本發(fā)明涉及自動(dòng)化控制領(lǐng)域，尤其涉及一種工業(yè)應(yīng)用教學(xué)機(jī)器人控制方法。

背景技術(shù)：

工業(yè)機(jī)器人是一種對(duì)生產(chǎn)條件和生產(chǎn)環(huán)境適應(yīng)性和靈活性很強(qiáng)的自動(dòng)化設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定提高產(chǎn)品品質(zhì)、提高生產(chǎn)效率和改善勞動(dòng)條件起著十分重要的作用。由于機(jī)器人是一種能適應(yīng)產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的柔性自動(dòng)化設(shè)備，所以它的應(yīng)用大大縮短了新產(chǎn)品的換產(chǎn)周期，從而提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在當(dāng)代工業(yè)技術(shù)中，工業(yè)生產(chǎn)日益趨向柔性自動(dòng)化方向發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)革命一個(gè)重要組成部分，許多繁重、重復(fù)單調(diào)、有毒、有害和危險(xiǎn)的作業(yè)已由機(jī)器人來(lái)完成，生產(chǎn)的自動(dòng)化程序大為提高，出現(xiàn)了許多無(wú)人車(chē)間和無(wú)人工廠，產(chǎn)品品質(zhì)、生產(chǎn)效率和企業(yè)對(duì)市場(chǎng)快速應(yīng)變能力的提高，促使生產(chǎn)力快速發(fā)展。目前工業(yè)機(jī)器人已廣泛地用于汽車(chē)、機(jī)械加工、電子和塑料制品等工業(yè)領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊、點(diǎn)焊、裝配、噴涂和搬運(yùn)等作業(yè)用的工業(yè)機(jī)器人都已被大量地采用。

目前，國(guó)內(nèi)的機(jī)器人教學(xué)通常通過(guò)采購(gòu)品牌工業(yè)機(jī)器人作為教學(xué)平臺(tái)，這就出現(xiàn)幾個(gè)問(wèn)題：1)一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人動(dòng)輒十幾到二十幾萬(wàn)，例如以五臺(tái)工業(yè)機(jī)器人為基數(shù)建設(shè)一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，單機(jī)器人的采購(gòu)成本就要近百萬(wàn)之多。2)場(chǎng)地(占地面積)占用大，僅以8公斤六軸機(jī)器人為例，一臺(tái)機(jī)器人需占用4平方米，加上安全防護(hù)設(shè)施，至少占用6平方米的面積。3)安全防護(hù)建設(shè)：六軸工業(yè)機(jī)器人的使用對(duì)安全防護(hù)要求非常高，工程建設(shè)需要不少的工程資金的投入。4)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)性及自由度：由于各大工業(yè)機(jī)器人制造廠商所生產(chǎn)的機(jī)器人控制系統(tǒng)自成體系，很多技術(shù)沒(méi)有開(kāi)放。所以學(xué)會(huì)一種品牌的機(jī)器人操作，并不一定會(huì)操作其它品牌機(jī)器人。更不利于對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)，因此，亟需一種新的機(jī)器人教學(xué)系統(tǒng)及控制方法，以克服上述技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種工業(yè)應(yīng)用教學(xué)機(jī)器人控制方法，已解決上述技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明提供的工業(yè)應(yīng)用教學(xué)機(jī)器人控制方法，包括

a.將機(jī)器人固定于教學(xué)平臺(tái)，

b.控制單元通過(guò)總線與驅(qū)動(dòng)單元連接，通過(guò)控制單元讀取機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并操作機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到指定位置點(diǎn)，

c.建立并填寫(xiě)配方表，通過(guò)配方表編輯機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行的動(dòng)作，

d.控制機(jī)器人進(jìn)入自動(dòng)模式，自動(dòng)模式包括單次工作方式和循環(huán)工作方式。

進(jìn)一步，所述機(jī)器人為六軸機(jī)器人，分別對(duì)六軸機(jī)器人每個(gè)軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，控制任意一個(gè)軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到需要進(jìn)行示教的示教點(diǎn)時(shí)，記錄當(dāng)前示教點(diǎn)的位置，并編輯自動(dòng)運(yùn)行的動(dòng)作。

