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CN112847300A - 一种基于移动工业机器人示教器的示教系统及其示教方法 - Google Patents

一种基于移动工业机器人示教器的示教系统及其示教方法 Download PDF

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CN112847300A CN202011512319.4A CN202011512319A CN112847300A CN 112847300 A CN112847300 A CN 112847300A CN 202011512319 A CN202011512319 A CN 202011512319A CN 112847300 A CN112847300 A CN 112847300A
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段宗方
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Abstract

本发明公开了一种基于移动工业机器人示教器的示教系统及其示教方法，微处理器作为本示教器示教系统的嵌入式设备的控制中枢，移动工业机器人的移动路径坐标；示教器调试模块是PC完成，实现示教器系统的功能编程与示教器系统功能调试测试；PC是对示教器系统进行编程和功能调试及测试示教器功能程序；LCD触屏模块是实现示教器人机交互：工控机是移动工业机器人是的数据分析系统，工控机是对移动工业机器人的传感器采集数据分析后，工控机的功能是提高移动工业机器人在移动路径规划是的数据运算能力。本发明有益于实现示教器与移动工业机器人的人机交互体验，提高示教器操作人员的操作适应性，有利于示教器在更复杂的场所对移动工业机器人进行示教。

Description

一种基于移动工业机器人示教器的示教系统及其示教方法
技术领域
本发涉及移动工业机器人的路径示教领域，尤其基于移动工业机器人的嵌入式示教系统。
背景技术
随着移动工业机器人的应用领域在仓库物流调度、物资搬运等复杂应用场景的广泛应用，移动工业机器人的移动路径越来越复杂。示教器作为移动工业机器人人机交互的重要工具，示教器具有对移动工业机器人路径规划、路径示教等功能，使移动工业机器人完成既定任务。现有示教器系统的设计主要还是基于移动工业机器人的个体半自动化和自动化示教。
于2020年2月7日公布的中国专利申请公布号为CN 110757461 A的专利文献公开了一种移动工业机器人示教器的控制系统模块：中央处理器、操作面板、通信接口、存储器、轴控制器、示教编程器、数模转换器、传感器接口等。虽然在论述中提出一种移动工业机器人的自动化示教方式，但没有具体指出对移动工业机器人的自主智能化示教功能和示教路径的自主智能的规划功能。
于2019年7月23日公布的中国专利申请公布号为CN 209140892 U的专利文献公开了一种机器人自动示教系统是以示教系统作为机器人内部控制系统的负载，是作为个体机器人的一部分完成示教功能，没有体现出示教器系统和机器人实际使用过程的灵活性，而且本专利论述的一种机器人自动示教系统的示教过程是机械的直线化路径规划，缺乏路径示教的灵活性、自主化、智能化。
于2019年6月25日公布的中国专利申请公布号为CN 109927056 A的专利文献公开了一种基于手动杆三维坐标的机器人示教器，作为一种手动三维坐标的机器人示教器，操作直观简便是优点，但操作机械，无法保证示教的灵活和自动化。
目前看到的公开专利文献主要是基于自动、半自动的适用与机器人个体的示教器，鲜有匹配基于移动工业机器人的嵌入式智能化示教系统陈述。
发明内容
