原理，从而掌握机器人操作控制技术，更加利于对机器人控制系统进行二次开发，本发明具有成本低廉，占地面积小，实用性强，安全性高，教学效果明显的特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明的原理示意图。

图2是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：图1是本发明的原理示意图，图1是本发明的原理示意图。

本实施例中的工业应用教学机器人控制方法，包括

a.将机器人固定于教学平台，

b.控制单元通过总线与驱动单元连接，通过控制单元读取机器人运动参数，并操作机器人运动到指定位置点，

c.建立并填写配方表，通过配方表编辑机器人自动运行的动作，

d.控制机器人进入自动模式，自动模式包括单次工作方式和循环工作方式。

机器人的运动速度包括加速、匀速和减速。

当机器人的控制单元和驱动单元发生故障时，通过教学终端设备进行报警。

在本实施例中，机器人本体如图1所示，机器人本体为六轴机器人，机器人可以沿图中标识的方向进行转动，从而实现机器人的运动，本实施例中，控制单元通过CANopen总线与驱动单元连接，所述控制单元至少包括用于设置或修改机器人运动方式的教学终端设备和用于控制驱动单元的控制模块，所述教学终端设备至少包括中央处理器、显示模块、存储模块和输入模块，所述显示模块的输入端与中央处理器的输出端连接，所述输入模块的输出端与中央处理器的输入端连接，所述控制模块包括主控制器和分控制器，主控制器与分控制器连接，所述分控制器为多个，在本实施例中分控制器为6个，分别用于控制J1-J6六个轴进行转动，本实施例通过步进电机对所述六轴机器人的每个轴进行驱动，通过总线型驱动器分别与对应的步进电机连接，再通过教学终端设备控制任意一个轴进行运动，本实施例中采用HMI触模屏人机，当运动到需要进行示教的示教点时，记录当前示教点的位置，并编辑自动运行的动作，如果设置的动作为断点，进行工具作业，完成后返回断点，继续下面的动作，各运动点都示教后，自动建立配点表，自动运行会根据配方表所记录的位置参数、速度参数及断点参数(工具)完成示教中的所有动作。

在本实施例中，采用施耐德嵌入式计算机作为系统的控制核心，主控制器采用M241(嵌入式控制系统)，本体有通用串行接口，CANopen通讯接口，以太网通讯接口，本实施例可以支持以下IEC61131-3编程语言：IL：指令表(类似汇编语言)；ST：结构化方本(类似计算机的高级语言)；FBD：功能块图，CFC：连续功能块图(类似微电子技术中的原理图设计)；SFC：顺序功能图；LD：梯形图，并集成了可以支撑自动化控制中的HMI、伺服、变频等多种硬件，所以在实际应用中可以带来高效、柔性和开放的优点。系统功能强大，采购成本却非常低。六轴采用深圳步科的FM860步进电机驱动器，该驱动器是步科电气最新推出的一种带总线协议的步进电机驱动器，适合驱动各种品牌的两相或三相混合式步进电机。根据具体要求选择：脉冲/方向、内部运动控制、CANopen、Modbus、EtherNet/IP、RS232/RS485，优选地，本实施例采用选择CANopen高速总线。本实施例中的教学机器人综合考虑多种因素，选用行星减速机，在国内，行星减速机制造工艺及技术非常成熟，成本很低，并且可以做到小型化，精度足以能够达到教学机器人的技术要求。工业用多关节机器人电机都采用带绝对式编码器的伺服电机，伺服电机与伺服驱动系统可以很好地构建位置模式的闭环控制系统(半闭环控制)，转矩变化不会造成运动丢步，控制精度及重复精度都可以做到很高，缺点是成本太高。考虑到教学机器人不需要长时间、高强度、高稳定性作业，所以本教学机器人选用两相混合式步进电机配上深圳步科的全数字式、带高速通讯总线的步进电机驱动器FM860构建成运动系统。优点是成本很低，控制方便，控制精度可以通过FM860驱动器参数高级配置得到较大的提高。

