本發(fā)明涉及機器人領域，特別涉及機器人操作盒及操作系統(tǒng)。

背景技術：

近些年來，機器人技術及其產(chǎn)品發(fā)展很快，它對于提高生產(chǎn)自動化水平、勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益，保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件等方面的作用日益顯著。機器人工業(yè)已成為世界各國備受關注的產(chǎn)業(yè)。

在現(xiàn)有技術中，操作者在操作機器人前，需要對示教器編程有一個熟悉練習的過程。此時，操作者可以通過模擬操作系統(tǒng)進行練習，不僅成本較低，而且基本不存在安全問題。

在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術至少存在如下缺陷：在現(xiàn)有技術中，模擬操作系統(tǒng)只能提供虛擬環(huán)境下的機器人仿真演示，無法接入真實器件進行實體操作，具有一定的局限性，從而使得操作者在實體操作階段，需要會花費較長的時間進行磨合。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施方式的目的在于提供一種機器人操作盒及操作系統(tǒng)，既能提供虛擬環(huán)境下的機器人仿真演示，又能接入真實器件進行實體操作。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的實施方式提供了一種機器人操作盒，包括：控制模塊以及通信板；

控制模塊與通信板電性連接，并建立通信連接，通信板上至少設有第一信號輸入輸出模塊以及第二信號輸入輸出模塊；

控制模塊用于接收示教器下發(fā)的編程指令，獲取編程指令對應的控制指令，并獲取控制指令對應的信號輸入輸出信息；

控制模塊用于在機器人仿真演示時，將控制指令發(fā)送給仿真設備進行仿真；第一信號輸入輸出模塊用于演示信號輸入輸出信息；控制模塊還用于在操作真實器件時，將信號輸入輸出信息發(fā)送給第二信號輸入輸出模塊，由第二輸入輸出模塊將信號輸入輸出信息傳輸給外接設備。

本發(fā)明的實施方式還提供了一種機器人操作系統(tǒng)，包括：示教器、仿真設備以及上述的機器人操作盒；

示教器以及仿真設備均與機器人操作盒通信連接。

本發(fā)明實施方式相對于現(xiàn)有技術而言，設置了機器人操作盒，機器人操作盒既能夠與示教器以及仿真設備進行通信，實現(xiàn)機器人仿真演示，又能夠外接設備，實現(xiàn)真實器件的實體操作。其中，機器人操作盒包括控制模塊以及通信板?？刂颇K用于與示教器以及仿真設備進行通信，接收示教器下發(fā)的編程指令，獲取編程指令對應的控制指令，并獲取控制指令對應的信號輸入輸出信息。通信板上設有至少兩個信號輸入輸出模塊，第一信號輸入輸出模塊用于在機器人仿真演示時，演示信號輸入輸出信息；第二信號輸入輸出模塊用于外接設備，將信號輸入輸出信息傳輸給外接設備。通過這種方式，在機器人仿真演示時，控制模塊能夠?qū)⒖刂浦噶畎l(fā)送給仿真設備進行仿真，并將信號輸入輸出信息發(fā)送給通信板上的第一信號輸入輸出模塊進行演示；在操作真實器件時，控制模塊能夠?qū)⑿盘栞斎胼敵鲂畔⒂傻诙斎胼敵瞿K傳輸給外接設備進行作業(yè)，從而既能提供虛擬環(huán)境下的機器人仿真演示，又能接入真實器件進行實體操作。

另外，控制模塊包括：機器人控制器以及安全邏輯板；安全邏輯板分別與機器人控制器以及通信板電性連接，安全邏輯板設有對應于示教器的連接接口，通過連接接口給示教器供電；機器人控制器與安全邏輯板以及通信板通信連接，機器人控制器還與示教器通信連接，用于接收示教器下發(fā)的編程指令，獲取編程指令對應的控制指令，并獲取控制指令對應的信號輸入輸出信息；機器人控制器還與仿真設備通信連接，在機器人仿真演示時，機器人控制器用于將控制指令發(fā)送給仿真設備進行仿真，并將信號輸入輸出信息通過安全邏輯板發(fā)送給通信板的第一信號輸入輸出模塊進行演示；在操作真實器件時，機器人控制器用于將信號輸入輸出信息通過安全邏輯板發(fā)送給通信板的第二信號輸入輸出模塊。這樣，提供了控制模塊的一種具體實現(xiàn)形式，增加了本發(fā)明實施方式的可行性。并且，安全邏輯板能夠進行機器人操作盒的電源管理，搭建安全回路，保證了機器人操作盒的安全使用。

