CN109291057A - 一种机器人无线示教系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人无线示教系统，所述系统包括设置在机器人末端的信号发射模块、设置在机器人控制柜内的信号接收模块、电源模块、无线通讯模块，所述信号发射模块经无线通讯模块与所述信号接收模块连接并通信，所述电源模块分别与信号发射模块、信号接收模块、无线通讯模块连接，所述信号发射模块包括第一微控制单元和与其连接的功能控制按键。本发明中的第一微控制单元、第二微控制单元均采用常见的STM8系列单片机，因此整体造价低廉；本发明通过功能控制按键选择机器人的工作状态，进而发出控制信号，因此，操作界面简单；此外，本发明通过检测模块对该无线示教系统的工作状态进行检测，方便用户及时对该系统进行检修。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种机器人无线示教系统及其控制方法。
背景技术
目前，工业领域对自动化和机器人的需求越来越大，工业机器人的生产和销售数量逐渐增加，工业机器人要完成相应的动作需要对其进行编程，现有技术中，机器人的编程方式包括示教编程和离线编程，由于离线编程方式不便于现场操作，而且编程工作量大、精度低，因此在一些机器人动作不太复杂的场合，普遍采用示教编程方式，因此示教系统就应运而生。
早期的示教系统采用有线连接的方式，即示教器的手柄和机器人控制器之间有线通信，而很多情况下机器人是安装于的位置比较狭小，如果手柄连接电缆，会造成拖动过程干涉，影响编程质量和效率，根据这一应用情况，现在普遍都是无线连接方式。但是，现有技术中的无线示教系统结构复杂，成本较高，而且操作起来也不太简便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种机器人无线示教系统及其控制方法，不仅结构简单、成本低廉，而且操作简单。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
机器人无线示教系统，所述系统包括设置在机器人末端的信号发射模块、设置在机器人控制柜内的信号接收模块、电源模块、无线通讯模块，所述信号发射模块经无线通讯模块与所述信号接收模块连接并通信，所述电源模块分别与信号发射模块、信号接收模块、无线通讯模块连接，其特征在于：所述信号发射模块包括第一微控制单元和与其连接的功能控制按键，用户通过功能控制按键选择机器人的工作状态，所述第一微控制单元根据用户选择的机器人的工作状态生成控制信号并经无线通讯模块发送至所述信号接收模块。
所述电源模块包括24V直流电源、3.3V直流电源。
所述无线通讯模块包括第一无线通讯模块、第二无线通讯模块，所述信号发射模块经第一无线通讯模块与第二无线通讯模块连接，所述第二无线通讯模块与所述信号接收模块连接，所述第一无线通讯模块的天线接口、第二无线通讯模块的天线接口均与天线TP连接。
所述第一微控制单元的型号为STM8/UFQFPN28，所述第一微控制单元的引脚1经电阻与所述3.3V直流电源连接，所述引脚1还经普通电容与引脚6连接，所述引脚6接地，引脚7与所述3.3V直流电源连接，所述第一微控制单元的引脚6、引脚7之间还连接有滤波电路，所述滤波电路由两个普通电容并联形成，所述第一微控制单元的引脚27与所述第一无线通讯模块的引脚14连接，所述第一微控制单元的引脚21与所述第一无线通讯模块的引脚16连接，所述第一微控制单元的引脚20与所述第一无线通讯模块的引脚15连接，所述第一微控制单元的引脚19至引脚15分别与所述第一无线通讯模块的引脚2至引脚6连接，所述第一微控制单元的引脚8-引脚14与所述功能控制按键连接，所述第一微控制单元的其他引脚悬置。
所述功能控制按键包括开关S2、按键K1至K6，所述开关S2、按键K1至K6的一端均与所述3.3V直流电源连接，所述开关S2、按键K1至K6的另一端均经电阻接地，所述开关S2、按键K1至K6的另一端分别与所述第一微控制单元的引脚8至引脚14对应连接。
所述信号接收模块包括第二微控制单元、继电器模块，所述第二微控制单元的型号为STM8L151G6，所述第二微控制单元的引脚1经电阻与所述3.3V直流电源连接，所述引脚1还经电容与引脚6连接，所述引脚6接地，所述引脚7与所述3.3V直流电源连接，所述第二微控制单元的引脚6、引脚7之间还连接有滤波电路，所述滤波电路由两个普通电容并联形成，所述第二微控制单元的引脚4、引脚5、引脚8至引脚12均与继电器模块连接，所述第二微控制单元的引脚15至引脚19分别与所述第二无线通讯模块的引脚6至引脚2连接，所述第二微控制单元的引脚25至引脚27分别与所述第二无线通讯模块的引脚16至引脚14连接，所述第二微控制单元的其他引脚悬置。
