專利名稱：用于焊接機(jī)器人的嵌入式示教編程裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種用于焊接機(jī)器人的嵌入式示教 編程器及相關(guān)的手持終端。
背景技術(shù)：
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)工業(yè)制品的加工精度要求不 斷提高，使得我國機(jī)器人事業(yè)得到了長足發(fā)展，同時(shí)對(duì)焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)也提出了更高 的要求。目前焊接機(jī)器人是應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中較廣泛的一類機(jī)器人，作為一個(gè)可編程的機(jī) 械裝置，其功能的靈活性和智能性在很大程度上取決于機(jī)器人的編程能力。由于應(yīng)用范圍 的擴(kuò)大和復(fù)雜程度的增加，機(jī)器人工作任務(wù)的編制已經(jīng)成為一個(gè)重要問題。但在國內(nèi)市場(chǎng)，機(jī)器人及其示教編程器技術(shù)相比國外的同類產(chǎn)品還有很大差距， 主流示教編程器多數(shù)采用單片機(jī)結(jié)構(gòu)，通過編程器，操作者只可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行一些簡(jiǎn)單 的操作，而且受系統(tǒng)響應(yīng)速度的影響，很難實(shí)現(xiàn)大屏幕的彩色液晶顯示，人機(jī)交互界面不夠 方便，欠缺美觀，通信方式上大多采用串口的方式，擴(kuò)展困難，具有一定的局限性。因此，迫切需要一種功能強(qiáng)大的嵌入式示教編程裝置及方法來解決以上問題。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題為了給機(jī)器人編程提供便捷靈活的方式、友好的人機(jī)界面和穩(wěn)定可靠 的通訊，本發(fā)明提供了一種用于焊接機(jī)器人的嵌入式示教編程裝置及方法。技術(shù)方案本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本發(fā)明用于焊接機(jī)器人的嵌入式示教編程裝置，所述裝置包括核心板和接口板， 其中核心板由中央處理器、外擴(kuò)存儲(chǔ)器和時(shí)鐘掉電保護(hù)電路組成，接口板由分別與核心板 連接的以太網(wǎng)接口、RS-485串行總線接口、RS-232接口、JTAG接口、液晶顯示接口、觸摸屏 接口、矩陣鍵盤接口、USB接口、電源及復(fù)位電路和安全控制電路組成；時(shí)鐘掉電保護(hù)電路 的輸出端接中央處理器的輸入端，中央處理器與外擴(kuò)存儲(chǔ)器雙向通信。優(yōu)選地，所述中央處理器包括操作系統(tǒng)、硬件驅(qū)動(dòng)層、嵌入式圖形用戶界面、應(yīng)用 程序編程接口、機(jī)器人示教模塊、文件編輯模塊、文件管理模塊、用戶管理模塊、通訊模塊和 輔助功能模塊；其中操作系統(tǒng)依次串接硬件驅(qū)動(dòng)層、嵌入式圖形用戶界面、應(yīng)用程序編程接 口后分別接機(jī)器人示教模塊、文件編輯模塊、文件管理模塊、用戶管理模塊、通訊模塊的輸 入端，硬件驅(qū)動(dòng)層的輸出端分別接通訊模塊和輔助功能模塊的輸入端，通訊模塊與機(jī)器人 本體控制器雙向通信。所述的用于焊接機(jī)器人的嵌入式示教編程裝置的控制方法，所述的核心板構(gòu)成嵌 入式最小系統(tǒng)，用于操作過程中信息的處理與存儲(chǔ)，其中中央處理器是數(shù)字信號(hào)處理器，用于用于操作過程中信息的處理；外擴(kuò)存儲(chǔ)器通過地址和數(shù)據(jù)總線與中央處理器連接，用于程序及相關(guān)參數(shù)的存儲(chǔ)；時(shí)鐘掉電保護(hù)電路利用電子開關(guān)來選擇是系統(tǒng)電源供電還是備用電池供電，使系 統(tǒng)時(shí)鐘達(dá)到不間斷供電；所述的接口板提供標(biāo)準(zhǔn)的電氣接口及轉(zhuǎn)換電路，并通過插針與核心板信號(hào)相連 接，用于操作過程中信息的收發(fā)以太網(wǎng)接口和RS-485串行總線接口提供兩種不同的與焊接機(jī)器人主體控制器通 訊的方式；