本发明的目的在于提供一种移动工业机器人的嵌入式智能化示教系统，其能满足匹配移动工业机器人的示教需求。为了实现本示教器系统对移动工业机器人的自主化智能化路径示教功能，本发明提供了一种基于移动工业机器人示教器的示教系统及其方法。主要实现功能包括：微处理器作为本示教器示教系统的嵌入式设备的控制中枢；SD卡数据存储移动工业机器人初始化坐标信息，移动工业机器人的移动路径坐标，二维化坐标信息，以及移动工业机器人相关传感器反馈的信息；示教器调试模块主要是PC完成，实现示教器系统的功能编程与示教器系统功能调试、测试；PC主要是对示教器系统进行编程和功能调试及测试示教器功能程序；LCD触屏模块是实现示教器人机交互，对移动工业机器人示教功能的主要操作都在LCD触屏模块实现：包括示教器的触屏按键控制，数据存储显示，连接方式确认，调试方式确认，对移动工业机器人示教算法的选择等功能的实现；示教器通信模块是指示教器和移动工业机器人的通信与数据交互方式，主要是采用ES8266无线通信模块完成移动工业机器人在示教器触屏按键的手动示教，以及通过示教器触屏选择对应算法实现移动工业机器人的自主示教；工控机是移动工业机器人是的数据分析系统，工控机是对移动工业机器人的传感器采集数据分析后，与示教器所包含的算法库函数算法进行匹配的计算模块，工控机的主要功能是提高移动工业机器人在移动路径规划是的数据运算能力。
为实现上述功能和目的，本发明采取的具体方案是一种基于移动工业机器人示教器的示教系统及其方法，该示教器系统参考附图1，主要包含硬件模块：微处理器(1)位于本示教器系统的核心位置，是控制系统任务调度和匹配的中枢；示教器调试模块(2)用于和PC在线调试(3)时的示教器系统的调试任务；PC在线调试(3)是通过PC的相关嵌入式开发软件，编写本示教器系统的应用程序，并通过示教器调试模块(2)对本示教器系统进行调试和应用程序下载；SD卡数据存储(4)主要用于示教坐标的数据存储，示教坐标系的数据，来自移动工业机器人控制器采集的数据；LCD触屏模块(5)主要是用于人机交互示教功能，主要是示教软件功能的可视化呈现；示教通信模块(6)主要用于示教器系统和移动工业机器人的通信数据交互，以及工控机(7)的数据交互；工控机(7)是用于本示教器系统在移动工业机器人通过算法示教时的路径数据分析，属于选用模块；控制器(8)是移动工业机器人的控制模块，用于控制移动工业机器人的移动以及移动工业机器人搭载的传感器数据采集和上传；移动工业机器人(9)是本示教器要应用的目标。
根据附图2，LCD触屏模块(5)的功能是实现示教器系统的人机交互功能：算法库函数(51)是实现示教器系统智能示教，移动工业机器人自主移动的轨迹示教；SD卡数据存储(4)在LCD触屏模块(5)上显示SD卡存储数据类型，二维坐标系路径规(52)，触屏字符输入(53)，坐标设置(54)数据；二维坐标系路径规划(52)是在LCD触屏模块(5)显示二维坐标系的路径规划坐标；触屏字符输入(53)是在LCD触屏模块(5)上触屏输入二维坐标系路径规划(52)、坐标设置(54)的坐标信息，SD卡数据存储(4)信息等；坐标设置(54)是在LCD触屏模块(5)上由触屏字符输入(53)确认移动工业机器人的初始化坐标信息；连接确认(55)是在LCD触屏模块(5)确认移动工业机器人(9)的连接状态；触摸屏按键控制(56)是在LCD触屏模块(5)上实现移动工业机器人(9)的移动控制；调试确认(57)PC在线调试(3)与示教器系统的连接状态。
根据附图3，算法库函数(53)是在本示教器示教系统中实现移动工业机器人的智能路径示教功能，实现移动工业机器人路径规划的自动移动；本示教器系统选用的示教算法有PID算法(511)，A星算法(512)，遗传算法(513)。算法库函数(53)根据控制器(8)采集的移动工业机器人(9)所搭载传感器数据，移动工业机器人(9)所在的移动场景，匹配所需要用的算法，实现移动工业机器人(9)的智能示教自动移动。
根据附图4，触摸屏按键控制(56)包含向前移动(561)，向右移动(562)，向后移动(563)，向左移动(564)等四个方向按键实现移动工业机器人(9)的手动示教，控制移动工业机器人(9)的移动路径。
