示教器的拔插控制系统及机器人的制作方法

本实用新型涉及工业机器人控制领域，具体而言，涉及一种示教器的拔插控制系统及机器人。

背景技术：

在工业机器人的现场使用过程中，示教器作为人机交互的平台，实现用户对机器人的各种控制。一般情况下，一台机器人配套使用一台示教器，随着示教器接口越来越向通用型发展，出现了一台示教器可以配多台工业机器人使用的情况：用户将示教器与一台机器人连接后，编程实现其自动化运行，然后通过热插拔技术，将该示教器取下连至另一台工业机器人，继续进行相应的操作。

机器人示教器与运动控制器的接口信号一般包括示教器电源线、示教器与运动控制器的通信线、示教器急停信号三类。其中，急停信号通过示教器与运动控制器之间形成的电源回路进行工作，如果不作相应的处理，直接将示教器从运动控制器端取下，运动控制器会启动急停报警处理，导致机器人停止运行。因此，为了实现示教器热插拔，必须对急停信号以及进行相关处理。即必须解决以下两个问题：示教器取下的过程中保证急停回路的完好(需要提前启动相应的急停备用回路)，避免触发控制器急停报警；示教器连上以后，示教器面板上的急停开关能正常使用(断开相应的急停备用回路)。

为了解决上述问题，相关技术中提供了两种方案，第一种方案实现方式如下：在运动控制器面板上留有示教器热插拔旋钮开关，旋钮有0/1两个档位，当旋钮置于1档时，表示必须连接示教器才能正常使用，否则控制柜报警；当旋钮置于0档时，表示可将示教器拔下，此时机器人系统仍可继续运行。第二种方案实现方式如下：运动控制器面板上留有热插拔按钮(可以是自弹式常开按钮开关)，同时为用户配备了专用的短接器，拔下示教器的步骤如下：一直按着热插拔按钮，此时相应的指示灯亮；拔下示教器，同时在示教器接口上插入专用的短接器；松开热插拔按钮。重新插入示教器的步骤如下：一直按着热插拔按钮；拔下短接器，紧接着插上示教器；松开热插拔按钮。

但是，对于第一种方案，如果用户将示教器重新插到运动控制器而忘记将旋钮置于1档，则导致示教器上的急停按钮处于失效状态，该功能的正常运行建立在用户绝对正常操作的基础上，存在潜在的安全风险。对于第二种方案，操作较为繁琐而且不可靠，用户需要一直按着热插拔按钮，一旦在插拔示教器与短接器的过程中热插拔按钮出现松动的情况，该机器人就会出现急停报警的情况，导致自动运行停止。

针对相关技术中示教器的拔插控制方式操作复杂且安全性低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种示教器的拔插控制系统及机器人，以至少解决相关技术中示教器的拔插控制方式操作复杂且安全性低的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种示教器的拔插控制系统，包括：第一控制开关，用于生成状态切换信号；控制装置，与第一控制开关连接，用于基于状态切换信号，控制示教器的电源电路断开及急停回路短接，或控制电源电路导通及急停回路的短接断开。

进一步地，该系统还包括：第一继电器，串联在电源电路上，用于基于控制装置输出的断电信号断开，或基于控制装置输出的上电信号闭合。

进一步地，控制装置包括：控制模块，与第一控制开关连接，用于基于第一控制开关发送的第一触发信号停止接收示教器发送的心跳包，并释放与示教器连接的网络端口；采集模块，与第一控制开关连接，用于基于第一控制开关发送的第二触发信号获取机器人的当前状态。

进一步地，控制装置包括：接收模块，与示教器连接，用于接收示教器发送的第一控制信号或第二控制信号；控制模块，与接收模块连接，用于基于第一控制信号停止接收示教器发送的心跳包，并释放与示教器连接的网络端口；采集模块，与接收模块连接，用于基于第二控制信号获取机器人的当前状态。

进一步地，该系统还包括：第二控制开关，设置在示教器上，用于生成第一触发信号或第二触发信号；示教器，与第二控制开关连接，用于基于第一触发信号发送第一控制信号，或基于第二触发信号发送第二控制信号。

