[发明专利]一种基于开放式焊接机器人的示教系统

说明书

技术领域

本发明属于工业机器人自动控制领域，更加具体地说，涉及一种基于开放式焊接机器人的示教装置及其通信方法，主要用于实现开放式焊接机器人的示教功能。

背景技术

随着机器人技术的发展,机器人应用领域的不断扩大,尤其是在焊接领域,机器人的需求越来越大,特别是根据焊接加工工件的需求,各种专用焊接机器人开发研究和应用越来越多,因此,对焊接机器人控制系统以及机器人焊接的人机交互系统的需求也越来越多。近年来，由于开放式机器人控制系统良好的可扩展性、可移植性、可交互性以及相关设备的通用性所带来的低成本和易操作性等优点，受到相关领域越来越多的关注与研究。

机器人示教系统是机器人自动控制系统的重要组成部分，利用示教装置可以完成机器人轨迹示教以及参数设置及修改等操作，并通过示教器和工控机之间的通信，将相关命令发送到机器人控制系统。在以往的专用焊接机器人开发研制与应用中,示教系统一般以单片机、ARM芯片、单片机等作为示教系统的核心器件,并配有所需的外围电路等，示教系统的输入由按钮和薄膜按键发展到触摸屏，相关参数的显示由数码管(显示精度有限)逐步演变为液晶显示屏，传统的按键或键盘输入及数码显示方式都不能满足现代机器人焊接的人机交互需求。传统意义的示教系统虽然能够实现程序编辑等功能,但都需要经过计算处理器、控制电路、键盘、显示屏、电源、盒体等硬件组成,并需要进行相应的软件数据处理等程序设计,示教盒系统复杂、成本高、开发设计周期长,不适合低成本专用焊接机器人的开发与应用。

在当前的机器人自动控制领域，大部分的示教器和机器人控制系统是基于查询/应答机制的通信协议，如I2C、SPI、CAN总线等总线接口上都在广泛使用的这类通信协议。为了实现与上述总线设备的通信，目前普遍采用的办法是在系统中采用硬编码的方式固化通信协议。但是这种方法存在一个主要问题：当机器人控制器为开放式系统时，示教设备无法提供设备及通信协议支持，在这种情况下，若将硬编码置入设备协议的处理程序将会增加设备及软件的管理难度，也将使设备维护增加难度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计一种新的示教系统，根据开放式机器人控制系统的需要，设计友好的人机界面，同时在不改变机器人控制系统和示教装置的硬件条件下，实现快速可靠的示教系统和机器人控制系统的通信。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种基于开放式焊接机器人的示教系统，包括示教装置和机器人控制器，所述示教装置端的程序包括串口管理模块、数据检验模块、指令响应模块和窗口管理模块，机器人控制器端的程序包括串口管理模块、数据检验模块和指令响应模块，所述示教装置和机器人控制器由RS235通信端口实现通信。

在所述示教装置中，在示教程序的每个按钮中封装响应的宏指令，通过点击示教转置中程序界面的按钮，触发宏指令，通过RS235串口向机器人控制器发送指令，这部分编程通过触摸屏示教装置组态软件中的宏指令实现。机器人控制器根据通信函数提取缓冲区的数据，之后交予数据检验模块作进一步处理，该通信过程步骤包括：

（1）示教装置和机器人控制器（系统）同时上电初始化，机器人控制器和示教装置的串口管理模块分别打开串口，并设置相同的串口通信参数；

（2）当示教装置上某一元件被按下时，执行与该元件相应的宏指令，若该指令需要与机器人控制系统进行通信，则示教系统将指令包装成消息帧，通过串口发送给机器人控制系统；

（3）机器人控制器循环扫描串口，检测串口缓冲区内是否有字符，若有，进行读串口操作，得到数据帧，若无，继续扫描；

（4）机器人控制器对数据进行针对整个消息的偶检验和针对每位数据的CRC循环冗余检测，并检测消息帧中的地址位和数据位是否合法，若检测到错误，则产生报错消息并发送到示教装置，并继续循环检测串口，若消息正确，则交由响应命令模块；

（5）指令响应模块执行响应指令。

在本发明中，机器人控制系统（器）和示教装置（即示教器）通过RS235串口进行通信，数据通过消息帧的方式进行传输，在示教装置向机器人控制系统发送消息的结构（消息帧）中，每8bit字节包含2个4bit字节的16进制字符。示教装置向机器人控制系统发送的数据中每个字节的说明如下：

表1 示教装置向机器人控制系统发送消息的结构

（1）消息帧的第1位指定该消息的类型，设置为动作执行消息、参数设置消息以及报错消息；

（2）消息帧的第2位指定该消息帧包含的数据总长度，以字节为单位；