JTAG接口和RS-232接口用于系統(tǒng)的調(diào)試；液晶顯示接口支持24位高彩屏，能夠提供用戶界面；觸摸屏接口和矩陣鍵盤接口提供兩種不同的人機(jī)交互輸入方式；USB接口可外插移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的備份；電源及復(fù)位電路能夠提供穩(wěn)定的工作電壓和手動(dòng)復(fù)位功能，保證系統(tǒng)的正常運(yùn) 行；安全控制電路包括伺服開關(guān)和急停按鈕，提供保護(hù)措施，保障操作人員與機(jī)器人 的安全。優(yōu)選地，所述中央處理器的信息處理方法如下機(jī)器人示教模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)定機(jī)器人運(yùn)行的坐標(biāo)系和速度，并在特定的坐標(biāo)系下選擇 相應(yīng)的關(guān)節(jié)插補(bǔ)模式，以及是否需要顯示附加軸信息；文件編輯模塊將所有的機(jī)器人指令進(jìn)行分類，通過菜單選擇和虛擬鍵盤的輸入方 式，實(shí)現(xiàn)在文本區(qū)中對(duì)機(jī)器人的運(yùn)行邏輯、姿態(tài)順序、運(yùn)行速度、系統(tǒng)參數(shù)配置的編程和記 錄；文件管理模塊負(fù)責(zé)管理機(jī)器人示教程序，包括新建、打開、保存、刪除、重命名等操 作，實(shí)現(xiàn)用戶通過模塊化方法來設(shè)計(jì)示教程序，并在不同文件中互相調(diào)用即可完成復(fù)雜的 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)；用戶管理模塊通過不同的用戶級(jí)別設(shè)置，開放不同的硬件和軟件資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)用 戶的權(quán)限加以區(qū)別，保證操作的安全性；通訊模塊實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人本體控制器的遠(yuǎn)程指令和數(shù)據(jù)交互，采用RS-485串行總 線和以太網(wǎng)兩種通訊方式，除硬件配置不同外，在通訊過程中均采用主/從模式；輔助功能模塊包括系統(tǒng)日志管理、輸入輸出和備份導(dǎo)入。有益效果1本發(fā)明超越了傳統(tǒng)的基于單片機(jī)結(jié)構(gòu)的編程器，集成度高、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、 減少了系統(tǒng)擴(kuò)展、提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性、減小了產(chǎn)品的體積。2采用核心板和接口板的硬件布局，將總線信號(hào)和其他數(shù)據(jù)信號(hào)分開，加強(qiáng)系統(tǒng)的 抗干擾能力。3除提供傳統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的RS-485總線方式外，還擴(kuò)展了以太網(wǎng)功能，可以 根據(jù)硬件需要配置通訊方式，同時(shí)為將來可能的擴(kuò)展保留資源。4提供了觸摸屏和矩陣鍵盤兩種輸入，配合高彩液晶屏輸出方式，使人機(jī)交互更加 友好便捷。5將所有的機(jī)器人指令進(jìn)行分類，并通過菜單選擇和虛擬鍵盤的方式輸入，避免了用戶在編程過程中記憶繁雜的指令，降低了語法錯(cuò)誤，提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性和開放性。