所述继电器模块包括7个结构相同的继电器电路、第一插排，所述第二微控制单元的引脚4、引脚5、引脚8至引脚12均与继电器电路连接，所述继电器电路包括三极管、二极管、继电器，所述三极管的基极经电阻与所述第二微控制单元的引脚连接，所述三极管的发射极接地，所述二极管与所述继电器输入端并联，所述二极管的正极与所述三极管的集电极连接，所述二极管的负极与所述24V直流电源连接，所述继电器的输出端连接至第一插排，所述第一插排通过导线连接至机器人的执行机构。
所述无线示教系统包括检测模块，用于检测所述无线示教系统的工作状态，所述检测模块包括检测电路、发光二极管电路、第二插排，所述检测电路包括第一光耦、第二光耦、第三光耦、第四光耦，所述第一光耦的输入端的一端经电阻与3.3V电源连接，所述第一光耦的输入端的另一端接地，所述第一光耦的输出端的一端与第二插排连接，所述第二插排通过导线与电控柜连接，所述第一光耦的输出端的另一端经电阻接地，所述第二光耦、第三光耦、第四光耦的连接方式与第一光耦相同。
所述发光二极管电路包括第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管，所述第一发光二极管的正极与3.3V直流电源连接，所述第一发光二极管的负极经电阻连接至所述第一微控制单元的引脚23，所述第二发光二极管的正极与3.3V直流电源连接，所述第二发光二极管的负极经电阻连接至所述第一微控制单元的引脚25，第三发光二极管的正极与3.3V直流电源连接，所述第三发光二极管的负极经电阻连接至所述第一微控制单元的引脚24。
无线示教系统的控制方法，包括以下步骤：
A、初始化，对无线示教系统中的各个模块进行初始化操作；
B、判断信号发射模块与信号接收模块是否通信；
若实现通信，则继续下一步骤；
若无法实现通信，则返回上一步骤；
C、根据用户按下的功能控制按键识别机器人需完成的动作；
D、根据识别结果，信号发射模块生成控制信号，并经无线通讯模块发送至信号接收模块；
E、信号接收模块发送控制信号至机器人的各个执行机构；
F、机器人的各个执行机构控制机器人完成动作。
本发明的优点在于：(1)本发明中的第一微控制单元、第二微控制单元均采用常见的STM8系列单片机，因此整体造价低廉；(2)本发明通过功能控制按键选择机器人的工作状态，进而发出控制信号，操作界面简单；(3)本发明通过检测模块对该无线示教系统的工作状态进行检测，方便用户及时对该系统进行检修。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明无线示教系统的结构示意图；
图2为本发明无线示教系统中第一微控制单元的电路图；
图3为本发明无线示教系统中功能控制按键的电路图；
图4为本发明无线示教系统中无线通讯模块的电路图；
图5为本发明无线示教系统中第二微控制器的电路图；
图6为本发明无线示教系统中继电器模块的电路图；
图7为本发明无线示教系统中检测电路的电路图；
图8为本发明无线示教系统中发光二极管电路的电路图；
图9为本发明无线示教系统的控制方法的流程图。
上述图中的标记均为：
1、信号发射模块；2、信号接收模块；3、电源模块；4、无线通讯模块；5、第一微控制单元；6、功能控制按键；7、第一无线通讯模块；8、第二无线通讯模块；9、第二微控制单元；10、继电器模块；11、继电器电路；12、第一插排；13、检测电路；14、发光二极管电路；15、第二插排。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示，是本发明机器人无线示教系统的结构示意图。在该实施例中，该无线示教系统包括设置在机器人末端的信号发射模块1、设置在机器人控制柜内的信号接收模块2、电源模块3以及无线通讯模块4，所述信号发射模块1经无线通讯模块4与所述信号接收模块2连接并通信，所述电源模块3分别与信号发射模块1、信号接收模块2、无线通讯模块4连接，为其提供电源，其中，所述信号发射模块1包括第一微控制单元5、功能控制按键6，功能控制按键6包括若干个按钮和开关，其中每一个按钮对应一种机器人的工作状态，用户通过功能控制按键6选择机器人的工作状态，所述第一微控制单元5根据用户选择的机器人的工作状态生成控制信号并经无线通讯模块4发送至所述信号接收模块2，信号接收模块2再将控制信号发送至机器人的执行机构，从而控制机器人完成目标动作。
