一种工业机械臂用测距模块的制作方法

本发明涉及工业自动化领域，特别是涉及一种工业机械臂用测距模块。

背景技术：

目前，各种自动化机械臂和机器人被广泛应用到各行各业的工业生产线中。而其中绝大部分的工业机械臂都是基于自己的坐标系统进行定位，由用户通过示教模式、或者编程模式将机械臂的运动轨迹进行预先设计。在正常运动过程中，机械臂根据所设定的轨迹进行运动，并完成相应的搬运、装配等任务。在这种情况下，如果被操作对象（比如所搬运物体或所装配产品）出现了位置偏差，机械臂由于无法获得被操作对象的位置信息，而无法进行位置修正，极容易出现操作任务失败的情况。当前，用于对被操作对象进行距离测量，常用下面几种方案，一种是基于超声波测距原理，成本低，但是精度通常只能达到厘米级别，且容易受到回波干扰；一种是红外测距，精度较低，已被逐渐淘汰；一种可以通过摄像头，利用视频信息对位置进行解算，但是其对工作环境要求较高，且容易受光照影响；另一种是基于激光的测距模块，由于其精度高，可测距离范围长，对被测对象无特殊要求等特性，目前已逐渐在工业生产线上得到应用。抛开测量技术本身的差异而导致的测量精度不同外，如何将这些位置反馈信息，输入到机械臂中，并组成闭环控制，也是一个难题。目前在工业生产中常用的机械臂（比如发那科和安川的机械臂）通常预留两种输入/输出接口，与外部设备进行数据交互。一种是基于安全io模块的形式，通常用来输入输出开关量，不适合于数据量大，或者具有连续性的非开关量性质的数据交互。另一种是基于modbus，can，ethernet/ip等工业总线的数据交互模式，这类形式能够灵活实现大量数据的交互，目前在各种工业现场中已经得到广泛应用。虽然如此，基于这类总线形式的工业机械臂用测距模块还没有得到研发和应用。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种工业机械臂用测距模块，可接入具备ethernet/ip接口的工业用机械臂中，形成外部的闭环控制，进而辅助机械臂完成一些需要实时位置反馈的抓取和装配等任务。

一种工业机械臂用测距模块，包括635纳米可见激光镜头、处理器、按键模块、通信模块、嵌入式ethernetip模块及电源模块，所述的635纳米可见激光镜头用于测量该镜头的末端与被测物体之间的直线距离；所述的处理器用于数据处理和控制；所述的按键模块包括用于增大距离设定值的数值增大键、用于减小距离设定值的数值减小键和用于设定距离设定值的数值设定键；所述的嵌入式ethernetip模块用于实现该模块与机械臂之间的数据交互；所述的电源模块用于给所述的635纳米可见激光镜头、所述的处理器、所述的按钮模块及所述的嵌入式ethernetip模块提供电源；所述的处理器控制所述的635纳米可见激光镜头对当前距离进行测量，得到测量值，所述的处理器将该测量值与距离设定值进行比较，将所得的差值通过所述的通信模块发送给所述的嵌入式ethernetip模块，所述的嵌入式ethernetip模块以ethernet/ip协议的形式将该差值发送给机械臂。

优选地，所述的处理器采用contexm3微处理器。

优选地，所述的通信模块为rs232通信模块或rs422通信模块。

优选地，所述的嵌入式ethernetip模块的型号为eip-341l。

优选地，所述的635纳米可见激光镜头的型号为rwrfa1-5-232。

优选地，该模块还包括用于控制所述的处理器向所述的635纳米可见激光镜头发送测距指令的时间间隔的定时器。

本发明的技术方案的有益效果：1.测距范围广，测量精度可达0.5毫米；2.测量环境无特殊要求，适应环境多样，可在多领域广泛应用；3.将测量的距离信息以偏差的形式通过协议的形式发送至外部连接的机械臂，辅助机械臂完成闭环控制，实现基于位置反馈的搬运及抓取等任务。

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，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例提供的工业机械臂用测距模块的原理框图；

