專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于上下料機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床群信息無(wú)線傳輸?shù)南到y(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及上下料機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床群信息無(wú)線傳輸?shù)膯?wèn)題，具體地說(shuō)是建立基于ZigBee技術(shù)的上下料機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床群進(jìn)行無(wú)線通信的星型網(wǎng)絡(luò)，在該星型網(wǎng)絡(luò)中終端是數(shù)控機(jī)床，協(xié)調(diào)器是上下料機(jī)器人，傳遞的信息是數(shù)控機(jī)床的上下料信息。上下料信息的獲取通過(guò)霍爾傳感器結(jié)合脈沖檢測(cè)算法的方式。數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊通過(guò)霍爾傳感器獲取上下料信息并將信息發(fā)送出去，上下料機(jī)器人端ZigBee模塊接收到機(jī)床端的上下料信息后，分析處理該信息，并將信息和機(jī)床編號(hào)再通過(guò)RS232串口傳至上下料機(jī)器人控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著工廠自動(dòng)化水平的提高，服務(wù)于數(shù)控機(jī)床的上下料機(jī)器人應(yīng)用越來(lái)越廣泛?，F(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床和上下料機(jī)器人的信息傳輸方式主要是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的有線方式，工業(yè)機(jī)器人拖著長(zhǎng)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸線往往很不方便并且影響機(jī)器人整體的美觀。本發(fā)明采用用無(wú)線代替有線的方式進(jìn)行上下料機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床群之間多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)的信息傳輸，避免繁瑣的布線，有利于機(jī)器人的智能化和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種解決上下料機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床群進(jìn)行多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)信息無(wú)線傳輸?shù)姆椒跋到y(tǒng)，用于代替目前工業(yè)上下料機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息傳輸?shù)挠芯€方式。本發(fā)明所述用于上下料機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床群信息無(wú)線傳輸系統(tǒng)，由霍爾測(cè)轉(zhuǎn)速傳感器模塊、數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊、上下料機(jī)器人端ZigBee模塊和上下料信息串口發(fā)送模塊組成；霍爾測(cè)轉(zhuǎn)速傳感器模塊，包括多個(gè)霍爾測(cè)轉(zhuǎn)速傳感器，用于測(cè)量各數(shù)控機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成脈沖信號(hào)傳送給對(duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊；數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊，包括多個(gè)與霍爾測(cè)轉(zhuǎn)速傳感器對(duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊，是用于接收對(duì)應(yīng)的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖信號(hào)，經(jīng)脈沖檢測(cè)算法分析處理后轉(zhuǎn)化為上下料信息，并將上下料信息發(fā)送至上下料機(jī)器人端ZigBee模塊；上下料機(jī)器人端ZigBee模塊，是用于接收數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊發(fā)送的上下料信息；將信息按照先進(jìn)先出的原則按照機(jī)床編號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)；上下料信息串口傳送模塊，采用是RS232接口，是用于將上下料信息和相應(yīng)的機(jī)床編號(hào)以串口通信方式傳至上下料機(jī)器人控制系統(tǒng)。其中傳感器模塊采用的是霍爾式測(cè)主軸轉(zhuǎn)速傳感器，該傳感器可以將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成脈沖信號(hào)。傳感器分為霍爾探頭和磁鋼兩部分(如圖2所示)，磁鋼安裝在數(shù)控機(jī)床主軸表面并跟主軸一起旋轉(zhuǎn)，以提供產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的磁場(chǎng)環(huán)境。霍爾探頭通過(guò)電平轉(zhuǎn)化電路和數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊相連，當(dāng)主軸每旋轉(zhuǎn)一周，磁鋼通過(guò)離霍爾探頭最近的地方一次，霍爾傳感器向數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊輸出一次脈沖信號(hào)。