進(jìn)一步，控制單元通過(guò)CANopen總線與驅(qū)動(dòng)單元連接，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)對(duì)六軸機(jī)器人的每個(gè)軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

進(jìn)一步，將總線型驅(qū)動(dòng)器分別與對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)連接，通過(guò)教學(xué)終端設(shè)備控制任意一個(gè)軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到需要進(jìn)行示教的示教點(diǎn)時(shí)，記錄當(dāng)前示教點(diǎn)的位置，并編輯自動(dòng)運(yùn)行的動(dòng)作，如設(shè)置的動(dòng)作為斷點(diǎn)，則在進(jìn)行工具作業(yè)完成后返回?cái)帱c(diǎn)，繼續(xù)下面的動(dòng)作，示教完成后自動(dòng)建立配方表)，根據(jù)配方表所記錄的位置參數(shù)、速度參數(shù)及斷點(diǎn)參數(shù)(工具)自動(dòng)運(yùn)行并完成示教中的所有動(dòng)作。。

進(jìn)一步，所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括位置坐標(biāo)參數(shù)、速度參數(shù)和斷點(diǎn)參數(shù)。

進(jìn)一步，電后重新上電、復(fù)位或首次控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)控制單元重新確定基準(zhǔn)位置點(diǎn)，所述基準(zhǔn)位置點(diǎn)可以自由設(shè)定。

進(jìn)一步，確定基準(zhǔn)位置點(diǎn)并設(shè)定完所有的示教點(diǎn)的動(dòng)作后，通過(guò)控制單元設(shè)定機(jī)器人沿設(shè)定的示教點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)方式，運(yùn)動(dòng)方式包括一次性運(yùn)動(dòng)或循環(huán)運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中可以重新設(shè)置基準(zhǔn)位置點(diǎn)，當(dāng)本次運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，機(jī)器人回到新設(shè)置的基準(zhǔn)位置點(diǎn)。

進(jìn)一步，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度包括加速、勻速和減速。

進(jìn)一步，當(dāng)機(jī)器人的控制單元和驅(qū)動(dòng)單元發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)教學(xué)終端設(shè)備進(jìn)行報(bào)警。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的工業(yè)應(yīng)用教學(xué)機(jī)器人控制方法，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)性好，自由度高，便于進(jìn)行機(jī)器人的教學(xué)的開(kāi)展，使學(xué)生可以掌握通用的原理，從而掌握機(jī)器人操作控制技術(shù)，更加利于對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，本發(fā)明具有成本低廉，占地面積小，實(shí)用性強(qiáng)，安全性高，教學(xué)效果明顯的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1是本發(fā)明的原理示意圖。

圖2是本發(fā)明的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：圖1是本發(fā)明的原理示意圖，圖1是本發(fā)明的原理示意圖。

本實(shí)施例中的工業(yè)應(yīng)用教學(xué)機(jī)器人控制方法，包括

a.將機(jī)器人固定于教學(xué)平臺(tái)，

b.控制單元通過(guò)總線與驅(qū)動(dòng)單元連接，通過(guò)控制單元讀取機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并操作機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到指定位置點(diǎn)，

c.建立并填寫(xiě)配方表，通過(guò)配方表編輯機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行的動(dòng)作，

d.控制機(jī)器人進(jìn)入自動(dòng)模式，自動(dòng)模式包括單次工作方式和循環(huán)工作方式。

機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度包括加速、勻速和減速。

當(dāng)機(jī)器人的控制單元和驅(qū)動(dòng)單元發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)教學(xué)終端設(shè)備進(jìn)行報(bào)警。