另外，機器人操作盒還包括：開關電源；開關電源與安全邏輯板電性連接，并與通信板上的第二信號輸入輸出模塊電性連接。利用開關電源給安全邏輯板以及第二信號輸入輸出模塊進行供電，不僅保證了機器人控制器以及第一信號輸入輸出模塊的正常工作，而且使得機器人操作盒在外接設備時，能夠通過開關電源直接給外接設備進行供電。這樣，在進行操作真實器件時，不需要額外地接入供電電源給外接設備進行供電，簡化了電路連接，機器人操作盒的應用范圍較廣。

另外，通信板上還設有控制開關；控制開關連接在第二信號輸入輸出模塊以及開關電源之間。這樣，利用控制開關對第二信號輸入輸出模塊的工作狀態(tài)進行控制，在機器人仿真時，控制開關關閉，第二信號輸入輸出模塊不接入電路，在實體操作時，控制開關開啟，第二信號輸入輸出模塊接入電路。

另外，機器人操作盒還包括：N個通訊接口；其中，N為正整數(shù)；N個通訊接口均與機器人控制器電性連接，從而為機器人控制器可以與外部可編程控制器件PLC(PLC，Programmable Logic Controller，可編程控制器件)進行通訊提供了基礎，并實現(xiàn)了機器人操作盒的通訊檢測。

另外，通訊接口為：CAN總線接口、串口或TCP/IP以太網(wǎng)絡接口。提供了通訊接口的多種具體實現(xiàn)形式，增加了本發(fā)明實施方式的可行性。

另外，機器人控制器通過EtherCAT總線與安全邏輯板以及通信板通信連接。提供了機器人控制器與安全邏輯板以及通信板建立通信連接的一種具體實現(xiàn)形式，增加了本發(fā)明實施方式的可行性。并且，EtherCAT總線的信息傳輸?shù)膶崟r性較強。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式中機器人操作盒的結(jié)構示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式中通信板的結(jié)構示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式中機器人操作盒的具體結(jié)構示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式中機器人操作盒的結(jié)構示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式中機器人操作盒的結(jié)構示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明第四實施方式中機器人操作系統(tǒng)的結(jié)構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領域的普通技術人員可以理解，在本發(fā)明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節(jié)。但是，即使沒有這些技術細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請所要求保護的技術方案。

本發(fā)明的第一實施方式涉及一種機器人操作盒，如圖1所示。機器人操作盒10包括：控制模塊101以及通信板102?？刂颇K101與通信板102電性連接，并建立通信連接，通信板102上至少設有第一信號輸入輸出模塊1021以及第二信號輸入輸出模塊1022。

具體地說，控制模塊101與通信板102電性連接，從而能夠通過控制模塊101給通信板102供電。控制模塊101與通信板102建立通信連接，從而能夠?qū)崿F(xiàn)兩者之間的信息交互。本實施方式中，以第一信號輸入輸出模塊1021以及第二信號輸入輸出模塊1022均為數(shù)字信號輸入輸出模塊為例進行說明。通信板102如圖2所示，第一信號輸入輸出模塊1021具有DI1、DI2、DI3、DI4四個數(shù)字量輸入端以及DO1、DO2、DO3、DO4四個數(shù)字量輸出端。第二信號輸入輸出模塊1022具有DI5、DI6、DI7、DI8可自定義的四個數(shù)字量輸入端以及DO5、DO6、DO7、DO8可自定義的四個數(shù)字量輸出端。