數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊以德州儀器公司(TI)的CC2530芯片作為控制和通信芯片，并以德州儀器公司(TI)的Z-Stack協(xié)議棧作為操作系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊的功能是接收霍爾傳感器輸出的脈沖信號(hào)，經(jīng)脈沖檢測(cè)算法分析處理后轉(zhuǎn)化為上下料信息，并可以將上下料信息發(fā)送至上下料機(jī)器人端ZigBee模塊。脈沖檢測(cè)算法的核心是等間隔時(shí)間兩秒循環(huán)檢測(cè)輸入端的脈沖信號(hào)。如果在間隔兩秒時(shí)間內(nèi)均無(wú)脈沖信號(hào)輸入，則認(rèn)為數(shù)控機(jī)床主軸停止，此時(shí)發(fā)送數(shù)控機(jī)床的上下料信息。上下料機(jī)器人端ZigBee模塊亦采用CC2530作為控制和通信芯片，Z-stack協(xié)議棧作為操作系統(tǒng)。上下料機(jī)器人端ZigBee模塊和多個(gè)數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊共同構(gòu)成ZigBee星型網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)中，上下料機(jī)器人端ZigBee模塊作為協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)并接收上下料信息，數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊作為終端設(shè)備負(fù)責(zé)加入由協(xié)調(diào)器建立的星型網(wǎng)絡(luò)并發(fā)送上下料信息。上下料信息串口發(fā)送模塊采用RS232串口作為通訊協(xié)議。RS232是常見(jiàn)的串口通訊接口，在CC2530芯片和上下料機(jī)器人控制系統(tǒng)上都有此接口。通過(guò)此接口可以將上下料機(jī)器人端ZigBee模塊收到的上下料信息以串口通信方式傳至上下料機(jī)器人控制系統(tǒng)，以完成整個(gè)上下料信息傳輸任務(wù)。


圖1為無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)框架圖。圖2為霍爾傳感器安裝示意圖。圖3為脈沖檢測(cè)算法流程圖。圖4為上下料信息存儲(chǔ)方式圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本方案的具體實(shí)施方式
進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)框圖所示，本方法主要由四個(gè)模塊組成，分別是霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速模塊、數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊、上下料機(jī)器人端ZigBee模塊和上下料信息串口發(fā)送模塊組成。本方法包含多臺(tái)數(shù)控機(jī)床和一臺(tái)上下料機(jī)器人，每臺(tái)數(shù)控機(jī)床對(duì)應(yīng)一個(gè)霍爾傳感器和一個(gè)數(shù)控機(jī)床端ZigBee ;這臺(tái)上下料機(jī)器人的任務(wù)就是接收來(lái)自各個(gè)數(shù)控機(jī)床的上下料的信息，并將信息經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)處理后，對(duì)相應(yīng)的數(shù)控機(jī)床完成上料和下料動(dòng)作。為了方便可靠的傳輸數(shù)控機(jī)床的上下料信息，本方案舍棄了以往的信息點(diǎn)對(duì)點(diǎn)有線傳輸方式，借助于ZigBee無(wú)線通信協(xié)議和霍爾測(cè)轉(zhuǎn)速傳感器搭建了信息多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)無(wú)線傳輸?shù)男切途W(wǎng)絡(luò)。方案的核心和難點(diǎn)在于霍爾傳感器要準(zhǔn)確采集數(shù)控機(jī)床的上下料信息和避免多個(gè)數(shù)控機(jī)床同時(shí)向上下料機(jī)器人發(fā)送信息時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。為此在方案采用了脈沖檢測(cè)算法(如圖3所示)，該算法間隔循環(huán)兩秒檢測(cè)輸入端的脈沖信號(hào)，可以準(zhǔn)確地獲取數(shù)控機(jī)床的上下料信息。同時(shí)，方案在上下料信息的存儲(chǔ)方式上選用先進(jìn)先出原則(如圖4所示)，并通過(guò)檢測(cè)上下料機(jī)器人的工作狀態(tài)選擇信息傳至上下料機(jī)器人控制系統(tǒng)的時(shí)間，這樣就可以避免當(dāng)多個(gè)數(shù)控機(jī)床同時(shí)需要進(jìn)行上下料工序時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突，做到先發(fā)出信息的數(shù)控機(jī)床先上下料，從而保證工廠正常的生產(chǎn)節(jié)拍。
權(quán)利要求
1.一種用于上下料機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床群信息無(wú)線傳輸?shù)南到y(tǒng)，其特征在于，由霍爾測(cè) 轉(zhuǎn)速傳感器模塊、數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊、上下料機(jī)器人端ZigBee模塊和上下料信息串口發(fā)送模塊組成；霍爾測(cè)轉(zhuǎn)速傳感器模塊，包括多個(gè)霍爾測(cè)轉(zhuǎn)速傳感器，用于測(cè)量各數(shù)控機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成脈沖信號(hào)發(fā)送給對(duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊；數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊，包括多個(gè)與霍爾測(cè)轉(zhuǎn)速傳感器對(duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊，用于接收對(duì)應(yīng)的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖信號(hào)，經(jīng)脈沖檢測(cè)算法分析處理后轉(zhuǎn)化為上下料信息，并將上下料信息發(fā)送至上下料機(jī)器人端ZigBee模塊；上下料機(jī)器人端ZigBee模塊，是用于接收數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊發(fā)送的上下料信息；將信息按照先進(jìn)先出的原則按照機(jī)床編號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)；上下料信息串口傳送模塊，采用是RS232接口，是用于將上下料信息和相應(yīng)的機(jī)床編號(hào)以串口通信方式傳至上下料機(jī)器人控制系統(tǒng)。