圖1是采用本發(fā)明的嵌入式示教編程裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖。圖2是采用本發(fā)明的中央處理器的結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例的RS-485方式通訊流程4是本發(fā)明實(shí)施例的以太網(wǎng)方式通訊流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。采用本發(fā)明實(shí)施例的嵌入式示教編程裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖參見圖1，分為核心板 和接口板，兩部分通過接插件相連實(shí)現(xiàn)相關(guān)信號(hào)的傳輸。核心板部分，中央處理器101主 要用于信息的處理，通過地址和數(shù)據(jù)總線與外擴(kuò)存儲(chǔ)器102相接，并且還集成了 UART、SPI、 IIC、IIS、RTC、WT、JTAG、以太網(wǎng)、USB、IXD等功能控制器，能夠減少系統(tǒng)的擴(kuò)展，提高系統(tǒng)的 可靠性；外擴(kuò)存儲(chǔ)器102按功能劃分為三部分，SDRAM用作程序的運(yùn)行空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū) 等，NOR FLASH用來存放啟動(dòng)代碼、操作系統(tǒng)內(nèi)核、文件系統(tǒng)等，NAND FLASH用來存放應(yīng)用程 序、機(jī)器人程序、字庫、圖形用戶界面圖庫等；時(shí)鐘掉電保護(hù)電路103主要使得系統(tǒng)時(shí)鐘持 續(xù)穩(wěn)定的工作。在具體實(shí)施例中，中央處理器101選擇WinbOndW90P710芯片，其具有32位 ARM7TDMI內(nèi)核和嵌入式系統(tǒng)所需的所有控制器；SDRAM采用兩片W986416EH并聯(lián)構(gòu)成16MB 內(nèi)存空間，NOR FLASH 選用 4MB 的 W19B/L320S，NAND FLASH 選用 64MB 的 HYUS08121A ；時(shí)鐘 掉電保護(hù)采用兩個(gè)二極管來選擇是系統(tǒng)電源供電還是備用電池供電，當(dāng)外部供電正常時(shí)采 用系統(tǒng)電源，當(dāng)外部斷電時(shí)啟動(dòng)備用電池供電。接口板部分主要提供標(biāo)準(zhǔn)的電氣接口及其轉(zhuǎn)換電路，其中，以太網(wǎng)接口(104)通 過物理層收發(fā)器與核心板的數(shù)據(jù)鏈路層控制器進(jìn)行對(duì)接；RS-485串行總線接口(105)通過 RS-485電平轉(zhuǎn)換芯片與核心板的一個(gè)UART 口相連；RS-232接口(106)通過RS-232電平轉(zhuǎn) 換芯片與核心板的另一個(gè)UART 口相連JTAG接口(107)與核心板引出的邊界掃描功能引 腳一一對(duì)應(yīng)；液晶顯示接口(108)通過屏蔽電纜與核心板的LCD控制器引腳相連；觸摸屏 接口(109)通過觸摸屏控制器與核心板的SPI總線及中斷口相連；矩陣鍵盤接口(110)通 過鍵盤控制芯片與核心板的IIC總線及中斷口相連；USB接口(111)通過USB電源保護(hù)芯 片與核心板的USB HOST控制器引腳相連；電源及復(fù)位電路(112)為系統(tǒng)提供可靠性高、紋 波噪聲低的供電電源和手動(dòng)復(fù)位功能；安全控制電路(113)包括伺服開關(guān)和急停按鈕，與 核心板的I/O引腳相連，防止對(duì)機(jī)器人的誤動(dòng)作，保證人員和設(shè)備的安全。