CN106530939A - 一种多机器人教学实训平台控制***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多机器人教学实训平台控制***及控制方法，主要包括人机交互单元、机器人及视觉单元、逻辑控制单元、上料单元和回转单元；其中，人机交互单元与逻辑控制单元通信，用于控制整个实训平台启停及显示当前的工作状态和参数；逻辑控制单元驱动上料单元和回转单元完成自动上料和自动存储操作，并收集各单元的传感器信息，反馈到人机交互单元和机器人及视觉单元处；机器人及视觉单元通过捕捉工件的图像信息，对不同工件进行分拣，并搬运至回转平台；逻辑控制单元和机器人及视觉单元还提供可编程接口，可以让学生对各部件的逻辑控制及执行动作进行优化，提高***的控制效率；整个控制***的结构简单、逻辑清晰、执行效率高。

Description

一种多机器人教学实训平台控制***及控制方法

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，尤其涉及一种用于向学生展示并可以实际操作的多机器人组合式教学实训平台控制***及其控制方法。

背景技术

目前市面上的机电一体化实训平台大多只能通过单一的可编程逻辑控制器(PLC)编程进行***控制，缺少了机器人、微机等工业现场常用的自动化控制设备，不能对自动化、机器人行业相关的人才起到全面综合的知识技能培训。因此，开发一个集机器人控制***、微机、可编程控制器(PLC)等自动控制设备于一体的实训平台控制***对人才的培养有着实际的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于教学实训平台的，可以控制多种机器人、微机的可编程控制***。

本发明的另一目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于上述控制***的控制方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种多机器人教学实训平台控制***，该***主要包括用于控制实训平台及显示运行参数的人机交互单元、执行控制命令及反馈传感器信号的机器人及视觉单元、自动上料单元、用于自动存放工件的回转单元和用于控制上料单元及回转单元的逻辑控制单元。所述逻辑控制单元分别与人机交互单元、机器人及视觉单元、上料单元和回转单元连接。逻辑控制单元与人机交互单元进行数据交互，交互的数据内容主要包括整个实训平台的启动、暂停和停止信号、以及***的运行状态及相关参数的显示。所述逻辑控制单元通过收集相关传感器的信息，用于完成工件的自动上料、工件识别、分拣、搬运及存放工作，与实际生产的流水线式工艺相对应，学生可以直观的感受到整个工艺的流程，提高学习的效率，掌握全面、综合的知识和技能。

具体的，所述上料单元包括用于把工件整列震动到出料口的振动盘、直线气缸、真空发生器、电磁换向阀和上料光电传感器。所述电磁换向阀分别与直线气缸和真空发生器连接，控制直线气缸的动作和吸盘的吸附。所述上料光电传感器与逻辑控制单元连接，用于检测工件是否到位。当工件在振动盘作用下到达出料口后，电磁换向阀驱动直线气缸到达出料口，并驱动吸盘将工件吸附，最后运送到输送带上。

具体的，所述逻辑控制单元包括可编程逻辑控制器、用于执行逻辑控制输出的继电器模块和用于获取传感器输入信号的端子台模块。所述可编程逻辑控制器分别与端子台模块和继电器模块连接。所述端子台模块分别与人机交互单元、机器人及视觉单元、上料单元和回转单元连接。所述继电器模块分别与上料单元和回转单元连接。可编程逻辑控制器(PLC)通过继电器模块、端子台模块对上料单元、机器人及视觉单元和回转单元进行信号采集和协调控制，确保各个单元按照所设计的逻辑来正常工作。

具体的，所述人机交互单元包括用于控制实训平台电源通断及启停的控制按钮和用于向逻辑控制单元输入控制信号、***参数、以及显示实训平台运行状态的触摸屏。所述触摸屏与端子台模块连接，通过串口与逻辑控制单元通信。