在第一信號輸入輸出模塊1021中，每個數(shù)字量輸入端均對應有一撥桿開關以及一指示燈，當某一數(shù)字輸入端對應的撥桿開關打開時，這一數(shù)字輸入端對應的指示燈會變亮。如，DI1對應的撥桿開關打開時，DI1對應的指示燈會變亮。每個數(shù)字量輸出端均對應有一指示燈，當某一數(shù)字輸出端有信號輸出時，這一數(shù)字輸出端對應的指示燈會變亮，如，DO1有信號輸出時，DO1對應的指示燈會亮。

在第二信號輸入輸出模塊1021中，每個數(shù)字量輸入端均與一指示燈、一電源接口24V以及一輸入接口IN對應，同一數(shù)字量輸入端所對應的電源接口24V以及輸入接口IN之間能夠外接設備，如，開關、按鈕、傳感器等。每個數(shù)字量輸出端均對應有一指示燈，一輸出接口OUT以及一0V接口，同一數(shù)字量輸出端所對應的輸出接口OUT以及0V接口之間可外接設備，如，指示燈、電磁閥、繼電器等。

本實施方式中，第一信號輸入輸出模塊1021的四個數(shù)字量輸入端以及四個數(shù)字量輸出端已經(jīng)預先與示教器上對應的IO口綁定，第一信號輸入輸出模塊1021的演示效果主要與示教器編程指令的內(nèi)部邏輯有關。如，在第一信號輸入輸出模塊1021中，當某一數(shù)字輸入端對應的撥桿開關打開時，這一數(shù)字輸入端在示教器編程指令的內(nèi)部邏輯中對應的數(shù)字量輸出端的指示燈也會變亮。

第二信號輸入輸出模塊1022的控制方式取決于外接設備的類型，四個數(shù)字量輸入端以及四個數(shù)字量輸出端也是預先與示教器配置的I/O接口綁定，因而第二信號輸入輸出模塊1022的控制效果也與示教器發(fā)送的編程指令有關。如，可以在第二信號輸入輸出模塊1022的數(shù)字量輸入端DI5所對應的電源接口24V以及輸入接口IN之間接入一個按鈕，在數(shù)字量輸出端DO5所對應的輸出接口OUT以及0V接口之間接入指示燈。在示教器上點擊相應的按鈕，控制示教器下發(fā)相應的編程指令。這樣，在按下接入的按鈕后，有信號輸入，可以看到仿真機器人運行到第一位置點，同時指示燈變亮；再次按下接入的按鈕后，信號斷開，可以看到仿真機器人會運行到第二位置點，同時指示燈熄滅。

當然，在實際操作時，第一信號輸入輸出模塊1021以及第二信號輸入輸出模塊1022也可以均為模擬信號輸入輸出模塊，并且，第一信號輸入輸出模塊1021以及第二信號輸入輸出模塊1022的接口數(shù)量可以擴展更多。本實施方式中，并不對第一信號輸入輸出模塊1021以及第二信號輸入輸出模塊1022的具體實現(xiàn)形式做任何限制。

本實施方式中，控制模塊101提供有示教器接口以及調(diào)試接口，可以通過示教器線纜，將控制模塊101與示教器通信連接，進行通訊；通過網(wǎng)線，將控制模塊101與仿真設備(如，安裝有機器人仿真軟件的電腦)通信連接，進行通訊。這樣，控制模塊101便能夠接收示教器下發(fā)的編程指令，獲取編程指令對應的控制指令，并獲取控制指令對應的信號輸入輸出信息，以實現(xiàn)根據(jù)示教器下發(fā)的編程指令，控制仿真機器人或外接設備執(zhí)行相應的動作。如圖3所示，以控制模塊101包括機器人控制器1011以及安全邏輯板1012為例進行舉例說明：

安全邏輯板1012分別與機器人控制器1011以及通信板102電性連接。并且，安全邏輯板1012設有對應于示教器的連接接口，通過連接接口給示教器供電。這樣，利用安全邏輯板1012能夠進行機器人操作盒的電源管理，搭建安全回路，保證機器人操作盒的安全使用。