在具體實(shí)施例中，以太網(wǎng)物理層收發(fā)器采用DM9161，接口采用RJ45 ；RS-485電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAX3485 ；RS-232電源轉(zhuǎn)換芯片采用MAX3232，接口采用九芯標(biāo)準(zhǔn)串口，便于 與上位機(jī)相連；液晶屏選用18位色深的三菱AA084VC03 (640*480)，彩色格式為RGB666，彩 色色深可以達(dá)到262K ；對(duì)應(yīng)采用640*480尺寸的四線電阻觸摸屏和ADS7843觸摸屏控制芯 片；鍵盤設(shè)計(jì)了 24個(gè)按鍵，為了避免大量的占用I/O 口資源，選用鍵盤控制芯片ZLG7290， 該芯片還具有鍵盤消抖、雙鍵互鎖、連擊鍵處理等功能；USB電源保護(hù)芯片采用AMC3526H提供過流保護(hù)；電源模塊選用LM2576，并且在電壓接入處加入了一定容量的自恢復(fù)熔斷絲； 復(fù)位電路采用SP705復(fù)位控制芯片，可以產(chǎn)生寬度為200ms的穩(wěn)定復(fù)位信號(hào)。采用本發(fā)明的嵌入式示教編程方法的軟件結(jié)構(gòu)框圖參見圖2。在移植操作系統(tǒng) 201的基礎(chǔ)上，依次完成硬件驅(qū)動(dòng)層202、嵌入式圖形用戶界面203、應(yīng)用程序編程接口 204 和各功能模塊的設(shè)計(jì)與開發(fā)。硬件驅(qū)動(dòng)層202包括以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)、RS-485驅(qū)動(dòng)、RS-232驅(qū)動(dòng)、 USB驅(qū)動(dòng)、液晶顯示屏驅(qū)動(dòng)、觸摸屏驅(qū)動(dòng)和鍵盤驅(qū)動(dòng)等。嵌入式圖形用戶界面203采用基于 多線程架構(gòu)下模擬消息隊(duì)列的響應(yīng)方式，完成點(diǎn)、線、曲線、矩形、圓和橢圓等基本圖形的繪 制，并實(shí)現(xiàn)字母、數(shù)字、漢字和圖片的顯示。應(yīng)用程序編程接口 204為其上層提供了一組不 依賴于任何特殊硬件的抽象接口，便于各功能模塊的實(shí)現(xiàn)。示教模塊205是示教編程裝置的重要功能之一，實(shí)現(xiàn)設(shè)定機(jī)器人運(yùn)行的坐標(biāo)系和 速度，并在特定的坐標(biāo)系下選擇相應(yīng)的關(guān)節(jié)插補(bǔ)模式，以及是否需要顯示附加軸信息。在具 體實(shí)施例中，設(shè)定的機(jī)器人運(yùn)行坐標(biāo)系分為單軸模式、基礎(chǔ)坐標(biāo)系、工具坐標(biāo)系和附加軸四 種選擇單軸模式，可以移動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)，此時(shí)運(yùn)動(dòng)模式顯示為關(guān)節(jié)插補(bǔ)，不顯示工具坐標(biāo)系 和附加軸；選擇基礎(chǔ)坐標(biāo)系，可以在基礎(chǔ)坐標(biāo)系中移動(dòng)機(jī)器人，此時(shí)運(yùn)動(dòng)模式可選擇關(guān)節(jié)插 補(bǔ)或者線性插補(bǔ)，不顯示工具坐標(biāo)系和附加軸；選擇工具坐標(biāo)系，可以在工具坐標(biāo)系中移動(dòng) 機(jī)器人，此時(shí)運(yùn)動(dòng)模式可選擇關(guān)節(jié)插補(bǔ)或者線性插補(bǔ)，工具坐標(biāo)系可選擇，不顯示附加軸； 選擇附加軸，可以移動(dòng)附加軸。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度可由加減速鍵設(shè)定。文件編輯模塊206是示教編程裝置的另一個(gè)重要功能，需要提供友好的用戶界面 和便捷的編程方式。在具體實(shí)施例中，本功能模塊的運(yùn)行界面分為以下幾部分系統(tǒng)提示欄 用于顯示當(dāng)前系統(tǒng)版本及提示信息；標(biāo)題欄用于顯示當(dāng)前程序的文件名稱和當(dāng)前光標(biāo)所在 的頁碼；菜單欄用于提供快速操作，包括文件、選擇、點(diǎn)位、編輯、調(diào)試、上頁、下頁、退出和示 教等子菜單；文本區(qū)是整個(gè)屏幕面積最大的區(qū)域，位于屏幕的中央，用戶可以在該區(qū)域進(jìn)行 程序的編輯工作，如輸入命令，修改參數(shù)等；虛擬鍵盤區(qū)主要是通過觸摸屏來虛擬鍵盤的的 操作，以便完成用戶所有關(guān)有字符的輸入，當(dāng)在打開文本后選定編輯狀態(tài)時(shí)，虛擬鍵盤將自 動(dòng)彈出，當(dāng)用戶輸入完所有的字符敲入回車時(shí)，鍵盤將自動(dòng)消失。