根据附图5，微处理器(1)是示教系统的任务调度和匹配的中枢；示教器通信模块(6)是示教器与移动工业机器人(9)的控制器(8)主要通信方式无线通信(61)；在触屏按键控制(56)时，实现示教器通信模块(6)，无线通信(61)，控制器(8)，实现对移动工业机器人(9)的移动路径控制；微处理器(1)，示教器通信模块(6)，无线通信(61)，算法库函数(51)作用于工控机(7)，控制器(8)，SD卡数据存储(4)传输至工控机(7)，实现移动工业机器人(9)的移动路径自动化智能化示教。
根据附图6，移动工业机器人(9)搭载许多传感器以供控制器(8)模块采集其他采集数据模块(91)，超声波测距传感器(92)，红外传感器(93)等传感器模块数据。
本发明的有益效果是：
(1)本示教器系统的触摸屏控制模块采取触屏按键控制，有益于实现示教器与移动工业机器人的人机交互体验，提高示教器操作人员的操作适应性。
(2)本示教器系统的示教通信模块是采用无线通信模式，有利于示教器在更复杂的场所对移动工业机器人进行示教。
(3)工控机模块是示教器功能拓展的搭载模块，有益于示教器提高示教功能，适应更加复杂功能的移动工业机器人的路径示教任务。
附图说明
图1为根据本发明的移动工业机器人示教器的硬件系统组成示意图；
图2为根据本发明的移动工业机器人示教系统的LCD触屏人机交互系统示意图；
图3为根据本发明的移动工业机器人示教系统的算法库函数示意图；
图4为根据本发明的移动工业机器人示教系统的触摸按键控制操作示意图；
图5为根据本发明的移动工业机器人示教系统与移动工业机器人的通信模块示意图；
图6为根据本发明的移动工业机器人示教系统的移动工业机器人传感器模块示意图；
图7位根据本发明的移动工业机器人示教系统的软件系统数据流程图；
图中：
1、微处理器；
2、示教器调试模块；
3、PC在线调试；
4、SD卡数据存储；
5、LCD触屏模块，51、算法库函数，52、二维坐标系路径规划，53、触屏字符输入，54、坐标设置,55、连接确认,56、触摸屏按键控制，57、调试确认；511、PID算法，512、A星算法,513、遗传算法；561、向前移动，562、向右移动,563、向后移动,564、向左移动；
6、示教器通信模块，61、无线通信；
7、工控机；
8、控制器；
9、移动工业机器人，91、其他采集数据模块，92、超声波测距传感器，93、红外传感器。
具体实施方式
参照图1-7所示。根据本发明的移动工业示教机器人系统包括：微处理器(1)，示教器调试模块(2)搭载在微处理器(1)为示教器系统任务调度和匹配核心的控制板上；PC在线调试(3)通过示教器调试模块(2)与微处理器(1)连接，实现对示教器系统的功能程序的下载和功能调试；SD数据存储模块(4)搭载于微处理器(1)所在核心板上，实现示教器系统示教过程中坐标数据的存储；LCD触屏模块(5)搭载于微处理器(1)所在核心板上，实现主要交互功能算法库函数(51)类型PID算法(511)，A星算法(512)，遗传算法(513)的选择；SD卡数据存储(4)的显示，二维坐标系路径规划(52)的建立，触屏字符输入(53)功能，坐标设置(54)初始化，连接确认(55)，与移动工业机器人(9)的连接确认，触摸屏按键(56)控制功能，触屏控制移动工业机器人(9)的移动，调试确认(57)；示教器通信模块(6)是实现与工控机(7)、控制器(8)的指令和数据的交互，工控机(7)主要是提高数据的运算处理能力，控制器(8)是移动工业机器人(9)的控制模块，主要是控制移动工业机器人的移动和传感器数据的采集，移动工业机器人(9)搭载了各种传感器模块，确保移动工业机器人的移动过程中避免路障，适应复杂移动场景。
进一步说明，LCD触摸屏按键控制(56)，是在LCD触屏(5)上建立向前移动(561)，向右移动(562)，向后移动(563)，向左移动(564)的触屏控制移动工业机器人(9)的路径移动轨迹。
进一步说明，微处理器(1)通过示教器通信模块(6)，即无线通信(61)实现对移动工业机器人(9)的控制器(8)以及工控机(7)进行指令和数据交互。
进一步说明，控制器(8)采集的移动工业机器人(9)数据可通过无线通信(61)存储至SD卡数据存储(4)。