在本實(shí)施例中，機(jī)器人本體如圖1所示，機(jī)器人本體為六軸機(jī)器人，機(jī)器人可以沿圖中標(biāo)識(shí)的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，本實(shí)施例中，控制單元通過(guò)CANopen總線與驅(qū)動(dòng)單元連接，所述控制單元至少包括用于設(shè)置或修改機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式的教學(xué)終端設(shè)備和用于控制驅(qū)動(dòng)單元的控制模塊，所述教學(xué)終端設(shè)備至少包括中央處理器、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊和輸入模塊，所述顯示模塊的輸入端與中央處理器的輸出端連接，所述輸入模塊的輸出端與中央處理器的輸入端連接，所述控制模塊包括主控制器和分控制器，主控制器與分控制器連接，所述分控制器為多個(gè)，在本實(shí)施例中分控制器為6個(gè)，分別用于控制J1-J6六個(gè)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，本實(shí)施例通過(guò)步進(jìn)電機(jī)對(duì)所述六軸機(jī)器人的每個(gè)軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)總線型驅(qū)動(dòng)器分別與對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)連接，再通過(guò)教學(xué)終端設(shè)備控制任意一個(gè)軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，本實(shí)施例中采用HMI觸模屏人機(jī)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到需要進(jìn)行示教的示教點(diǎn)時(shí)，記錄當(dāng)前示教點(diǎn)的位置，并編輯自動(dòng)運(yùn)行的動(dòng)作，如果設(shè)置的動(dòng)作為斷點(diǎn)，進(jìn)行工具作業(yè)，完成后返回?cái)帱c(diǎn)，繼續(xù)下面的動(dòng)作，各運(yùn)動(dòng)點(diǎn)都示教后，自動(dòng)建立配點(diǎn)表，自動(dòng)運(yùn)行會(huì)根據(jù)配方表所記錄的位置參數(shù)、速度參數(shù)及斷點(diǎn)參數(shù)(工具)完成示教中的所有動(dòng)作。

在本實(shí)施例中，采用施耐德嵌入式計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，主控制器采用M241(嵌入式控制系統(tǒng))，本體有通用串行接口，CANopen通訊接口，以太網(wǎng)通訊接口，本實(shí)施例可以支持以下IEC61131-3編程語(yǔ)言：IL：指令表(類(lèi)似匯編語(yǔ)言)；ST：結(jié)構(gòu)化方本(類(lèi)似計(jì)算機(jī)的高級(jí)語(yǔ)言)；FBD：功能塊圖，CFC：連續(xù)功能塊圖(類(lèi)似微電子技術(shù)中的原理圖設(shè)計(jì))；SFC：順序功能圖；LD：梯形圖，并集成了可以支撐自動(dòng)化控制中的HMI、伺服、變頻等多種硬件，所以在實(shí)際應(yīng)用中可以帶來(lái)高效、柔性和開(kāi)放的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)功能強(qiáng)大，采購(gòu)成本卻非常低。六軸采用深圳步科的FM860步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器是步科電氣最新推出的一種帶總線協(xié)議的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，適合驅(qū)動(dòng)各種品牌的兩相或三相混合式步進(jìn)電機(jī)。根據(jù)具體要求選擇：脈沖/方向、內(nèi)部運(yùn)動(dòng)控制、CANopen、Modbus、EtherNet/IP、RS232/RS485，優(yōu)選地，本實(shí)施例采用選擇CANopen高速總線。本實(shí)施例中的教學(xué)機(jī)器人綜合考慮多種因素，選用行星減速機(jī)，在國(guó)內(nèi)，行星減速機(jī)制造工藝及技術(shù)非常成熟，成本很低，并且可以做到小型化，精度足以能夠達(dá)到教學(xué)機(jī)器人的技術(shù)要求。工業(yè)用多關(guān)節(jié)機(jī)器人電機(jī)都采用帶絕對(duì)式編碼器的伺服電機(jī)，伺服電機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以很好地構(gòu)建位置模式的閉環(huán)控制系統(tǒng)(半閉環(huán)控制)，轉(zhuǎn)矩變化不會(huì)造成運(yùn)動(dòng)丟步，控制精度及重復(fù)精度都可以做到很高，缺點(diǎn)是成本太高?？紤]到教學(xué)機(jī)器人不需要長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度、高穩(wěn)定性作業(yè)，所以本教學(xué)機(jī)器人選用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)配上深圳步科的全數(shù)字式、帶高速通訊總線的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器FM860構(gòu)建成運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)是成本很低，控制方便，控制精度可以通過(guò)FM860驅(qū)動(dòng)器參數(shù)高級(jí)配置得到較大的提高。

