CN114161424B - 一种scara机器人动态制动的控制方法及控制*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人控制技术领域，特别是一种SCARA机器人动态制动的控制方法及控制***。所述控制方法包括如下内容：制动控制器实时检测机器人本体是否接收到示教使能信息；当制动控制器检测到示教使能信息，驱动装置切换至非制动状态；当制动控制器未检测到示教使能信息，驱动装置切换至制动状态，定时模块启动开始计时；判断定时模块的计时信息是否达到预设时间值，根据判断结果切换驱动装置的制动状态。机器人本体自动切换至指定状态，便于操作人员对机器人本体进行变成示教操作或者手动示教操作；所述控制方法能将编程示教操作和手动示教操作巧妙的结合应用，使得机器人本体的示教操作更加方便高效。

Description

一种SCARA机器人动态制动的控制方法及控制***

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别是一种SCARA机器人动态制动的控制方法及控制***。

背景技术

目前，工业机器人越来越多的应用在自动化行业当中，在自动化生产线中担当着重要的连接作用。示教操作，作为机器人控制***中一部分，调试员通过示教器来进行机器人的移动、示教、编程等操作。尤其在项目调试初期，更需要在手动模式下进行大量的移动、示教操作。

但是，目前的控制方案中，由于示教不同阶段机器人的运行动作精准度不同，因此在采用示教器控制进行操作时，导致示教精度和示教效率低。在手动示教模式下，虽然能保证示教精度和示教效率，但是手动示教模式下，需要一直按压示教器上的手压开关，才能给机器人上伺服，进而移动机器人，如果长时间的进行示教操作，会导致调试员手部劳累、注意力不集；此外，现有的示教操作中，由于机器人是按照示教器控制信号或手动示教操作进行运动的，因此在示教过程中，机器人容易在示教区域内，因为运行动作精度不够，容易与示教区域边缘出现碰撞，导致机器可能在示教过程中出现意外。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种SCARA机器人动态制动的控制方法及控制***，用于解决现有机器人示教精度和效率低下及容易出现示教意外的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种SCARA机器人动态制动的控制方法，包括如下步骤：

步骤S1:制动控制器实时检测机器人本体是否接收到示教使能信息；

步骤S2:当制动控制器检测到示教使能信息，制动控制器控制驱动装置切换至非制动状态，机器人本体进行编程示教操作；当制动控制器未检测到示教使能信息，驱动装置切换至制动状态，定时模块启动开始计时；

步骤S3:当定时模块的计时信息未达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置保持制动状态，当机器人本体接收到示教控制器的示教使能信息，驱动装置从制动状态切换至非制动状态；当定时模块的计时信息达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置切换至非制动状态，机器人本体可进行手动示教操作，机器人本体进入手动示教状态，定时模块关闭；

机器人本体处于编程示教状态时，当边缘区域检测装置预测到机器人本体有超出设定示教区域的边缘的可能时，报警器发出报警，定时模块启动开始计时，驱动装置从编程示教状态切换至制动状态；当定时模块的计时信息未达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置保持在制动状态，机器人本体在制动状态下接收到示教控制器的示教使能信息，驱动装置从制动状态切换至编程示教状态；当定时模块的计时信息达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置从制动状态切换至非制动状态，机器人本体可进行手动示教。

优选地，机器人本体处于手动示教状态时，当边缘区域检测装置检测到机器人本体有超出设定示教区域的边缘时，所述制动控制器控制驱动装置切换至制动状态，报警器发出报警，定时模块启动开始计时，当定时模块的计时信息未达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置保持制动状态，当定时模块计的时信息达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置切换至非制动状态，机器人本体可继续进行手动示教。

优选地，所述边缘区域检测装置对机器人本体进行检测的操作包括如下步骤：

设定示教区域的边缘；

视觉检测装置实时检测机器人本体与设定示教区域的边缘之间的相对位置信息；视觉判断模块根据相对位置信息判断机器人本体是否超出设定示教区域，并将判断信息发送给报警器。

优选地，所述边缘区域检测装置对机器人本体进行预测的操作包括如下步骤：

设定示教区域的边缘；

视觉检测装置实时检测机器人本体与设定示教区域的边缘之间的相对位置信息；视觉判断模块接收示教控制器的示教使能信息，在虚拟三维模块中通过模拟示教动作，根据虚拟三维模块中模拟信息与相对位置信息预测机器人本体是否具有超出设定示教区域可能，根据预测分析结果得到预测信息，并将预测信息发送给报警器。

优选地，当机器人本体在示教过程中出现断电时，所述驱动装置切换至制动状态；当机器人本体在断电状态下通电时，所述定时模块启动开始计时，当定时模块的计时信息未达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置保持制动状态，当定时模块的计时信息达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置切换至非制动状态，机器人本体可继续进行手动示教。