进一步的，所述电源模块3包括24V直流电源、3.3V直流电源，可以采用稳压器等器件将24V直流电源转换为3.3V直流电源并输出，这种结构的输入端是24V直流电源，输出端是3.3V直流电源。也可以采用现有技术中的其他的分立结构，在此不做限制。
进一步的，所述无线通讯模块4包括第一无线通讯模块7、第二无线通讯模块8，所述信号发射模块1经第一无线通讯模块7与第二无线通讯模块8连接，所述第二无线通讯模块8与所述信号接收模块2连接，所述第一无线通讯模块7的天线接口、第二无线通讯模块8的天线接口均与天线TP连接。优选的，所述第一无线通讯模块7、第二无线通讯模块8的型号均为NCK01120。
上述装置连接完成后，用户首先根据需求按下功能控制按键6中对应的按键，信号发射模块1根据按键信息生成相应的控制信号，并根据事先定义好的协议、接口把控制信号传输给第一无线通讯模块7，第一无线模块7接收到信号发射模块1传输的控制信号后，对控制信号进行扩频调制并通过天线把调制好的数据以电磁方式辐射到空中；第二无线模块8的天线监测到空中电磁波后，对接收到的电磁信号进行解调以及相应处理后发送至信号接收模块2，信号接收模块2生成控制信号至机器人的执行机构，从而控制机器人完成相应的动作。
当然，上述的硬件结构需要搭配软件才能实现发明目的，比如功能控制按键6与机器人工作状态的对应，以及如何根据机器人工作状态生成控制信号发送至信号接收模块2，都需要编程配合，但这种程序属于现有技术，只需要将现有技术中的程序中的参数等进行相应变化即可。
优选的，所述第一微控制单元5的型号为STM8/UFQFPN28，所述第一微控制单元5的引脚1经电阻与所述3.3V直流电源连接，所述引脚1还经普通电容与引脚6连接，所述引脚6接地，引脚7与所述3.3V直流电源连接，所述第一微控制单元5的引脚6、引脚7之间还连接有滤波电路，所述滤波电路由两个普通电容并联形成，所述第一微控制单元5的引脚27与所述第一无线通讯模块7的引脚14连接，所述第一微控制单元5的引脚21与所述第一无线通讯模块7的引脚16连接，所述第一微控制单元5的引脚20与所述第一无线通讯模块7的引脚15连接，所述第一微控制单元5的引脚19至引脚15分别与所述第一无线通讯模块7的引脚2至引脚6连接，所述第一微控制单元5的引脚8-引脚14与所述功能控制按键6连接，所述第一微控制单元5的其他引脚悬置。
进一步的，所述功能控制按键6包括开关S2、按键K1至K6，所述开关S2、按键K1至K6的一端均与所述3.3V直流电源连接，所述开关S2、按键K1至K6的另一端均经电阻接地，所述开关S2、按键K1至K6的另一端分别与所述第一微控制单元7的引脚8至引脚14对应连接。其中，开关S2控制功能控制按键的开启和关闭，按键K1至K6分别对应机器人的一种工作状态，用户可以根据需要选择。
进一步的，所述信号接收模块2包括第二微控制单元9、继电器模块10，所述第二微控制单元9的型号为STM8L151G6，所述第二微控制单元9的引脚1经电阻与所述3.3V直流电源连接，所述引脚1还经电容与引脚6连接，所述引脚6接地，所述引脚7与所述3.3V直流电源连接，所述第二微控制单元9的引脚6、引脚7之间还连接有滤波电路，所述滤波电路由两个普通电容并联形成，所述第二微控制单元9的引脚4、引脚5、引脚8至引脚12均与继电器模块10连接，所述第二微控制单元9的引脚15至引脚19分别与所述第二无线通讯模块8的引脚6至引脚2连接，所述第二微控制单元9的引脚25至引脚27分别与所述第二无线通讯模块8的引脚16至引脚14连接，所述第二微控制单元9的其他引脚悬置。
进一步的，所述继电器模块10包括7个结构相同的继电器电路11、第一插排12，所述第二微控制单元9的引脚4、引脚5、引脚8至引脚12分别连接一个继电器电路11，所述继电器电路11包括三极管、二极管、继电器，所述三极管的基极经电阻与所述第二微控制单元9的引脚12(以引脚第二微控制单元的引脚12为例)连接，所述三极管的发射极接地，所述二极管与所述继电器输入端并联，所述二极管的正极与所述三极管的集电极连接，所述二极管的负极与所述24V直流电源连接，所述继电器的输出端连接至第一插排12，所述第一插排12通过导线连接至机器人的执行机构。