具体的，所述机器人及视觉单元包括上位机、SCARA机器人、Delta机器人、工业相机、光电传感器和第一继电器。所述上位机包括运动控制卡和上位机程序模块，上位机分别与工业相机、Delta机器人、SCARA机器人、光电传感器和第一继电器连接，完成工件识别、分拣、搬运、信息的反馈和命令的执行工作。其中，所述上位机程序模块包括机器人控制软件模块和用于捕捉和识别工件的机器人视觉软件模块。所述机器人控制软件模块和机器人视觉软件模块与运动控制卡连接，共同控制Delta机器人和SCARA机器人。上位机通过工业相机获取工件的图像信息，并对图像中的工件进行识别和定位，最后通过机器人控制软件模块驱动Delta机器人对工件进行分拣，Delta机器人将分拣结果和工件到位信息反馈给SCARA机器人，SCARA机器人将分拣后的工件搬运至回转平台上存放。第一继电器用于想逻辑控制单元反馈机器人就绪信号。

具体的，所述回转单元包括单片机、电机、驱动器、电感接近开关、第二继电器、回转平台和基座。所述电机与回转平台连接，并驱动回转平台转动。所述单片机分别与驱动器、电感接近开关和第二继电器连接，完成电机的驱动、电机转动信息的获取以及向逻辑控制单元反馈信息。所述第二继电器用于想逻辑控制单元反馈就绪信号。

本发明的另一目的通过下述技术方案实现：

一种多机器人教学实训平台控制***的控制方法，该方法主要包括如下步骤：

步骤S1:按下人机交互单元的控制按钮或触摸屏上的启动按钮；

步骤S2:振动盘启动并检测工件是否到达出料口，然后驱动直线气缸将工件搬运至输送带上；

步骤S3:机器人视觉***对工件的位置和姿态进行识别，并将识别结果反馈给Delta机器人，Delta机器人对工件进行分拣，并将分拣结果反馈给SCARA机器人；

步骤S4:SCARA机器人接受到传感器反馈的工件到位信号后，将分拣后的工件搬运至回转平台上，并按区域存放；

步骤S5:回转平台记录工件的存放位置及数量，当该区域存满后，通过旋转一定角度来引导SCARA机器人开始另一区域的存放，直到整个回转平台存满为止。

本发明的工作过程和原理是：本发明提供的实训平台控制***主要包括人机交互单元、机器人及视觉单元、逻辑控制单元、上料单元和回转单元；其中，人机交互单元与逻辑控制单元通信，用于控制整个实训平台启停及显示当前的工作状态和参数；逻辑控制单元驱动上料单元和回转单元完成自动上料和自动存储操作，并收集各单元的传感器信息，反馈到人机交互单元和机器人及视觉单元处；机器人及视觉单元通过捕捉工件的图像信息，对不同工件进行分拣，并搬运至回转平台；逻辑控制单元和机器人及视觉单元还提供可编程接口，可以让学生对各部件的逻辑控制及执行动作进行优化，提高***的控制效率；整个控制***的结构简单、逻辑清晰、执行效率高。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

(1)本发明提供的控制***包含了机器人运动控制***、可编程逻辑控制器(PLC)、单片机、多种控制器，并提供丰富接口，能让学生在实训中掌握C/C++语言、梯形图语言的编程，让学生在机器人运动控制、机器视觉识别、单片机步进电机控制、可编程逻辑控制器(PLC)逻辑控制等实训内容中掌握全面的自动化控制知识，弥补了市面上机电类实训平台只有单一可编程逻辑控制器(PLC)控制的不足。

(2)本发明采用模块化设计，每个单元采用一种控制器进行控制，并且通过可编程逻辑控制器(PLC)协同各个模块按照一定逻辑工作，能让学生根据自身需求进行有针对性、循序渐进的学习。