应用如上所述的一种SCARA机器人动态制动的控制方法的一种SCARA机器人动态制动的控制***，包括：机器人本体、示教控制器和定时模块；

机器人本体，包括机器人手臂、驱动装置和制动控制器；所述驱动装置用于驱动机器人手臂运动，制动控制器用于实现驱动装置的制动；

所述示教控制器用于输入示教使能信息及向机器人本体发送示教使能信息；

所述定时模块用于计时，根据预设时间值向制动控制器发出计时信息；

所述示教控制器、定时模块、制动控制器和驱动装置电联接；

所述机器人本体为圆柱坐标型的选择顺应性装配机器手臂，所述机器人本体包括至少两个竖向设置的转轴关节和至少一个竖向移动关节；

所述控制***还设有边缘区域检测装置和报警模块，所述边缘区域检测装置用于检测和预测示教过程中所述机器人本体是否超出设定示教区域的边缘；所述报警模块用于向示教人员发送预警信息；所述边缘区域检测装置、所述报警模块和所述示教控制器电联接。

本发明的实施例的有益效果：

所述定时模块能按照用户预设要求，在驱动装置进入制动状态时自动开始计时，并且能根据操作人员编程示教操作或者计时信息将机器人本体自动切换至指定状态，便于操作人员对机器人本体进行变成示教操作或者手动示教操作；所述控制方法能将编程示教操作和手动示教操作巧妙的结合应用，使得机器人本体的示教操作更加方便高效。

附图说明

图1是本发明的一个实施例中所述控制方法的流程示意图；

图2是本发明的一个实施例中所述控制方法中当机器人本体处于编程示教状态时的流程示意图；

图3是本发明的一个实施例中所述控制方法中当机器人本体处于手动示教状态时的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1至3所示，一种SCARA机器人动态制动的控制方法，其包括如下内容：

步骤S1:制动控制器实时检测机器人本体是否接收到示教使能信息。

步骤S2:当制动控制器检测到示教使能信息，制动控制器控制驱动装置切换至非制动状态，机器人本体进行编程示教操作；当制动控制器未检测到示教使能信息，驱动装置切换至制动状态，定时模块启动开始计时。

步骤S3:当定时模块的计时信息未达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置保持制动状态，当机器人本体接收到示教控制器的示教使能信息，驱动装置从制动状态切换至非制动状态；当定时模块的计时信息达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置切换至非制动状态，机器人本体可进行手动示教操作，定时模块关闭，并返回步骤S1。

需要说明的是，所述示教使能信息为能根据示教操作需要让机器人进行位置或姿态等调整驱动信息；具体的，在编程示教操作中，示教使能信息为从示教控制器传输至机器人本体的示教控制指令。

在编程示教状态下所述控制***内接收到示教使能信息后，所述驱动装置在所述制动控制器的控制下按照示教使能信息控制驱动装置的驱动状态，当接收不到示教使能信息后，所述驱动装置会先切换成制动状态保持前序示教姿态和位置，同时进入计时程序，当示教使能信息中断时间未超过预设时间值时又重新被接收到示教使能信息，机器人本体继续完成编程示教，保证了编程示教的精准度和连贯性；当示教使能信息中断时间超过预设时间值时，驱动装置解除制动状态，各个驱动关节均可手动转动，机器人本体可以进行手动示教操作；在手动示教操作过程中，如果此时有新的示教使能信息输入并被机器人本体接收，此时机器人本体可以立即从手动示教操作切换成编程示教操作。

如图2所示，机器人本体处于编程示教状态时，当边缘区域检测装置预测到机器人本体有超出设定示教区域的边缘时，报警器发出报警，定时模块启动开始计时，当定时模块的计时信息未达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置保持制动状态，机器人本体可接收示教控制器的示教使能信息，驱动装置从制动状态切换至编程示教状态；当定时模块的计时信息达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置切换至非制动状态，机器人本体可进行手动示教。由于所述控制方法为了保证示教操作的灵活性和便利度，采用了手动示教和编程示教相结合的方式，因此每次机器人本体进行示教操作时其机器人手臂的位置和姿态均不是相同的，导致机器人本体切换示教状态后，由于机器人本体具有初始的位置和姿态多样，此时盲目对机器人本体采用编程示教操作，可能出现从示教控制器输入的示教使能信息不合理，如果按照该示教使能信息进行示教，机器人手臂可能会超出设定示教区域，容易造成机器人本体损坏或者伤害到操作人员；因此在编程示教状态下，利用边缘区域检测装置对机器人手臂后续执行示教使能信息的状态进行预测，进而可以避免编程示教操作中出现操作事故。