機器人控制器1011與示教器通信連接，接收示教器下發(fā)的編程指令，獲取編程指令對應的控制指令，并獲取控制指令對應的信號輸入輸出信息。機器人控制器1011提供有調(diào)試接口，用于與仿真設備通信連接。這樣，在機器人仿真演示時，機器人控制器1011將控制指令發(fā)送給仿真設備進行仿真，并將控制指令對應的信號輸入輸出信息通過安全邏輯板1012發(fā)送給通信板102的第一信號輸入輸出模塊1021進行演示。在操作真實器件時，機器人控制器1011將控制指令對應的信號輸入輸出信息通過安全邏輯板1012發(fā)送給通信板102的第二信號輸入輸出模塊1022，由第二輸入輸出模塊1022將信號輸入輸出信息傳輸給外接設備，實現(xiàn)對外接設備的控制。

具體地說，機器人控制器1011與安全邏輯板1012以及通信板102通信連接。如，機器人控制器通過EtherCAT總線與安全邏輯板1012以及通信板102通信連接，信息傳輸?shù)膶崟r性較強，并能夠?qū)崿F(xiàn)機器人控制器1011、安全邏輯板1012以及通信板102之間的信息交互。這樣，機器人控制器1011便能夠通過EtherCAT總線，將示教器下發(fā)的編程指令所對應的信號輸入輸出信息通過安全邏輯板1012下發(fā)給通信板102，以便于信號輸入輸出信息能夠在機器人操作盒的通信板上進行演示。這樣，安全邏輯板1012不僅實現(xiàn)了上述的機器人操作盒的電源管理，搭建安全回路，保證機器人操作盒安全使用的功能，而且實現(xiàn)了對信號輸入輸出信息進行匯總的功能。

值得一提的是，本實施方式中，通信板102上還可以設置EtherCAT總線接口，通過EtherCAT總線外接伺服，以便于實現(xiàn)對真實的機器人地實時控制。

本實施方式中所涉及到的各模塊均為邏輯模塊，在實際應用中，一個邏輯單元可以是一個物理單元，也可以是一個物理單元的一部分，還可以以多個物理單元的組合實現(xiàn)。此外，為了突出本發(fā)明的創(chuàng)新部分，本實施方式中并沒有將與解決本發(fā)明所提出的技術問題關系不太密切的單元引入，但這并不表明本實施方式中不存在其它的單元。

不難看出，本實施方式中，控制模塊101能夠在機器人仿真演示時，將控制指令發(fā)送給仿真設備進行仿真，并將信號輸入輸出信息發(fā)送給通信板102上的第一信號輸入輸出1021模塊進行演示；并且，控制模塊101還能夠在操作真實器件時，將信號輸入輸出信息由第二輸入輸出模塊1022傳輸給外接設備進行作業(yè)，從而既能提供虛擬環(huán)境下的機器人仿真演示，又能接入真實器件進行實體操作。

本發(fā)明的第二實施方式涉及一種機器人操作盒，如圖4所示。第二實施方式在第一實施方式的基礎上加以改進，主要改進之處在于：在本發(fā)明第二實施方式中，機器人操作盒還包括開關電源103以及控制開關104，能夠?qū)C器人操作盒以及外接設備進行供電，并能夠控制第二信號輸入輸出模塊1022的工作狀態(tài)。

具體地說，開關電源103與安全邏輯板1012電性連接，并與通信板102上的第二信號輸入輸出模塊1022電性連接。更具體地說，開關電源103可以為24V開關電源，能夠給安全邏輯板1012以及第二信號輸入輸出模塊1022進行供電，不僅保證了機器人控制器1011以及第一信號輸入輸出模塊1021的正常工作，而且使得機器人操作盒在外接設備時，能夠通過開關電源103直接給外接設備進行供電。這樣，在進行操作真實器件時，就不需要額外地接入供電電源給外接設備進行供電，簡化了電路連接，機器人操作盒的應用范圍較廣。在實際操作時，還可以給機器人操作盒設置電源總開關，連接在開關電源以及安全邏輯板之間，對開關電源的工作狀態(tài)進行控制，從而控制整個機器人操作盒的工作狀態(tài)。