进一步地，第二控制开关包括：第一按钮开关，与示教器连接，用于生成第一触发信号；第二按钮开关，与示教器连接，用于生成第二触发信号。

进一步地，控制装置还包括：发送模块，与控制模块连接，用于发送当前状态至示教器。

进一步地，该系统还包括：短接电路，通过第二继电器与急停回路连接，第二继电器用于基于控制装置输出的断电信号断开，或基于控制装置输出的上电信号闭合。

进一步地，第一控制开关为旋钮开关。

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种机器人，包括：上述的示教器的拔插控制系统。

在本实用新型实施例中，通过第一控制开关生成状态切换信号，并通过控制装置基于状态切换信号控制示教器的电源电路断开及急停回路短接，或控制电源电路导通及急停回路的短接断开，实现了工业机器人对示教器热拔插的需求。与相关技术相比，通过操作第一控制开关即可实现示教器的热拔插，降低操作复杂度，并且通过对示教器的电源电路进行断开或导通，防止热插、热拔示教器时，连接线虚接而引起的电路损坏问题，示教器拔插拔过程中均处于不带电状态，安全性更高，同时可以有效防止机器人非热插拔状态下，示教器急停被意外短接的问题，进而解决了相关技术中示教器的拔插控制方式操作复杂且安全性低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种示教器的拔插控制系统的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的示教器的拔插控制系统的示意图；

图3是根据本实用新型实施例的一种可选的示教器热拔操作的示意图；以及

图4是根据本实用新型实施例的一种可选的示教器热插操作的示意图。

其中，上述附图中包括如下附图标记：

10、运动控制器；12、热拔插旋钮；14、控制装置；16、运动控制器急停开关；18、连接头；20、示教器；22、示教器急停开关；30、连接线。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型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，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

实施例1

根据本实用新型实施例，提供了一种示教器的拔插控制系统。

图1是根据本实用新型实施例的一种示教器的拔插控制系统的示意图，如图1所示，该系统包括：第一控制开关12和控制装置14。

其中，第一控制开关12用于生成状态切换信号；控制装置14与第一控制开关连接，用于基于状态切换信号，控制示教器的电源电路断开及急停回路短接，或控制电源电路导通及急停回路的短接断开。

具体地，上述的第一控制开关可以设置在运动控制器的面板上，第一控制开关可以是旋钮开关，包含有热插和热拔两个档位，当旋钮开关从热插档旋转到热拔档，或从热拔档旋转到热插档时，输出状态切换信号；第一控制开关也可以是按键开关，当按键开关被按下或弹起时，输出状态切换信号；第一控制开关还可以是两个按键开关，两个按键开关同时只能有一个被按下，任意一个按键开关被按下时，均会输出状态切换信号。考虑到系统成本以及所占空间，在本实用新型实施例中，以第一控制开关为单一旋钮开关为例进行说明。

上述的控制装置可以是运动控制器中用于示教器的插拔控制的芯片、单片机或fpga(field-programmablegatearray，现场可编程门阵列)，本实用新型对此不作具体限定。

在一种可选的方案中，当用户需要拔下示教器时，用户可以将热插拔旋钮旋转到热拔状态，控制装置接收到热插状态切换为热拔状态的状态切换信号之后，将示教器与运动控制器之间的急停回路短接，同时将示教器与运动控制器之间的电源电路断开，此时示教器断电，用户可以将示教器拔下。当用户需要重新插入示教器时，用户将示教器插入，并将热插拔旋钮旋转到热插档位，控制装置接收到热拔状态切换为热插状态的状态切换信号之后，将急停回路的短接断开，同时将电源电路导通，此时示教器上电。在整个热插拔的过程中，机器人可一直保持自动运行状态，不会触发相应的报警机制。

通过本实用新型上述实施例，通过第一控制开关生成状态切换信号，并通过控制装置基于状态切换信号控制示教器的电源电路断开及急停回路短接，或控制电源电路导通及急停回路的短接断开，实现了工业机器人对示教器热拔插的需求。与相关技术相比，通过操作第一控制开关即可实现示教器的热拔插，降低操作复杂度，并且通过对示教器的电源电路进行断开或导通，防止热插、热拔示教器时，连接线虚接而引起的电路损坏问题，示教器拔插拔过程中均处于不带电状态，安全性更高，同时可以有效防止机器人非热插拔状态下，示教器急停被意外短接的问题，进而解决了相关技术中示教器的拔插控制方式操作复杂且安全性低的技术问题。

可选地，在本实用新型上述实施例中，该系统还包括：第一继电器，串联在电源电路上，用于基于控制装置输出的断电信号断开，或基于控制装置输出的上电信号闭合。

具体地，运动控制器通过示教器电源线为示教器提供+24v电源，上述的第一继电器可以串联在运动控制器中的电源电路上，例如可以是连接头处的继电器，其中，连接头可以是多针航空插头。