同理的，如图3所示，机器人本体处于手动示教状态时，当边缘区域检测装置检测到机器人本体有超出设定示教区域的边缘时，所述制动控制器控制驱动装置切换至制动状态，报警器发出报警，定时模块启动开始计时，当定时模块的计时信息未达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置保持制动状态，当定时模块的计时信息达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置切换至非制动状态，机器人本体可继续进行手动示教。由于手动示教操作过程中相对于编程示教操作过程中，机器人手臂的运动速度不会过快，所述边缘区域检测装置能及时检测出手动示教操作过程中出现的操作事故，可以避免机器人手臂在示教过程中造成更大损坏或伤害。

具体的，所述边缘区域检测装置对机器人本体进行检测的操作包括如下内容：

设定示教区域的边缘。

视觉检测装置实时检测机器人与设定示教区域的边缘之间的相对位置信息。

视觉判断模块根据相对位置信息判断机器人本体是否超出设定示教区域，并将判断信息发送给报警器。

具体的，所述边缘区域检测装置对机器人本体进行检测的操作包括如下内容：

设定示教区域的边缘。

视觉检测装置实时检测机器人本体与设定示教区域的边缘之间的相对位置信息。

视觉判断模块接收示教控制器的示教使能信息，在虚拟三维模块中通过模拟示教动作，根据虚拟三维模块中模拟信息与相对位置信息预测机器人本体是否具有超出设定示教区域可能，并将预测信息发送给报警器。

更优的，当机器人本体在示教过程中出现断电时，所述驱动装置切换至制动状态；当机器人本体在断电状态下通电时，所述定时模块启动开始计时，当定时模块的计时信息未达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置保持制动状态，当定时模块的计时信息达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置切换至非制动状态，机器人本体可继续进行手动示教，并返回步骤S1。

由于所述控制方法为了保证示教操作的灵活性和便利度，采用了手动示教和编程示教相结合的方式，因此每次机器人本体进行示教操作时其机器人手臂的位置和姿态均不是相同的，导致机器人本体突然断电后，由于机器人本体具有的实时位置和姿态是不确定的，此时如果重新通电，机器人本体如果继续运动也容易造成示教事故；本实施例中，所述机器人本体断电时所述驱动装置是处于制动状态，即保持了正常示教过程中的姿态和位置；当机器人本体重新通电后，机器人此时并没有立即恢复初始位置或者继续按照之前的示教使能信息运动；而是先在定时模块的控制下进入计时阶段，计时阶段驱动装置始终处于制动状态，可以避免机器人本体运动，保证了示教区间内的安全性；当所述定时模块达到预设时间值时，所述驱动装置切换至非制动状态，机器人本体能进行手动示教，此时操作人员能对机器人本体的姿态和位置进行调整，这样可以极大消除了示教过程中断电带来的不利影响。

所述预设时间值即为在实际应用中技术人员根据定时需要设定的时间值，该时间值在不同的计时场景可能相同也可能不同，是本领域技术人员根据实际应用能灵活设定的参数。

一种SCARA机器人动态制动的控制***，包括：机器人本体、示教控制器和定时模块；机器人本体，包括机器人手臂、驱动装置和制动控制器；所述驱动装置用于驱动机器人手臂运动，制动控制器用于实现驱动装置的制动；所述示教控制器用于输入示教使能信息及向机器人本体发送示教使能信息；所述定时模块用于计时，根据预设时间值向制动控制器发出计时信息；所述示教控制器、定时模块、制动控制器和驱动装置电联接。

SCARA是SelectiveComplianceAssemblyRobotArm的缩写，意思是一种应用于装配作业的机器人手臂。它有3个旋转关节，最适用于平面定位。所述机器人本体为圆柱坐标型的选择顺应性装配机器手臂，其包括至少两个竖向设置的转轴关节和一个竖向移动关节。

所述控制***还设有边缘区域检测装置和报警模块，所述边缘区域检测装置用于检测和预测示教过程中所述机器人本体是否超出设定示教区域的边缘；所述报警模块用于向示教人员发送预警信息；所述边缘区域检测装置、所述报警模块和所述示教控制器电联接。所述边缘区域检测装置包括视觉检测装置、视觉判断模块和虚拟三维模块；所述视觉检测装置用于实时提取机器人本体在示教空间内的图像信息，具体可以是设置在示教空间内的摄像头；所述视觉判断模块用于对图像信息进行分析判断；所述虚拟三维模块用于根据示教使能信息在三维设计平台中建立与机器人本体和示教空间匹配的三维动态模型。虚拟三维模块根据示使能信息让机器人本体在示教空间内运动，当机器人本体运动超出示教空间内预先设定好的示教区域，则预测结果就是所述机器人本体在示教过程中是有超出设定示教区域的边缘的可能的。