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述霍爾測(cè)轉(zhuǎn)速傳感器模塊，是一種測(cè)量主軸轉(zhuǎn)速的霍爾式傳感器，該傳感器由磁鋼和探頭兩部分組成，磁鋼安裝在機(jī)床主軸上，探頭通過(guò)電平轉(zhuǎn)化電路與數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊相連；當(dāng)機(jī)床主軸每旋轉(zhuǎn)一次，傳感器即發(fā)送一次脈沖信號(hào)給數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖檢測(cè)算法是等間隔時(shí)間兩秒循環(huán)檢測(cè)輸入端的脈沖信號(hào)，當(dāng)在兩秒時(shí)間內(nèi)均檢測(cè)不到脈沖信號(hào)輸入時(shí)，則認(rèn)為數(shù)控機(jī)床主軸停止，此時(shí)便發(fā)送數(shù)控機(jī)床的上下料信息。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述的上下料機(jī)器人端ZigBee模塊獲取多臺(tái)數(shù)控機(jī)床發(fā)出的上下料信息，并將信息按照機(jī)床的編號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，如果程序檢測(cè)到上下料機(jī)器人處于空閑狀態(tài)，便將上下料信息按先進(jìn)先出的原則發(fā)給上下料機(jī)器人的控制系統(tǒng)；上下料機(jī)器人在收到信息的同時(shí)，也可以收到該信息所包含的機(jī)床編號(hào)；上下料機(jī)器人通過(guò)解析信息的內(nèi)容，按照機(jī)床的編號(hào)，找到相應(yīng)的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行上料和下料動(dòng)作。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述上下料信息串口傳送模塊，用于將上下料信息通過(guò)編碼，按照符合RS232串口的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，將上下料信息傳輸給上下料機(jī)器人的控制系統(tǒng)。
6.一種用于上下料機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床群信息無(wú)線傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，包括下述步驟: (1)霍爾測(cè)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量數(shù)控機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成脈沖信號(hào)傳送給對(duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊； (2)各數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊接收對(duì)應(yīng)的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖信號(hào)，經(jīng)脈沖檢測(cè)算法分析處理后轉(zhuǎn)化為上下料信息，并將上下料信息發(fā)送至上下料機(jī)器人端ZigBee模塊； (3)上下料機(jī)器人端ZigBee模塊接收傳來(lái)的上下料信息，將信息按照先進(jìn)先出的原則按照機(jī)床編號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)； (4)上下料信息串口發(fā)送模塊將數(shù)控機(jī)床的上下料信息和相應(yīng)的機(jī)床編號(hào)以串口通信方式傳至上下料機(jī)器人控制系統(tǒng)，完成整個(gè)的上下料信息傳輸任務(wù)。
全文摘要
本專(zhuān)利公布了一種用于上下料機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床群信息無(wú)線傳輸?shù)南到y(tǒng)和方法。該系統(tǒng)系統(tǒng)由四個(gè)模塊組成，分別是霍爾測(cè)轉(zhuǎn)速傳感器模塊、數(shù)控機(jī)床端ZigBee模塊、上下料機(jī)器人端ZigBee模塊和上下料信息串口發(fā)送模塊。采用霍爾式測(cè)主軸轉(zhuǎn)速傳感器采集上下料信息，ZigBee作為通信協(xié)議，搭建數(shù)控機(jī)床群和上下料機(jī)器人進(jìn)行上下料信息無(wú)線傳輸?shù)男切途W(wǎng)絡(luò)。硬件上選用德州儀器公司(TI)生產(chǎn)的CC2530芯片作為控制和通信芯片，軟件上選用德州儀器公司(TI)的Z-Stack協(xié)議棧作為操作系統(tǒng)。系統(tǒng)的特點(diǎn)是用無(wú)線傳輸代替現(xiàn)有的有線方式實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床群和上下料機(jī)器人之間的上下料信息傳輸，避免了生產(chǎn)車(chē)間繁瑣的布線。
文檔編號(hào)G05B19/414GK103105823SQ20121057248
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者顧寄南, 楊尹, 王廉 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)