根據(jù)焊接機(jī)器人指令數(shù)量大，結(jié)構(gòu)繁雜的特點(diǎn)，同時(shí)充分考慮用戶使用的簡(jiǎn)潔性， 本發(fā)明首先將所有的機(jī)器人指令進(jìn)行分類，然后通過菜單選擇的方式進(jìn)行選擇，其優(yōu)點(diǎn)是 用戶在編程的過程中不用去記憶繁雜的指令，降低了語法錯(cuò)誤，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和 開放性。在具體實(shí)施例中，所有指令被分為十大類變量、位置、移動(dòng)、計(jì)算、控制、邏輯、模擬 量、特殊、PLC和調(diào)用，然后將這些指令封裝成統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)體，制成一張指令表，即使以后需 要變化和更新機(jī)器人指令集，只要修改或更新對(duì)應(yīng)的指令表即可，無需對(duì)程序結(jié)構(gòu)作任何 的修改和變化。用戶使用示教編程裝置對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教操作的最終結(jié)果會(huì)形成一個(gè)程序文件， 對(duì)該程序的調(diào)用可以讓機(jī)器人再現(xiàn)示教的動(dòng)作。文件管理模塊207就是用來管理機(jī)器人示 教程序，包括新建、打開、保存、刪除、重命名等操作。在具體實(shí)施例中，構(gòu)造了一個(gè)基于文件 列表的結(jié)構(gòu)體，包括程序名稱和程序訪問時(shí)間，從而完成文件管理模塊207的功能。用戶管理模塊208通過不同的用戶級(jí)別設(shè)置，開放不同的硬件和軟件資源，保證 操作的安全性，在具體實(shí)施例中，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于用戶管理的結(jié)構(gòu)體，定義用戶名、登陸密 碼和用戶級(jí)別，并針對(duì)此結(jié)構(gòu)體維護(hù)一個(gè)固化在非易失存儲(chǔ)器中的用戶文件，用戶每次登錄系統(tǒng)時(shí)會(huì)根據(jù)用戶的輸入匹配這個(gè)用戶文件，根據(jù)匹配結(jié)果得到相應(yīng)的用戶級(jí)別，開放 不同的系統(tǒng)資源。通訊模塊209在嵌入式示教編程裝置中占有重要地位，只有實(shí)現(xiàn)示教編程裝置和 機(jī)器人本體控制器211之間穩(wěn)定、可靠、高效地?cái)?shù)據(jù)通訊，才能保證焊接機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中 的準(zhǔn)確性和安全性。本發(fā)明提供了兩種硬件配置方式RS_485串行總線方式和以太網(wǎng)方 式，兩種方式相互結(jié)合，既確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，又保持了系統(tǒng)的開放性。在通訊過程中， 采用主/從模式，示教編程裝置處于主機(jī)地位，而機(jī)器人本體控制器211處于從機(jī)地位，即 每次通訊都由示教編程裝置的通訊模塊209發(fā)起，之后通過握手、總線傳輸?shù)炔襟E將指令 發(fā)送到機(jī)器人本體控制器211，機(jī)器人本體控制器211則根據(jù)解析指令的結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的 動(dòng)作，并判斷是否將當(dāng)前的位姿信息以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)給示教編程裝置。本發(fā)明實(shí)施例的 RS-485方式通訊流程圖參見圖3，開始于步驟301，結(jié)束于步驟312 步驟301 通訊由示教編程裝置的通訊模塊209發(fā)起；步驟302 通訊模塊209向機(jī)器人本體控制器211發(fā)送指令；步驟303 機(jī)器人本體控制器211處于監(jiān)聽指令狀態(tài)；