在本实施例中，控制单元还包括用于连接外围设备的外部接口单元，掉电后重新上电、复位或首次控制机器人运动时，需要通过控制单元确定基准位置点，所述基准位置点可以自由设定。由于工业机器人控制器组件特别多，厂商仅部分提供接口定义，一般不提供原理图等硬件资料。用户使用、维护都十分困难，设备出问题都要供应商(或厂商)派人到现场解决。对于自动化流水生产线，由于时间的延误等原因，将会给用户造成较大的损失。另外由于各品牌厂商的系统相互独立，互不兼容，不能互换，而本教学机器人的整个系统是通过CANopen高速通讯线将控制系统与各组件(如六轴步进驱动器等)连接在一起。M241本体的硬件资源都可以灵活的使用，而且可以根据工程项目的需要灵活插入扩展模块：离散量I/O模块、模拟量I/O模块、安全模块、总线扩展模块等多种丰富的扩展模块，本实施例中的控制单元使用了通用型PLC(施耐德的M241)，提供通用性很强的库文件和功能块。有一定电气控制理论和软件基础的技术员经过短时间的培训就可以根据自已需要设计机器人系统，由于采用的是通用的控制器，所以开发性很好。

在本实施例中，教学机器人操作程序不用编写，而是通过读写数据表的方式，在HMI(人机界面)→进入示教模式→示教运动六个轴的任何轴并在速度框内输出运动速度→按下写入，即将当前示教点的位置、速度等参数填入表中，机器人的运动速度包括加速、匀速和减速。

本实施例中的控制单元通过CANopen总线与驱动单元连接，通过步进电机对所述六轴机器人的每个轴进行驱动，每个分控制器分别与对应的步进电机连接，通过教学终端设备控制任意一个轴进行运动，当运动到需要进行示教的示教点时，记录当前示教点的位置，并编辑自动运行的动作，自动运行的动作包括记录当前位置点、设置运动速度和断点。电后重新上电、复位或首次控制机器人运动时，需要通过控制单元确定基准位置点，所述基准位置点可以自由设定。确定基准位置点并设定完所有的示教点的动作后，通过控制单元设定机器人沿设定的示教点进行动作的运动方式，运动方式包括一次性运动或循环运动，在运动的过程中可以重新设置基准位置点，当本次运动结束后，机器人回到新设置的基准位置点。

在本实施例中，可以通过按示教模式按钮，进入示教模式界面，点示教运动速度(iSpeed_Manual)，需要运动哪个轴，只需对应轴的正/反轴按钮，机器人对应轴将以设定的示教运动速度运动，松开就停止运动。机器人运动到一个目标位置时，点击自动运行时的运动速度框(Table_axis_Speed)输入速度值，再点写表按钮，这样就把机器人运动到这个目标位置的相关参数写到参数表中。在各种模式下，进入参数画面，都可以查看各个目标位置的相关参数(主要包括位置坐标参数、运动速度参数等)，并且可以在线(运动过程中)修改这些参数。由于工业机器人的各个运动轴均采用带绝对式编码器的伺服电机，所以系统在停电或出现异常，机器人的当前位置参数控制系统都能读取。而教学机器人是开环式控制方式，选用的是步进电机，所以系统在停电或出现异常，再次上电或复位后，系统不会知道机器人位置参数，需要重新进行基准坐标的确认工作，用户可以控制步进电机进行转动，选择任意位置作为基准位置。也就是在机器人本体上不安装任何零位传感器，另外，由于工业机器人是通过示教器编写或调用专门的功能程序，工业机器人的操作程序设计是通过与机器人配套的示教器进行程序设计，程序格式、语言还没有统一。作业操作者，会一种品牌机器人的程序设计，不一定会另一种品牌机器人的程序设计。而本实施例中的教学机器人是通过参数表中设置断点，并通过系统程序选用六种编程语言(LD、SFC、FBD、CFC、ST、IL)的一种或多种语言混合编写，设计人员或教学人员根据对机器人安装的工具(手指)或第三方工具的动作理解，自由发挥地编写，开发性极高，没有任何限制，优选地，可以采用移动教学终端设备进行对机器人的操作，当机器人发生故障时，可以进行报警，避免造成不必要的经济损失。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。