图2为本发明实施例提供的工业机械臂用测距模块的控制流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1及图2所示，一种工业机械臂用测距模块，包括635纳米可见激光镜头、处理器、按键模块、通信模块、嵌入式ethernetip模块及电源模块。其中，所述的处理器采用contexm3微处理器，所述的通信模块为rs232通信模块，所述的635纳米可见激光镜头的型号为rwrfa1-5-232，该模块还包括用于控制所述的处理器向所述的635纳米可见激光镜头发送测距指令的时间间隔的定时器。

上述的电源模块将220v的单相交流电源，转换为12v和3.3v的直流电源。12v电源供给给635纳米可见激光镜头使用，5v电源同时供给给contexm3微处理器、按键模块和eip-341l模块使用。

上述的635纳米可见激光镜头（型号为rwrfa1-5-232），用于测量镜头末端与被测物体的直线距离。可见激光的光斑为16平方毫米的圆形光斑，对被测物体表面的颜色和光洁程度无特殊要求（对于纯黑色的光滑物体表面，需要贴非黑色的反光贴），对光照程度无特殊要求（为了保证精度和稳定性，避免强烈的阳光直射）。该激光镜头的测量精度为0.5毫米，测量量程为0.05至5米，所测量得到的距离数据，通过rs232接口输出给contexm3微处理器进行后续处理。

上述的按键模块包括三个独立的按键，包括用于增大距离设定值的数值增大键、用于减小距离设定值的数值减小键和用于设定距离设定值的数值设定键；每个按键的输入信号都采用上升沿触发的形式，将按键信号输入给contexm3微处理器。三者分别对应着数值增加、数值减小、数值设定的三个功能。假设所设定的值为p毫米，数值增加按钮对应着，将设置值p设置为p=p+1毫米；数值减小按钮对应着，将设置值p设置为p=p-1毫米；设置设定按键，将当前的测量值r，设定为当前的设定值p，即p=r。本发明所设计的测距模块正常工作后，将当前的测量值r，与当前的设定值p进行作差运算后，将c=r-p，将差值c通过ethernet/ip协议传输给机械臂，辅助机械臂完成外部闭环运动。

上述的contexm3微处理器用于完成对整个系统的数据处理和控制。该处理器外接25mhz晶振，经过内部倍频后，cpu运行主频为120mhz。一方面，contexm3处理器发送指令给可见激光镜头，读取当前距离；另一方面，经过运算得到距离的差值c后，将其通过rs232串口发送给eip-341l模块，并由eip-341l模块通过以太网口，以ethernet/ip协议的形式将其发送给外部的机械臂。

上述的嵌入式ethernetip模块的型号为eip-341l，用于使得该测距模块支持ethernet/ip协议，以完成测距模块与机械臂的数据交互。eip-341l模块内嵌了ethernet/ip协议，仅需要通过rs232接口对其进行简单配置，使其按照所设定的网络参数工作在从站模式即可。eip-341l模块初始化完成后，直接通过rs232接口，将数据发送到该模块，该模块将自动添加ethernet/ip协议，等待外部ethernet/ip主站的查询和读取。eip-341l模块能根据外接设备自动匹配10m和100m两种速率，同时分别支持256字节的输入和输出缓冲区。该模块默认配置ip地址为192.168.0.15，子网掩码为255.255.255.0,默认网关为192.168.0.1，这些网络参数也能通过eip-341l的rs232接口进行配置，以符合实际的应用需求。

该测距模块的工作流程：1，contexm3微处理每隔50ms发送一次激光测距指令给激光镜头，激光镜头测距完成后，自动将当前测量数据r（单位为毫米）返回给contexm3微处理器；2，contexm3处理根据当前数据r和系统的设定数据p，计算出差值数据c；3，如果外部连接设备（比如机械臂）已经连接到eip-341l的以太网接口上，并将机械臂配置为ethernet/ip的主站模式，将eip-341l配置为从站模式，则此时，contexm3微处理器会将每次计算得到的差值数据c，以ethernet/ip协议的形式，发送给外部连接设备机械臂，从而辅助机械臂完成闭环控制，实现基于位置反馈的搬运，抓取等任务。

采用本设计的测距模块，测距范围广，测量精度可达0.5毫米；测量环境无特殊要求，适应环境多样，可在多领域广泛应用；将测量的距离信息以偏差的形式通过协议的形式发送至外部连接的机械臂，辅助机械臂完成闭环控制，实现基于位置反馈的搬运及抓取等任务。

上述实施例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士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。