步驟304 機(jī)器人本體控制器211校驗(yàn)收到的指令格式，如果正確，發(fā)送確認(rèn)信號(hào) 并執(zhí)行指令要求，轉(zhuǎn)到步驟307，反之如果錯(cuò)誤，發(fā)送非確認(rèn)信號(hào)并返回到步驟303 ；步驟305 通訊模塊209判斷是否收到確認(rèn)信號(hào)，如果收到確認(rèn)信號(hào)，則進(jìn)入步驟 306，否則置錯(cuò)誤標(biāo)志，單次通訊失敗，轉(zhuǎn)到步驟312 ；步驟306 通訊模塊209判斷是否需要延時(shí)等待接收數(shù)據(jù)包，如果需要，就進(jìn)入步 驟309，否則轉(zhuǎn)到步驟312 ；步驟307 機(jī)器人本體控制器211判斷是否要發(fā)送數(shù)據(jù)包，如果需要發(fā)送，就進(jìn)入 步驟308，否則返回步驟303 ；步驟308 機(jī)器人本體控制器211按照接收指令的要求發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)包；步驟309 通訊模塊209處于監(jiān)聽數(shù)據(jù)包狀態(tài)；步驟310 通訊模塊209校驗(yàn)收到的數(shù)據(jù)包是否正確，如果正確，發(fā)送確認(rèn)信號(hào)并 轉(zhuǎn)到步驟312，反之如果錯(cuò)誤，發(fā)送非確認(rèn)信號(hào)并返回到步驟309 ；步驟311 機(jī)器人本體控制器211等待確認(rèn)信號(hào)，如果收到，則返回步驟303，如果 沒收到或是收到非確認(rèn)信號(hào)，則轉(zhuǎn)到步驟308 ；步驟312 通訊成功結(jié)束。以太網(wǎng)不同于RS-485串行總線，它具有更高的通訊速率，而且是全雙工的工作模 式，因此基于以太網(wǎng)TCP套接字的通訊必須首先建立可靠的物理連接。本發(fā)明實(shí)施例的以 太網(wǎng)方式通訊流程圖參見圖4，開始于步驟401，結(jié)束于步驟418 步驟401 通訊由示教編程裝置的通訊模塊209發(fā)起；步驟402 通訊模塊209作為客戶端，創(chuàng)建以太網(wǎng)TCP套接字；步驟403 機(jī)器人本體控制器211作為服務(wù)器，創(chuàng)建以太網(wǎng)TCP套接字；步驟404 機(jī)器人本體控制器211綁定套接字；步驟405 設(shè)置機(jī)器人本體控制器211為監(jiān)聽模式；步驟406 機(jī)器人本體控制器211阻塞等待連接請(qǐng)求；步驟407 通訊模塊209連接服務(wù)器，與機(jī)器人本體控制器211建立可靠的物理連接；步驟408 通訊模塊209向機(jī)器人本體控制器211發(fā)送指令；步驟409 機(jī)器人本體控制器211處于監(jiān)聽指令狀態(tài)；步驟410 機(jī)器人本體控制器211校驗(yàn)收到的指令格式，如果正確，發(fā)送確認(rèn)信號(hào) 并執(zhí)行指令要求，轉(zhuǎn)到步驟413，反之如果錯(cuò)誤，發(fā)送非確認(rèn)信號(hào)并返回到步驟409 ；步驟411 通訊模塊209判斷是否收到確認(rèn)信號(hào)，如果收到確認(rèn)信號(hào)，則進(jìn)入步驟 412，否則置錯(cuò)誤標(biāo)志，單次通訊失敗，轉(zhuǎn)到步驟418 ；步驟412 通訊模塊209判斷是否需要延時(shí)等待接收數(shù)據(jù)包，如果需要，就進(jìn)入步 驟415，否則轉(zhuǎn)到步驟418 ；步驟413 機(jī)器人本體控制器211判斷是否要發(fā)送數(shù)據(jù)包，如果需要發(fā)送，就進(jìn)入 步驟414，否則返回步驟409 ；步驟414 機(jī)器人本體控制器211按照接收指令的要求發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)包；步驟415 通訊模塊209處于監(jiān)聽數(shù)據(jù)包狀態(tài)；步驟416 