进一步说明，SD卡数据存储(4)的数据，可以通过无线通信(61)，传输至工控机(7)，结合匹配算法库函数(51)，进行数据处理，实现移动工业机器人(9)的智能化路径规划。
进一步说明，示教器调试模块(2)采用有线连接；示教器通信模块(6)采用无线连接。
进一步说明，根据图7本发明的移动工业机器人示教系统的软件程序的流程图具体说明移动工业机器人示教系统的操作流程。
移动工业机器人示教器初始化(S001)，开机等功能正常显示；
示教器初始化(S001)，PC在线调试(S002)，示教器与PC连接(S003)，实现示教器和PC的程序下载与示教器的功能调试测试。
示教器和移动工业机器人(S004)的连接确认。
在示教器和移动工业机器人连接后，在LCD触摸屏交互模块上输入移动工业机器人的初始化(S005)坐标，坐标系路径规划。
移动工业机器人的示教方式选择(S006)，选择触摸屏按键控制，或者算法库函数自主智能化路径示教。
LCD坐标输入、坐标系设置，移动工业机器人位置初始化，相关数据存储SD卡(S007)，实现坐标信息数据存储。
移动工业机器人示教方式选择(S006)，LCD触摸屏按键控制示教(S008)，示教器与移动工业机器人控制器交互(S014)，移动工业机器人(S015)，目标位置(S016)，实现移动工业机器人的触屏手动示教。
移动工业机器人示教方式选择(S006)，算法库函数示教(S009)，算法库函数选择(S010)，算法函数选定后示教器微处理器启用工控机(S011)，工控机(S012)，示教器与移动工业机器人控制器交互(S014)，移动工业机器人(S015)，实现算法自动智能化示教，使移动工业机器人到达S016目标位置。
相关数据存储SD卡(S007)，示教器与移动工业机器人控制器交互(S014)，移动工业机器人(S015)，实现移动工业机器人路径示教数据的采集。
相关数据存储SD卡(S007),工控机(S012),为移动工业机器人路径示教提供分析数据。
工控机(S012),示教器与移动工业机器人控制器交互(S014)，移动工业机器人(S015)，移动工业机器人采集数据反馈工控机(S013)，实现移动工业机器人动态示教，实时修正移动工业机器人的路径轨迹。

Claims (7)

1.一种基于移动工业机器人示教器的示教系统，其特征在于：包括微处理器作为本示教器示教系统的嵌入式设备的控制中枢；SD卡数据存储移动工业机器人初始化坐标信息，移动工业机器人的移动路径坐标，二维化坐标信息，以及移动工业机器人相关传感器反馈的信息；示教器调试模块是PC完成，实现示教器系统的功能编程与示教器系统功能调试、测试；PC是对示教器系统进行编程和功能调试及测试示教器功能程序；LCD触屏模块是实现示教器人机交互，对移动工业机器人示教功能的操作都在LCD触屏模块实现：包括示教器的触屏按键控制，数据存储显示，连接方式确认，调试方式确认，对移动工业机器人示教算法的选择功能的实现；示教器通信模块是指示教器和移动工业机器人的通信与数据交互方式，采用ES8266无线通信模块完成移动工业机器人在示教器触屏按键的手动示教，以及通过示教器触屏选择对应算法实现移动工业机器人的自主示教；工控机是移动工业机器人是的数据分析系统，工控机是对移动工业机器人的传感器采集数据分析后，与示教器所包含的算法库函数算法进行匹配的计算模块，工控机功能是提高移动工业机器人在移动路径规划是的数据运算能力。
2.根据权利要求1所述的一种基于移动工业机器人示教器的示教系统，其特征在于：LCD触屏模块(5)的功能是实现示教器系统的人机交互功能：算法库函数(51)是实现示教器系统智能示教，移动工业机器人自主移动的轨迹示教；SD卡数据存储(4)在LCD触屏模块(5)上显示SD卡存储数据类型，二维坐标系路径规(52)，触屏字符输入(53)，坐标设置(54)数据；二维坐标系路径规划(52)是在LCD触屏模块(5)显示二维坐标系的路径规划坐标；触屏字符输入(53)是在LCD触屏模块(5)上触屏输入二维坐标系路径规划(52)、坐标设置(54)的坐标信息，SD卡数据存储(4)信息；坐标设置(54)是在LCD触屏模块(5)上由触屏字符输入(53)确认移动工业机器人的初始化坐标信息；连接确认(55)是在LCD触屏模块(5)确认移动工业机器人(9)的连接状态；触摸屏按键控制(56)是在LCD触屏模块(5)上实现移动工业机器人(9)的移动控制；调试确认(57)PC在线调试(3)与示教器系统的连接状态。