在本實(shí)施例中，控制單元還包括用于連接外圍設(shè)備的外部接口單元，掉電后重新上電、復(fù)位或首次控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要通過(guò)控制單元確定基準(zhǔn)位置點(diǎn)，所述基準(zhǔn)位置點(diǎn)可以自由設(shè)定。由于工業(yè)機(jī)器人控制器組件特別多，廠商僅部分提供接口定義，一般不提供原理圖等硬件資料。用戶(hù)使用、維護(hù)都十分困難，設(shè)備出問(wèn)題都要供應(yīng)商(或廠商)派人到現(xiàn)場(chǎng)解決。對(duì)于自動(dòng)化流水生產(chǎn)線，由于時(shí)間的延誤等原因，將會(huì)給用戶(hù)造成較大的損失。另外由于各品牌廠商的系統(tǒng)相互獨(dú)立，互不兼容，不能互換，而本教學(xué)機(jī)器人的整個(gè)系統(tǒng)是通過(guò)CANopen高速通訊線將控制系統(tǒng)與各組件(如六軸步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器等)連接在一起。M241本體的硬件資源都可以靈活的使用，而且可以根據(jù)工程項(xiàng)目的需要靈活插入擴(kuò)展模塊：離散量I/O模塊、模擬量I/O模塊、安全模塊、總線擴(kuò)展模塊等多種豐富的擴(kuò)展模塊，本實(shí)施例中的控制單元使用了通用型PLC(施耐德的M241)，提供通用性很強(qiáng)的庫(kù)文件和功能塊。有一定電氣控制理論和軟件基礎(chǔ)的技術(shù)員經(jīng)過(guò)短時(shí)間的培訓(xùn)就可以根據(jù)自已需要設(shè)計(jì)機(jī)器人系統(tǒng)，由于采用的是通用的控制器，所以開(kāi)發(fā)性很好。

在本實(shí)施例中，教學(xué)機(jī)器人操作程序不用編寫(xiě)，而是通過(guò)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)表的方式，在HMI(人機(jī)界面)→進(jìn)入示教模式→示教運(yùn)動(dòng)六個(gè)軸的任何軸并在速度框內(nèi)輸出運(yùn)動(dòng)速度→按下寫(xiě)入，即將當(dāng)前示教點(diǎn)的位置、速度等參數(shù)填入表中，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度包括加速、勻速和減速。

本實(shí)施例中的控制單元通過(guò)CANopen總線與驅(qū)動(dòng)單元連接，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)對(duì)所述六軸機(jī)器人的每個(gè)軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，每個(gè)分控制器分別與對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)連接，通過(guò)教學(xué)終端設(shè)備控制任意一個(gè)軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到需要進(jìn)行示教的示教點(diǎn)時(shí)，記錄當(dāng)前示教點(diǎn)的位置，并編輯自動(dòng)運(yùn)行的動(dòng)作，自動(dòng)運(yùn)行的動(dòng)作包括記錄當(dāng)前位置點(diǎn)、設(shè)置運(yùn)動(dòng)速度和斷點(diǎn)。電后重新上電、復(fù)位或首次控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要通過(guò)控制單元確定基準(zhǔn)位置點(diǎn)，所述基準(zhǔn)位置點(diǎn)可以自由設(shè)定。確定基準(zhǔn)位置點(diǎn)并設(shè)定完所有的示教點(diǎn)的動(dòng)作后，通過(guò)控制單元設(shè)定機(jī)器人沿設(shè)定的示教點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)方式，運(yùn)動(dòng)方式包括一次性運(yùn)動(dòng)或循環(huán)運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中可以重新設(shè)置基準(zhǔn)位置點(diǎn)，當(dāng)本次運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，機(jī)器人回到新設(shè)置的基準(zhǔn)位置點(diǎn)。