通訊模塊209校驗(yàn)收到的數(shù)據(jù)包是否正確，如果正確，發(fā)送確認(rèn)信號(hào)并 轉(zhuǎn)到步驟418，反之如果錯(cuò)誤，發(fā)送非確認(rèn)信號(hào)并返回到步驟415 ；步驟417 機(jī)器人本體控制器211等待確認(rèn)信號(hào)，如果收到，則返回步驟409，如果 沒收到或是收到非確認(rèn)信號(hào)，則轉(zhuǎn)到步驟414 ；步驟418 通訊成功結(jié)束；為了完善示教編程裝置的功能，滿足操作方便性和其他特殊需求，設(shè)計(jì)了輔助功 能模塊210。其中，系統(tǒng)日志管理用于重要操作如登陸、新建賬戶、刪除程序、系統(tǒng)出錯(cuò)等的 記錄；輸入輸出用于實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人各個(gè)模塊的查看和設(shè)置，可以方便用戶通過直觀的界面 操作改變機(jī)器人底層硬件的特定部分；備份導(dǎo)入用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置的備份和導(dǎo)入，避免重 復(fù)操作。上述圖2至圖4過程均可以用現(xiàn)有技術(shù)中的編程方法實(shí)現(xiàn)，在此不作進(jìn)一步限制。以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā) 明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于焊接機(jī)器人的嵌入式示教編程裝置，其特征在于所述裝置包括核心板和接口板，其中核心板由中央處理器(101)、外擴(kuò)存儲(chǔ)器(102)和時(shí)鐘掉電保護(hù)電路(103)組成，接口板由分別與核心板連接的以太網(wǎng)接口(104)、RS-485串行總線接口(105)、RS-232接口(106)、JTAG接口(107)、液晶顯示接口(108)、觸摸屏接口(109)、矩陣鍵盤接口(110)、USB接口(111)、電源及復(fù)位電路(112)和安全控制電路(113)組成；時(shí)鐘掉電保護(hù)電路(103)的輸出端接中央處理器(101)的輸入端，中央處理器(101)與外擴(kuò)存儲(chǔ)器(102)雙向通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于焊接機(jī)器人的嵌入式示教編程裝置，其特征在于所述 中央處理器(101)包括操作系統(tǒng)(201)、硬件驅(qū)動(dòng)層(202)、嵌入式圖形用戶界面(203)、應(yīng) 用程序編程接口(204)、機(jī)器人示教模塊(205)、文件編輯模塊(206)、文件管理模塊(207)、 用戶管理模塊(208)、通訊模塊(209)和輔助功能模塊(210)；其中操作系統(tǒng)(201)依次串 接硬件驅(qū)動(dòng)層(202)、嵌入式圖形用戶界面(203)、應(yīng)用程序編程接口(204)后分別接機(jī)器 人示教模塊(205)、文件編輯模塊(206)、文件管理模塊(207)、用戶管理模塊(208)、通訊 模塊(209)的輸入端，硬件驅(qū)動(dòng)層(202)的輸出端分別接通訊模塊(209)和輔助功能模塊 (210)的輸入端，通訊模塊(209)與機(jī)器人本體控制器(211)雙向通信。
3.一種基于權(quán)利要求1所述的用于焊接機(jī)器人的嵌入式示教編程裝置的控制方法，其 特征在于所述的核心板構(gòu)成嵌入式最小系統(tǒng)，用于操作過程中信息的處理與存儲(chǔ)，其中中央處理器(101)是數(shù)字信號(hào)處理器，用于用于操作過程中信息的處理； 外擴(kuò)存儲(chǔ)器(102)通過地址和數(shù)據(jù)總線與中央處理器(101)連接，用于程序及相關(guān)參 數(shù)的存儲(chǔ)；時(shí)鐘掉電保護(hù)電路(103)利用電子開關(guān)來選擇是系統(tǒng)電源供電還是備用電池供電，使 