本實施方式中，控制開關104連接在第二信號輸入輸出模塊1022以及開關電源103之間，對第二信號輸入輸出模塊1022的工作狀態(tài)進行控制，在機器人仿真時，控制開關關閉，第二信號輸入輸出模塊1022不接入電路，在實體操作時，控制開關開啟，第二信號輸入輸出模塊1022接入電路。

本發(fā)明的第三實施方式涉及一種機器人操作盒，如圖5所示。第三實施方式在第二實施方式的基礎上加以改進，主要改進之處在于：在本發(fā)明第三實施方式中，機器人操作盒還包括：N個通訊接口105。其中，N為正整數(shù)。

具體地說，N個通訊接口105均與機器人控制器1011電性連接。如，通訊接口105可以為：CAN總線接口、串口或TCP/IP以太網(wǎng)絡接口，從而為機器人控制器1011可以與外部可編程控制器件PLC(PLC，Programmable Logic Controller，可編程控制器件)進行通訊提供了基礎，并實現(xiàn)了機器人操作盒的通訊檢測。

本發(fā)明第四實施方式涉及一種機器人操作系統(tǒng)，如圖6所示，包括：示教器20、仿真設備30以及如第一實施方式、第二實施方式或第三實施方式中所提及到的機器人操作盒10。示教器20以及仿真設備30均與機器人操作盒通信連接。本實施方式中，示教器20、仿真設備30均通過TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡，與機器人操作盒通信連接。

具體地說，仿真設備30可加載不同類型的機器人和外圍設備模型，實現(xiàn)示教器20對真實機器人在手動模式、自動模式、外部自動模式下的所有操作，例如急停操作、速度調(diào)節(jié)、程序加載、更改機器人參數(shù)、軌跡顯示等。仿真設備30中的仿真程序可以導出直接供真實的機器人使用，并且在仿真設備30的界面中，可實時顯示仿真機器人工具中心點的動態(tài)位置信息以及仿真機器人運行的軌跡，因此，當真實機器人現(xiàn)場運行程序有錯誤時，可以將程序拷貝到機器人操作系統(tǒng)上運行，檢查程序編寫是否正確，從而完成程序模擬再現(xiàn)和程序檢查等調(diào)試工作。

示教器20作為人機交互界面，將編程指令通過TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡下發(fā)給機器人操作盒。

在機器人仿真時，由機器人操作盒中的機器人控制器對編程指令進行解析，獲取對應的控制指令后，機器人控制器再通過TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡把運動指令和數(shù)據(jù)下發(fā)給仿真設備30，仿真機器人即可進行仿真運動。此時動態(tài)位置信息和運動軌跡都會在仿真設備30的界面上顯示，仿真機器人的狀態(tài)信息也會通過機器人操作盒反饋到示教器20上。同時，機器人控制器中會獲取控制指令對應的信號輸入輸出信息(邏輯IO信息)，將信號輸入輸出信息下發(fā)給通信板的第一信號輸入輸出模塊進行演示。

在操作真實器件時，機器人操作盒在接收到示教器20下發(fā)的編程指令時，機器人控制器會獲取編程指令對應的控制指令，并獲取控制指令對應的信號輸入輸出信息(邏輯IO信息)，將信號輸入輸出信息下發(fā)給通信板的第二信號輸入輸出模塊，此時外接設備就會執(zhí)行相應的動作，輸出信號會顯示機器人操作盒上，同時也會通過EtherCAT總線反饋給機器人控制器，再由機器人控制器通過TCP/IP協(xié)議反饋到示教器20上進行監(jiān)視。這樣，不僅有利于理解示教器20的指令功能，而且能貼近工程的實際應用。

本領域的普通技術人員可以理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例，而在實際應用中，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。