(3)本发明简单易懂的设计展示了不同的控制器之间是如何进行通信的，能让学生对搭建工业通信***有初步和直观的了解。

(4)本发明提供了简单易用的视觉识别软件，与目前工业需求贴合，易于学生了解和学习视觉知识。

附图说明

图1是本发明所提供的多机器人教学实训平台控制***的控制框图。

图2是本发明所提供的逻辑控制单元的控制框图。

图3是本发明所提供的机器人及视觉单元的控制框图。

图4是本发明所提供的上料单元的控制框图。

图5是本发明所提供的回转单元的控制框图。

图6是本发明所提供的多机器人教学实训拼图控制***的控制流程图。

上述附图中的标号说明：

1-人机交互单元、2-逻辑控制单元、3-机器人及视觉单元、4-上料单元、5-回转单元、2-1-端子台模块、2-2-可编程逻辑控制器、2-3-继电器模块、3-1-工业PC、3-2-运动控制卡、3-3-上位机程序模块、3-4-SCARA机器人、3-5-Delta机器人、3-6-工业相机、3-7-光电传感器、3-8-第一继电器、4-1-振动盘、4-2-电磁换向阀、4-3-光电传感器、4-4-直线气缸、4-5-真空发生器、5-1-单片机、5-2-电感接近开关、5-3-驱动器、5-4-电机、5-5-回转平台、5-6-第二继电器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1所示，本发明提出一种多机器人教学实训平台控制***，包括人机交互单元1、逻辑控制单元2、机器人及视觉单元3、上料单元4、回转单元5。所述机器人及视觉单元3、上料单元4、回转单元5均与逻辑控制单元2相连接，并在逻辑控制单元2的信号控制下协调运行，完成上料、分拣、搬运等工序。

如图2所示，所述的逻辑控制单元2由可编程逻辑控制器(可编程逻辑控制器(PLC))2-2、继电器模块2-3、端子台模块2-1组成，可编程逻辑控制器2-2通过继电器模块2-3、端子台模块2-1对所述的上料单元4、机器人及视觉单元3、回转单元5进行信号采集和协调控制，确保各个单元按照所设计的逻辑来正常工作。

所述的人机交互单元1由控制按钮、触摸屏组成，所述控制按钮用于控制实训平台***通断电、启动、停止，所述触摸屏通过串口与所述的逻辑控制单元2通信，用于向逻辑控制单元2输入控制信号、设备参数和显示实训平台运行状态。

如图3所示，所述的机器人及视觉单元3，包括工业PC 3-1(上位机)、SCARA机器人3-4及其控制柜、Delta机器人3-5、工业相机3-6、光电传感器3-7和第一继电器3-8。所述工业PC内包含有运动控制卡3-2和上位机程序模块3-3，上位机程序模块3-3包括了机器人控制软件模块和视觉软件模块，所述工业PC通过所述的视觉软件模块从工业相机3-6中获取图像，对图像中的工件进行识别和定位，并通过所述的机器人控制软件模块发送运动控制指令驱动Delta机器人3-5对工件进行分拣。所述的机器人控制软件模块根据Delta机器人3-5分拣的结果和光电传感器3-7检测的结果，通过运动控制卡3-2控制SCARA机器人3-4进行工件搬运任务。第一继电器3-8用于向逻辑控制单元2发送机器人就绪信号。

如图4所示，所述的上料单元4由振动盘4-1、直线气缸4-4、真空发生器4-5、电磁换向阀4-2和光电传感器4-3组成。所述的光电传感器4-3检测到工件后，逻辑控制单元2控制直线气缸4-4和真空发生器4-5，吸取和移动工件进行上料工序。

如图5所示，所述的回转单元5包括单片机5-1、电机5-4、驱动器5-3、电感接近开关5-2、第二继电器5-6、回转平台5-5和基座，单片机5-1根据电感接近开关5-2的信号控制电机5-4运动到零位，并在逻辑控制单元2的信号控制下控制电机5-4旋转到对应的角度。第二继电器5-6用于向逻辑控制单元2发送机器人就绪信号。