在本實(shí)施例中，可以通過(guò)按示教模式按鈕，進(jìn)入示教模式界面，點(diǎn)示教運(yùn)動(dòng)速度(iSpeed_Manual)，需要運(yùn)動(dòng)哪個(gè)軸，只需對(duì)應(yīng)軸的正/反軸按鈕，機(jī)器人對(duì)應(yīng)軸將以設(shè)定的示教運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)，松開(kāi)就停止運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到一個(gè)目標(biāo)位置時(shí)，點(diǎn)擊自動(dòng)運(yùn)行時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度框(Table_axis_Speed)輸入速度值，再點(diǎn)寫(xiě)表按鈕，這樣就把機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到這個(gè)目標(biāo)位置的相關(guān)參數(shù)寫(xiě)到參數(shù)表中。在各種模式下，進(jìn)入?yún)?shù)畫(huà)面，都可以查看各個(gè)目標(biāo)位置的相關(guān)參數(shù)(主要包括位置坐標(biāo)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)速度參數(shù)等)，并且可以在線(運(yùn)動(dòng)過(guò)程中)修改這些參數(shù)。由于工業(yè)機(jī)器人的各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸均采用帶絕對(duì)式編碼器的伺服電機(jī)，所以系統(tǒng)在停電或出現(xiàn)異常，機(jī)器人的當(dāng)前位置參數(shù)控制系統(tǒng)都能讀取。而教學(xué)機(jī)器人是開(kāi)環(huán)式控制方式，選用的是步進(jìn)電機(jī)，所以系統(tǒng)在停電或出現(xiàn)異常，再次上電或復(fù)位后，系統(tǒng)不會(huì)知道機(jī)器人位置參數(shù)，需要重新進(jìn)行基準(zhǔn)坐標(biāo)的確認(rèn)工作，用戶(hù)可以控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，選擇任意位置作為基準(zhǔn)位置。也就是在機(jī)器人本體上不安裝任何零位傳感器，另外，由于工業(yè)機(jī)器人是通過(guò)示教器編寫(xiě)或調(diào)用專(zhuān)門(mén)的功能程序，工業(yè)機(jī)器人的操作程序設(shè)計(jì)是通過(guò)與機(jī)器人配套的示教器進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，程序格式、語(yǔ)言還沒(méi)有統(tǒng)一。作業(yè)操作者，會(huì)一種品牌機(jī)器人的程序設(shè)計(jì)，不一定會(huì)另一種品牌機(jī)器人的程序設(shè)計(jì)。而本實(shí)施例中的教學(xué)機(jī)器人是通過(guò)參數(shù)表中設(shè)置斷點(diǎn)，并通過(guò)系統(tǒng)程序選用六種編程語(yǔ)言(LD、SFC、FBD、CFC、ST、IL)的一種或多種語(yǔ)言混合編寫(xiě)，設(shè)計(jì)人員或教學(xué)人員根據(jù)對(duì)機(jī)器人安裝的工具(手指)或第三方工具的動(dòng)作理解，自由發(fā)揮地編寫(xiě)，開(kāi)發(fā)性極高，沒(méi)有任何限制，優(yōu)選地，可以采用移動(dòng)教學(xué)終端設(shè)備進(jìn)行對(duì)機(jī)器人的操作，當(dāng)機(jī)器人發(fā)生故障時(shí)，可以進(jìn)行報(bào)警，避免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。