3.根据权利要求2所述的一种基于移动工业机器人示教器的示教系统，其特征在于：算法库函数(53)是在本示教器示教系统中实现移动工业机器人的智能路径示教功能，实现移动工业机器人路径规划的自动移动；本示教器系统选用的示教算法有PID算法(511)，A星算法(512)，遗传算法(513)；算法库函数(53)根据控制器(8)采集的移动工业机器人(9)所搭载传感器数据，移动工业机器人(9)所在的移动场景，匹配所需要用的算法，实现移动工业机器人(9)的智能示教自动移动。
4.根据权利要求2所述的一种基于移动工业机器人示教器的示教系统，其特征在于：触摸屏按键控制(56)包含向前移动(561)，向右移动(562)，向后移动(563)，向左移动(564)四个方向按键实现移动工业机器人(9)的手动示教，控制移动工业机器人(9)的移动路径。
5.根据权利要求2所述的一种基于移动工业机器人示教器的示教系统，其特征在于：微处理器(1)是示教系统的任务调度和匹配的中枢；示教器通信模块(6)是示教器与移动工业机器人(9)的控制器(8)通信方式无线通信(61)；在触屏按键控制(56)时，实现示教器通信模块(6)，无线通信(61)，控制器(8)，实现对移动工业机器人(9)的移动路径控制；微处理器(1)，示教器通信模块(6)，无线通信(61)，算法库函数(51)作用于工控机(7)，控制器(8)，SD卡数据存储(4)传输至工控机(7)，实现移动工业机器人(9)的移动路径自动化智能化示教。
6.根据权利要求2所述的一种基于移动工业机器人示教器的示教系统，其特征在于：移动工业机器人(9)搭载许多传感器以供控制器(8)模块采集其他采集数据模块(91)，超声波测距传感器(92)，红外传感器(93)传感器模块数据。
7.利用权利要求1所述系统进行的一种基于移动工业机器人示教器的示教方法，其特征在于：
移动工业机器人示教器初始化(S001)，开机功能正常显示；
示教器初始化(S001)，PC在线调试(S002)，示教器与PC连接(S003)，实现示教器和PC的程序下载与示教器的功能调试测试；
示教器和移动工业机器人(S004)的连接确认；
在示教器和移动工业机器人连接后，在LCD触摸屏交互模块上输入移动工业机器人的初始化(S005)坐标，坐标系路径规划；
移动工业机器人的示教方式选择(S006)，选择触摸屏按键控制，或者算法库函数自主智能化路径示教；
LCD坐标输入、坐标系设置，移动工业机器人位置初始化，相关数据存储SD卡(S007)，实现坐标信息数据存储；
移动工业机器人示教方式选择(S006)，LCD触摸屏按键控制示教(S008)，示教器与移动工业机器人控制器交互(S014)，移动工业机器人(S015)，目标位置(S016)，实现移动工业机器人的触屏手动示教；
移动工业机器人示教方式选择(S006)，算法库函数示教(S009)，算法库函数选择(S010)，算法函数选定后示教器微处理器启用工控机(S011)，工控机(S012)，示教器与移动工业机器人控制器交互(S014)，移动工业机器人(S015)，实现算法自动智能化示教，使移动工业机器人到达S016目标位置；
相关数据存储SD卡(S007)，示教器与移动工业机器人控制器交互(S014)，移动工业机器人(S015)，实现移动工业机器人路径示教数据的采集；
相关数据存储SD卡(S007),工控机(S012),为移动工业机器人路径示教提供分析数据；
工控机(S012)，示教器与移动工业机器人控制器交互(S014)，移动工业机器人(S015)，移动工业机器人采集数据反馈工控机(S013)，实现移动工业机器人动态示教，实时修正移动工业机器人的路径轨迹。
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