结合图1至图6，本发明所提出的一种多机器人教学实训平台控制***的工作流程如下：按下人机交互单元1的控制按钮或触摸屏的启动按钮后，逻辑控制单元2、机器人及视觉单元3、上料单元4、回转单元5开始运行。上料单元4的振动盘4-1把工件整列到振动盘4-1的出料口，当光电传感器4-3检测到工件就位时，逻辑控制单元2控制电磁换向阀4-2、气缸4-4、真空发生器4-5，使得工件被吸起并搬运到传送带上。机器人及视觉单元3的视觉软件模块通过工业相机3-6获取图像，若在图像中识别出工件，则把工件的位置信息发送给机器人控制软件模块，引导Delta机器人3-5抓取、分拣工件。Delta机器人3-5每完成一次分拣，第一继电器3-8就向逻辑控制单元2发送一次机器人就绪信号。在确定Delta机器人3-5已分拣工件和光电传感器3-7已检测到工件到位时，SCARA机器人3-4把工件搬运至回转单元5的回转平台5-5上，同时记录回转平台5-5上工件的放置情况。若回转平台5-5其中一个区域已摆满工件，则单片机5-1控制驱动器5-3，驱动电机5-4使得回转平台5-5旋转一定的角度，当回转平台5-5到位时，继电器5-6发送就绪信号给逻辑控制单元2。若回转平台5-5已放满工件，则逻辑控制单元2控制机器人及视觉单元3、上料单元4、回转单元5复位并停止工作。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多机器人教学实训平台控制***，其特征在于，包括用于控制实训平台及显示运行参数的人机交互单元、执行控制命令及反馈传感器信号的机器人及视觉单元、上料单元、用于自动存放工件的回转单元和用于控制上料单元及回转单元的逻辑控制单元；所述逻辑控制单元分别与人机交互单元、机器人及视觉单元、上料单元和回转单元连接，与人机交互单元进行数据交互并收集传感器信息以完成自动上料、工件识别、分拣及搬运工作。

2.根据权利要求1所述多机器人教学实训平台控制***，其特征在于，所述逻辑控制单元包括可编程逻辑控制器、用于执行逻辑控制输出的继电器模块和用于获取传感器输入信号的端子台模块；所述可编程逻辑控制器分别与端子台模块和继电器模块连接；所述端子台模块分别与人机交互单元、机器人及视觉单元、上料单元和回转单元连接；所述继电器模块分别与上料单元和回转单元连接。

3.根据权利要求2所述多机器人教学实训平台控制***，其特征在于，所述人机交互单元包括用于控制实训平台电源通断及启停的控制按钮和用于向逻辑控制单元输入控制信号、***参数、以及显示实训平台运行状态的触摸屏；所述触摸屏与端子台模块连接。

4.根据权利要求3所述多机器人教学实训平台控制***，其特征在于，所述机器人及视觉单元包括上位机、SCARA机器人、Delta机器人、工业相机、光电传感器和第一继电器；所述上位机包括运动控制卡和上位机程序模块，并分别与工业相机、Delta机器人、SCARA机器人、光电传感器和第一继电器连接，完成工件识别、分拣、搬运、信息的反馈和命令的执行工作。

5.根据权利要求4所述多机器人教学实训平台控制***，其特征在于，所述上位机程序模块包括机器人控制软件模块和用于捕捉和识别工件的机器人视觉软件模块；所述机器人控制软件模块和机器人视觉软件模块与运动控制卡连接，共同控制Delta机器人和SCARA机器人。

6.根据权利要求4所述多机器人教学实训平台控制***，其特征在于，所述上料单元包括用于把工件整列震动到出料口的振动盘、直线气缸、真空发生器、电磁换向阀和上料光电传感器；所述电磁换向阀分别与直线气缸和真空发生器连接，控制直线气缸的动作和吸盘的吸附；所述上料光电传感器与逻辑控制单元连接，用于检测工件是否到位。

7.根据权利要求6所述多机器人教学实训平台控制***，其特征在于，所述回转单元包括单片机、电机、驱动器、电感接近开关、第二继电器、回转平台和基座；所述电机与回转平台连接，驱动回转平台转动；所述单片机分别与驱动器、电感接近开关和第二继电器连接，完成电机的驱动、电机转动信息的获取以及向逻辑控制单元反馈信息。

8.一种多机器人教学实训平台控制***的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1:按下人机交互单元的控制按钮或触摸屏上的启动按钮；

步骤S2:振动盘启动并检测工件是否到达出料口，然后驱动直线气缸将工件搬运至输送带上；

步骤S3:机器人视觉***对工件的位置和姿态进行识别，并将识别结果反馈给Delta机器人，Delta机器人对工件进行分拣，并将分拣结果反馈给SCARA机器人；

步骤S4:SCARA机器人接受到传感器反馈的工件到位信号后，将分拣后的工件搬运至回转平台上，并按区域存放；

步骤S5:回转平台记录工件的存放位置及数量，当该区域存满后，通过旋转一定角度来引导SCARA机器人开始另一区域的存放，直到整个回转平台存满为止。