在一种可选的方案中，当用户需要热拔示教器时，控制装置发出断电信号，控制第一继电器断开，从而使接线头处的电源电路断开，接线头断电，也即示教器断电；当用户需要热插示教器时，控制装置发出上电信号，控制第一继电器闭合，从而使接线头处的电源电路导通，接线头上电，也即示教器上电。

可选地，在本实用新型上述实施例中，控制装置包括：控制模块，与第一控制开关连接，用于基于第一控制开关发送的第一触发信号停止接收示教器发送的心跳包，并释放与示教器连接的网络端口；采集模块，与第一控制开关连接，用于基于第一控制开关发送的第二触发信号获取机器人的当前状态，其中，当前状态用于对示教器进行初始化，当前状态至少包括如下之一：运行状态、使能状态和报警状态。

具体地，上述的控制模块可以是控制电路中的控制芯片或控制电路，采集模块可以是控制装置的采集端口，也可以是控制装置中的采集电路。上述的运行状态包括启动或停止；使能状态包括上使能或掉使能；报警状态包括有报警或无报警。

另外，上述的第一触发信号可以是用户热拔示教器时发送给运动控制器的热拔信号，第二触发信号可以是用户热插示教器时发送给运动控制器的热插信号。

示教器与控制器一般采用tcp/ip通讯，网络异常判断一般采用心跳包机制，也即示教器定时给运动控制器发送心跳包，运动控制器接收到后立即回复，若心跳包接收异常，则认为网络异常，此时会报警导致机器人停机。在此基础上，若将示教器拔下而不做处理，会导致心跳包异常，从而引起报警。在本实用新型实施例中，为了实现示教器的热拔插，在热插拔旋钮输出状态切换信号的同时，输出热拔信号和热插信号，从而运动控制器可以根据热拔信号对心跳包进行处理，也即提前停止心跳包的检测，并释放网络端口用于下次连接；运动控制器可以根据热插信号提前获取机器人的当前状态，并在示教器与运动控制器建立网络连接之后发送给示教器，实现示教器初始化。

可选地，在本实用新型上述实施例中，控制装置包括：接收模块，与示教器连接，用于接收示教器发送的第一控制信号或第二控制信号；控制模块，与接收模块连接，用于基于第一控制信号停止接收示教器发送的心跳包，并释放与示教器连接的网络端口；采集模块，与接收模块连接，用于基于第二控制信号获取机器人的当前状态。

具体地，示教器和运动控制器通过tcp/ip协议通信，上述的第一控制信号可以是示教器对热插信号进行封装得到的信号，第二控制信号可以是示教器对热拔信号进行分装得到的信号。上述的接收模块可以是控制装置的输入输出端口，也可以是控制装置中的接收电路。

在一种可选的方案中，热插信号和热拔信号可以发送给示教器，由示教器发送相应的第一控制信号或第二控制信号给运动控制器进行热拔插控制，从而运动控制器可以根据第一控制信号对心跳包进行处理，也即提前停止心跳包的检测，并释放网络端口用于下次连接；运动控制器可以根据第二控制信号提前获取机器人的当前状态，并在示教器与运动控制器建立网络连接之后发送给示教器，实现示教器初始化。

通过上述方案，运动控制器除了接收状态切换信号，还需要接收触发信号或控制信号，从而运动控制器可以在软件层面做好热拔插准确，保证运动控制器的稳定、安全。

可选地，在本实用新型上述实施例中，该系统还包括：第二控制开关，设置在示教器上，用于生成第一触发信号或第二触发信号；示教器，与第二控制开关连接，用于基于第一触发信号发送第一控制信号，或基于第二触发信号发送第二控制信号。

具体地，上述的第二控制开关可以是按键开关，设置在示教器面板上，用户可以根据需要按压相应的按钮，从而触发热插信号或热拔信号，进一步，热插信号或热拔信号由示教器基于tcp/ip协议进行封装，得到第一控制信号和第二控制信号，实现示教器和运动控制器的数据传输。

可选地，在本实用新型上述实施例中，第二控制开关包括：第一按钮开关，与示教器连接，用于生成第一触发信号；第二按钮开关，与示教器连接，用于生成第二触发信号。

在一种可选的方案中，为了方便用户操作，可以在示教器面板上分别设置两个按钮开关，同一时间用户只能按下一个按钮开关，不同按钮开关用于生成不同的触发信号。此时，第一控制开关的作用为控制示教器的电源电路导通或断开。