为了检测该无线示教系统是否处于有效工作状态，优选的，所述无线示教系统还包括检测模块，所述检测模块包括检测电路13、发光二极管电路14、第二插排15，所述检测电路13包括第一光耦、第二光耦、第三光耦、第四光耦，所述第一光耦的输入端的一端经电阻与3.3V电源连接，所述第一光耦的输入端的另一端接地，所述第一光耦的输出端的一端与第二插排15连接，所述第二插排15通过导线与电控柜连接，所述第一光耦的输出端的另一端经电阻接地，所述第二光耦、第三光耦、第四光耦的连接方式与第一光耦相同。
所述发光二极管电路14包括第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管，所述第一发光二极管的正极与3.3V直流电源连接，所述第一发光二极管的负极经电阻连接至所述第一微控制单元7的引脚23，所述第二发光二极管的正极与3.3V直流电源连接，所述第二发光二极管的负极经电阻连接至所述第一微控制单元7的引脚25，第三发光二极管的正极与3.3V直流电源连接，所述第三发光二极管的负极经电阻连接至所述第一微控制单元7的引脚24。优选的，所述第一发光二极管为绿色发光二极管，所述第二发光二极管为红色发光二极管，所述第三发光二极管为蓝色发光二极管。
信号接收模块2把监测到的电控柜输出信号通过第二无线通讯模块8、第一无线通讯模块7发送至信号发射模块1(数据传输过程同上文所述)，信号发射模块1对接收到数据进行解调和判断，根据判断结果控制三色LED状态。用户按下功能控制按键6中的S2开关，系统开始上电，激活系统中的各个模块，此时红色发光二极管、蓝色发光二极管作为系统启动的指示灯常亮，当绿色发光二极管闪烁时，代表无线通讯正常；当绿色发光二极管常亮时，代表无线通讯发生故障。
如图9所示，本发明还包括无线示教系统的控制方法，包括以下步骤：首先对无线示教系统中的各个模块进行初始化操作；接着，判断信号发射模块1与信号接收模块2是否正常通信；若能实现正常通信，则继续下一步骤；若无法实现正常通信，则返回上一步骤；接下来根据用户按下的功能控制按键8识别机器人的工作状态，并根据工作状态识别机器人需完成的动作；然后，根据识别结果，信号发射模块1生成相应的控制信号，并经无线通讯模块4发送至信号接收模块2；信号接收模块2接收到控制信号之后，再发送控制信号至机器人的各个执行机构；最后，机器人的各个执行机构根据控制信号控制机器人完成相应的动作。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种机器人无线示教系统，所述系统包括设置在机器人末端的信号发射模块(1)、设置在机器人控制柜内的信号接收模块(2)、电源模块(3)、无线通讯模块(4)，所述信号发射模块(1)经无线通讯模块(4)与所述信号接收模块(2)连接并通信，所述电源模块(3)分别与信号发射模块(1)、信号接收模块(2)、无线通讯模块(4)连接，其特征在于：所述信号发射模块(1)包括第一微控制单元(5)和与其连接的功能控制按键(6)，用户通过功能控制按键(6)选择机器人的工作状态，所述第一微控制单元(5)根据用户选择的机器人的工作状态生成控制信号并经无线通讯模块(4)发送至所述信号接收模块(2)。
2.根据权利要求1所述的无线示教系统，其特征在于：所述电源模块(3)包括24V直流电源、3.3V直流电源。
3.根据权利要求2所述的无线示教系统，其特征在于：所述无线通讯模块(4)包括第一无线通讯模块(7)、第二无线通讯模块(8)，所述信号发射模块(1)经第一无线通讯模块(7)与第二无线通讯模块(8)连接，所述第二无线通讯模块(8)与所述信号接收模块(2)连接，所述第一无线通讯模块(7)的天线接口、第二无线通讯模块(8)的天线接口均与天线TP连接。
4.根据权利要求3所述的无线示教系统，其特征在于：所述第一微控制单元(5)的型号为STM8/UFQFPN28，所述第一微控制单元(5)的引脚1经电阻与所述3.3V直流电源连接，所述引脚1还经普通电容与引脚6连接，所述引脚6接地，引脚7与所述3.3V直流电源连接，所述第一微控制单元(5)的引脚6、引脚7之间还连接有滤波电路，所述滤波电路由两个普通电容并联形成，所述第一微控制单元(5)的引脚27与所述第一无线通讯模块(7)的引脚14连接，所述第一微控制单元(5)的引脚21与所述第一无线通讯模块(7)的引脚16连接，所述第一微控制单元(5)的引脚20与所述第一无线通讯模块(7)的引脚15连接，所述第一微控制单元(5)的引脚19至引脚15分别与所述第一无线通讯模块(7)的引脚2至引脚6连接，所述第一微控制单元(5)的引脚8-引脚14与所述功能控制按键(6)连接，所述第一微控制单元(5)的其他引脚悬置。