所述定时模块能按照用户预设要求，在驱动装置进入制动状态时自动开始计时，并且能根据操作人员编程示教操作或者计时信息将机器人本体自动切换至指定状态，便于操作人员对机器人本体进行变成示教操作或者手动示教操作；所述控制方法能将编程示教操作和手动示教操作巧妙的结合应用，使得机器人本体的示教操作更加方便高效。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种SCARA机器人动态制动的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1:制动控制器实时检测机器人本体是否接收到示教使能信息；

步骤S2:当制动控制器检测到示教使能信息，制动控制器控制驱动装置切换至非制动状态，机器人本体进行编程示教操作；当制动控制器未检测到示教使能信息，驱动装置切换至制动状态，定时模块启动开始计时；

步骤S3:当定时模块的计时信息未达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置保持制动状态，当机器人本体接收到示教控制器的示教使能信息，驱动装置从制动状态切换至非制动状态；当定时模块的计时信息达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置切换至非制动状态，机器人本体可进行手动示教操作，机器人本体进入手动示教状态，定时模块关闭；

机器人本体处于编程示教状态时，当边缘区域检测装置预测到机器人本体有超出设定示教区域的边缘的可能时，报警器发出报警，定时模块启动开始计时，驱动装置从编程示教状态切换至制动状态；当定时模块的计时信息未达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置保持在制动状态，机器人本体在制动状态下接收到示教控制器的示教使能信息，驱动装置从制动状态切换至编程示教状态；当定时模块的计时信息达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置从制动状态切换至非制动状态，机器人本体可进行手动示教。

2.根据权利要求1所述一种SCARA机器人动态制动的控制方法，其特征在于，机器人本体处于手动示教状态时，当边缘区域检测装置检测到机器人本体有超出设定示教区域的边缘时，所述制动控制器控制驱动装置切换至制动状态，报警器发出报警，定时模块启动开始计时，当定时模块的计时信息未达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置保持制动状态，当定时模块计的时信息达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置切换至非制动状态，机器人本体可继续进行手动示教。

3.根据权利要求2所述一种SCARA机器人动态制动的控制方法，其特征在于，所述边缘区域检测装置对机器人本体进行检测的操作包括如下步骤：

设定示教区域的边缘；

视觉检测装置实时检测机器人本体与设定示教区域的边缘之间的相对位置信息；视觉判断模块根据相对位置信息判断机器人本体是否超出设定示教区域，并将判断信息发送给报警器。

4.根据权利要求1所述一种SCARA机器人动态制动的控制方法，其特征在于，所述边缘区域检测装置对机器人本体进行预测的操作包括如下步骤：

设定示教区域的边缘；

视觉检测装置实时检测机器人本体与设定示教区域的边缘之间的相对位置信息；视觉判断模块接收示教控制器的示教使能信息，在虚拟三维模块中通过模拟示教动作，根据虚拟三维模块中模拟信息与相对位置信息预测机器人本体是否具有超出设定示教区域可能，根据预测分析结果得到预测信息，并将预测信息发送给报警器。

5.根据权利要求1所述一种SCARA机器人动态制动的控制方法，其特征在于，当机器人本体在示教过程中出现断电时，所述驱动装置切换至制动状态；当机器人本体在断电状态下通电时，所述定时模块启动开始计时，当定时模块的计时信息未达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置保持制动状态，当定时模块的计时信息达到预设时间值时，制动控制器控制驱动装置切换至非制动状态，机器人本体可继续进行手动示教。

6.应用如权利要求1至5中任意一项所述的一种SCARA机器人动态制动的控制方法的一种SCARA机器人动态制动的控制***，其特征在于，包括：机器人本体、示教控制器和定时模块；

机器人本体，包括机器人手臂、驱动装置和制动控制器；所述驱动装置用于驱动机器人手臂运动，制动控制器用于实现驱动装置的制动；

所述示教控制器用于输入示教使能信息及向机器人本体发送示教使能信息；

所述定时模块用于计时，根据预设时间值向制动控制器发出计时信息；

所述示教控制器、定时模块、制动控制器和驱动装置电联接；

所述机器人本体为圆柱坐标型的选择顺应性装配机器手臂，所述机器人本体包括至少两个竖向设置的转轴关节和至少一个竖向移动关节；

所述控制***还设有边缘区域检测装置和报警模块，所述边缘区域检测装置用于检测和预测示教过程中所述机器人本体是否超出设定示教区域的边缘；所述报警模块用于向示教人员发送预警信息；所述边缘区域检测装置、所述报警模块和所述示教控制器电联接。