需要说明的是，可以针对每个按钮开关设置提示信息，以方便用户操作正确的按钮开关。

可选地，在本实用新型上述实施例中，控制装置还包括：发送模块，与控制模块连接，用于发送当前状态至示教器。

具体地，上述的发送模块可以是控制装置的输入输出端口，也可以是控制装置中的发送电路。

在一种可选的方案中，为了使示教器开机后展示机器人的最新状态，在示教器重新插入之前，可以提前收集机器人的当前状态数据，并在示教器与运动控制器建立网络连接之后，通过网络连接发送给示教器，示教器可以根据接收到的数据进行初始化。

可选地，在本实用新型上述实施例中，该系统还包括：短接电路，通过第二继电器与急停回路连接，第二继电器用于基于控制装置输出的断电信号断开，或基于控制装置输出的上电信号闭合。

具体地，上述的短接电路可以作为示教器中急停回路的备用电路，可以采用相关技术中的实现方式，本发明对此不作具体限定。

在一种可选的方案中，短接电路通过第二继电器与急停回路连接，通过控制第二继电器的闭合和断开，可以实现控制短接电路与急停回路的连接与断开。当短接电路与急停回路连接时，此时，急停回路为一个完整的闭合回路，并不会受到示教器热拔插的影响，因此，不会触发运动控制器的急停报警。当短接电路与急停回路断开时，此时，急停回路与示教器的急停回路形成一个完成的闭合回路，从而用户可以通过示教器的急停按钮实现触发运动控制器的急停处理，也即，用户可以正常使用示教器面板上的急停开关。

下面结合图2至图4，以第一控制装置发送第一触发信号或第二触发信号为例对本发明一种优选的实施例进行详细说明。如图2所示，工业机器人正常工作时，示教器20通过相应的接口(即连接头18)连在机器人运动控制器10上，示教器与运动控制器连接线30包括：示教器电源线、通信线、急停报警信号线。其中，电源线是指运动控制器10给示教器20提供的+24v电源，通信线用于示教器20与运动控制器10之间的通信，急停报警信号线通过示教器20与运动控制器10之间形成的电源回路工作，正常工作时，急停回路保持连通的状态；紧急情况下按下示教器20面板上的示教器急停开关22或运动控制器面板上的运动控制器急停开关16，该急停回路断开，示教器20和运动控制器10分别触发相应的急停处理机制，让机器人立刻停止运行。为了实现示教器20的热拔插，运动控制器10的面板上还设置有热拔插旋钮12，用户可以通过旋转热拔插旋钮12，切换热插状态和热拔状态。

如图3所示，示教器20的热拔操作如下：用户将热插拔旋钮12旋转到热拔档位，此时将示教器20急停回路短接，同时发送热拔信号给运动控制器10(如图3中步骤s301所示)。运动控制器10在接收到热拔信号(如图3中步骤s302所示)之后，主动停止心跳包接收(如图3中步骤s303所示)，以防止出现网络异常报警，同时释放与示教器20连接的网络端口(如图3中步骤s304所示)，用于下次连接。在准备工作做好后，运动控制器10发送连接头断电信号(如图3中步骤s305所示)，该信号用于控制连接头继电器(图2中未示出)，实现示教器20的电源电路断开(如图3中步骤s306所示)，此时示教器20断电，机器人将保持正常运行。

如图4所示，示教器20的热插操作如下：用户将示教器20重新插入运动控制器10(如图4中步骤s401所示)，并将热插拔旋钮12旋转到热插档位，此时将示教器20急停回路短接断开(也即此时示教器急停开关22可以正常使用)，同时发送热插信号给运动控制器10(如图4中步骤s402所示)。运动控制器10在接收到热插信号(如图4中步骤s403所示)之后，准备重新插入示教器，此时需要准备好将要发送给示教器20的机器人运行状态(如图4中步骤s404所示)。在准备工作做好后，运动控制器10发送连接头上电信号(如图4中步骤s405所示)，该信号用于控制连接头继电器，实现示教器20的电源电路导通(如图4中步骤s406所示)，再次与运动控制器10建立网络连接，同时获得机器人此时的运行状态，用于初始化示教器20。

通过上述方案，本实用新型提供了一种安全可靠，软硬件相结合的热插拔方案。由于采用控制器与示教器连接头上断电机制，示教器热插时，可有效避免航空插头插错导致的设备短路问题，用户可确定航空插头已正确插上后再上电，可有效保护设备电路；可防止用户热插示教器时，忘记将热插拔旋钮打到热插档位(若没有将热插拔旋钮打到热插档位，则示教器将不会上电)，从而确保操作安全。重新连上示教器后，只需要将热插拔旋钮打到热插档位，即可保证示教器急停开关的正常使用，用户操作简单方便。

实施例2

根据本实用新型实施例，提供了一种机器人，包括：上述实施例1中的示教器的拔插控制系统。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。