5.根据权利要求4所述的无线示教系统，其特征在于：所述功能控制按键(6)包括开关S2、按键K1至K6，所述开关S2、按键K1至K6的一端均与所述3.3V直流电源连接，所述开关S2、按键K1至K6的另一端均经电阻接地，所述开关S2、按键K1至K6的另一端分别与所述第一微控制单元(7)的引脚8至引脚14对应连接。
6.根据权利要求2至5任一项所述的无线示教系统，其特征在于：所述信号接收模块(2)包括第二微控制单元(9)、继电器模块(10)，所述第二微控制单元(9)的型号为STM8L151G6，所述第二微控制单元(9)的引脚1经电阻与所述3.3V直流电源连接，所述引脚1还经电容与引脚6连接，所述引脚6接地，所述引脚7与所述3.3V直流电源连接，所述第二微控制单元(9)的引脚6、引脚7之间还连接有滤波电路，所述滤波电路由两个普通电容并联形成，所述第二微控制单元(9)的引脚4、引脚5、引脚8至引脚12均与继电器模块(10)连接，所述第二微控制单元(9)的引脚15至引脚19分别与所述第二无线通讯模块(8)的引脚6至引脚2连接，所述第二微控制单元(9)的引脚25至引脚27分别与所述第二无线通讯模块(8)的引脚16至引脚14连接，所述第二微控制单元(9)的其他引脚悬置。
7.根据权利要求6所述的无线示教系统，其特征在于：所述继电器模块(10)包括7个结构相同的继电器电路(11)、第一插排(12)，所述第二微控制单元(9)的引脚4、引脚5、引脚8至引脚12均与继电器电路(11)连接，所述继电器电路(11)包括三极管、二极管、继电器，所述三极管的基极经电阻与所述第二微控制单元(9)的引脚连接，所述三极管的发射极接地，所述二极管与所述继电器输入端并联，所述二极管的正极与所述三极管的集电极连接，所述二极管的负极与所述24V直流电源连接，所述继电器的输出端连接至第一插排(12)，所述第一插排(12)通过导线连接至机器人的执行机构。
8.根据权利要求7所述的无线示教系统，其特征在于：所述无线示教系统包括检测模块，用于检测所述无线示教系统的工作状态，所述检测模块包括检测电路(13)、发光二极管电路(14)、第二插排(15)，所述检测电路(13)包括第一光耦、第二光耦、第三光耦、第四光耦，所述第一光耦的输入端的一端经电阻与3.3V电源连接，所述第一光耦的输入端的另一端接地，所述第一光耦的输出端的一端与第二插排(15)连接，所述第二插排(15)通过导线与电控柜连接，所述第一光耦的输出端的另一端经电阻接地，所述第二光耦、第三光耦、第四光耦的连接方式与第一光耦相同。
9.根据权利要求8所述的无线示教系统，其特征在于：所述发光二极管电路(14)包括第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管，所述第一发光二极管的正极与3.3V直流电源连接，所述第一发光二极管的负极经电阻连接至所述第一微控制单元(7)的引脚23，所述第二发光二极管的正极与3.3V直流电源连接，所述第二发光二极管的负极经电阻连接至所述第一微控制单元(7)的引脚25，第三发光二极管的正极与3.3V直流电源连接，所述第三发光二极管的负极经电阻连接至所述第一微控制单元(7)的引脚24。
10.根据权利要求1至9任一项所述的无线示教系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、初始化，对无线示教系统中的各个模块进行初始化操作；
B、判断信号发射模块(1)与信号接收模块(2)是否通信；
若实现通信，则继续下一步骤；
若无法实现通信，则返回上一步骤；
C、根据用户按下的功能控制按键(8)识别机器人需完成的动作；
D、根据识别结果，信号发射模块(1)生成控制信号，并经无线通讯模块(4)发送至信号接收模块(2)；
E、信号接收模块(2)发送控制信号至机器人的各个执行机构；
F、机器人的各个执行机构控制机器人完成动作。
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