系統(tǒng)時(shí)鐘達(dá)到不間斷供電；所述的接口板提供標(biāo)準(zhǔn)的電氣接口及轉(zhuǎn)換電路，并通過插針與核心板信號(hào)相連接，用 于操作過程中信息的收發(fā)以太網(wǎng)接口(104)和RS-485串行總線接口(105)提供兩種不同的與焊接機(jī)器人主體 控制器通訊的方式；JTAG接口 (107)和RS-232接口 (106)用于系統(tǒng)的調(diào)試； 液晶顯示接口(108)支持24位高彩屏，能夠提供美觀友好的用戶界面； 觸摸屏接口(109)和矩陣鍵盤接口(110)提供兩種不同的人機(jī)交互輸入方式； USB接口(111)可外插移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的備份；電源及復(fù)位電路(112)能夠提供穩(wěn)定的工作電壓和手動(dòng)復(fù)位功能，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行；安全控制電路(113)包括伺服開關(guān)和急停按鈕，提供保護(hù)措施，保障操作人員與機(jī)器 人的安全。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于焊接機(jī)器人的嵌入式示教編程裝置的控制方法，其特征 是所述中央處理器(101)的信息處理方法如下機(jī)器人示教模塊(205)實(shí)現(xiàn)設(shè)定機(jī)器人運(yùn)行的坐標(biāo)系和速度，并在特定的坐標(biāo)系下選 擇相應(yīng)的關(guān)節(jié)插補(bǔ)模式，以及是否需要顯示附加軸信息；文件編輯模塊(206)將所有的機(jī)器人指令進(jìn)行分類，通過菜單選擇和虛擬鍵盤的輸入方式，實(shí)現(xiàn)在文本區(qū)中對(duì)機(jī)器人的運(yùn)行邏輯、姿態(tài)順序、運(yùn)行速度、系統(tǒng)參數(shù)配置的編程和 記錄；文件管理模塊(207)負(fù)責(zé)管理機(jī)器人示教程序，包括新建、打開、保存、刪除、重命名等 操作，實(shí)現(xiàn)用戶通過模塊化方法來設(shè)計(jì)示教程序，并在不同文件中互相調(diào)用即可完成復(fù)雜 的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)；用戶管理模塊(208)通過不同的用戶級(jí)別設(shè)置，開放不同的硬件和軟件資源，實(shí)現(xiàn)對(duì) 用戶的權(quán)限加以區(qū)別，保證操作的安全性；通訊模塊(209)實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人本體控制器(211)的遠(yuǎn)程指令和數(shù)據(jù)交互，采用RS-485 串行總線和以太網(wǎng)兩種通訊方式，除硬件配置不同外，在通訊過程中均采用主/從模式； 輔助功能模塊(210)包括系統(tǒng)日志管理、輸入輸出和備份導(dǎo)入。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種用于焊接機(jī)器人的嵌入式示教編程裝置及方法。所述裝置包括核心板和接口板，其中核心板由中央處理器、外擴(kuò)存儲(chǔ)器和時(shí)鐘掉電保護(hù)電路組成，接口板由以太網(wǎng)接口、RS-485串行總線接口、RS-232接口、USB接口、液晶顯示接口、觸摸屏接口、矩陣鍵盤接口、JTAG接口、電源及復(fù)位電路和安全控制電路組成；所述方法包括機(jī)器人示教模塊、文件編輯模塊、文件管理模塊、用戶管理模塊、通訊模塊和輔助功能模塊。本發(fā)明具有集成度高、抗干擾能力強(qiáng)、人機(jī)交互友好、擴(kuò)展方便等特點(diǎn)，可以根據(jù)需要配置RS-485總線和以太網(wǎng)兩種通訊方式，能滿足對(duì)焊接機(jī)器人示教編程的需求。
文檔編號(hào)G09B25/02GK101833892SQ20101016213
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者萬威, 葉樺, 孫曉潔, 鮑婧 申請(qǐng)人:東南大學(xué)