一种故障自诊断机器人电控IO接口板

本发明属于工业机器人生产制造领域，涉及一种故障自诊断机器人电控io接口板。

背景技术：

机器人在工作过程中，其电控系统由于自身的原因可能出现故障，尤其io板，它是与外部设备衔接的通道，更易出现故障。某一环节的故障，都可能造成机器人不能正常使用，给生产造成影响。所以故障的快速定位和排查尤为重要，使生产能够快速恢复，也为企业节省了经济成本。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种故障自诊断机器人电控io接口板，解决机器人电控io板在出现故障情况下，进行故障快速定位，然后维护人员根据故障信息，可以快速解决故障，恢复机器人系统正常工作。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种故障自诊断机器人电控io接口板，包括232通信电路、485通信电路、ad接口电路、da接口电路、di输入电路、do输出电路、pfm接口电路、abz接口电路、232回环测试电路、485回环测试电路、模拟信号源切换电路、数字输入源切换电路、脉冲回环切换测试电路和abz信号发生电路，其中：

所述232通信电路、485通信电路、ad接口电路、da接口电路、di输入电路、do输出电路、pfm接口电路、abz接口电路为普通io板自带的电路；

所述232回环测试电路用于测试232通信故障；

所述485回环测试电路用于测试485通信故障；

所述模拟信号源切换电路用于测试ad故障，测试通过后，ad接口电路用于测试da故障；

所述数字输入源切换电路用于测试di故障，测试通过后，di输入电路用于测试do故障；

所述脉冲回环切换测试电路用于测试伺服驱动故障；

所述abz信号发生电路用于测试abz故障；

所述232回环测试电路包括232通信输出端子txd端、232通信输出端子rxd端、io板处理器txd端、io板处理器rxd端、数字控制模拟开关，232通信输出端子txd端分别与io板处理器txd端和数字控制模拟开关的一端连接，232通信输出端子rxd端分别与io板处理器rxd端和数字控制模拟开关的另一端连接；

所述485回环测试电路包括数字控制多路模拟开关a和数字控制多路模拟开关b，数字控制多路模拟开关a的公共端连接485总线驱动器1的a端，数字控制多路模拟开关a的输入端分别连接485通信接口的a端、485总线驱动器2的a端；数字控制多路模拟开关b的公共端连接485总线驱动器1的b端，数字控制多路模拟开关b的输入端分别连接485通信接口的b端、485总线驱动器2的b端；

所述模拟信号源切换电路包括数字控制多路模拟开关，数字控制多路模拟开关的公共端连接ad接口电路的ad采集输入端，数字控制多路模拟开关的输入端分别连接外部模拟电压输入端、io板的gnd输入端、3.3v电源电压输入端、da接口电路的da转换输出端；

所述数字输入源切换电路包括di0～di7、数字控制多路模拟开关0～7，数字控制多路模拟开关0的公共端连接di0输入端，数字控制多路模拟开关0的输入端分别连接外部开关量输入端、gnd输入端、3.3v电源电压输入端、do0开关量；数字控制多路模拟开关1的公共端连接di1输入端，数字控制多路模拟开关1的输入端分别连接外部开关量输入端、gnd输入端、3.3v电源电压输入端、do1开关量；数字控制多路模拟开关2的公共端连接di2输入端，数字控制多路模拟开关2的输入端分别连接外部开关量输入端、gnd输入端、3.3v电源电压输入端、do2开关量；数字控制多路模拟开关3的公共端连接di3输入端，数字控制多路模拟开关3的输入端分别连接外部开关量输入端、gnd输入端、3.3v电源电压输入端、do3开关量；数字控制多路模拟开关4的公共端连接di4输入端，数字控制多路模拟开关4的输入端分别连接外部开关量输入端、gnd输入端、3.3v电源电压输入端、do4开关量；数字控制多路模拟开关5的公共端连接di5输入端，数字控制多路模拟开关5的输入端分别连接外部开关量输入端、gnd输入端、3.3v电源电压输入端、do5开关量；数字控制多路模拟开关6的公共端连接di6输入端，数字控制多路模拟开关6的输入端分别连接外部开关量输入端、gnd输入端、3.3v电源电压输入端、do6开关量；数字控制多路模拟开关7的公共端连接di7输入端，数字控制多路模拟开关7的输入端分别连接外部开关量输入端、gnd输入端、3.3v电源电压输入端、do7开关量；di0～di7形成输入向量，作为di输入测试字节；do0～do7形成输出向量，作为do输出测试字节；

所述脉冲回环切换测试电路包括数字控制多路模拟开关c、数字控制多路模拟开关d和数字控制多路模拟开关e，数字控制多路模拟开关c的公共端连接脉冲输出端，数字控制多路模拟开关c的输入端分别连接脉冲自检输入计数器、脉冲输出控制端；数字控制多路模拟开关d的公共端连接伺服控制，数字控制多路模拟开关d的输入端分别连接伺服自检输入io、伺服控制输出端；数字控制多路模拟开关e的公共端连接方向控制，数字控制多路模拟开关e的输入端分别连接方向自检输入io、方向控制输出端；

所述abz信号发生电路包括数字控制多路模拟开关f和数字控制多路模拟开关g，数字控制多路模拟开关f的公共端连接abz脉冲检测a相，数字控制多路模拟开关f的输入端分别连接a相外部脉冲输入端、abz模拟脉冲发生器a相；数字控制多路模拟开关g的公共端连接abz脉冲检测b相，数字控制多路模拟开关g的输入端分别连接abz模拟脉冲发生器b相、b相外部脉冲输入端。

本发明的故障自诊断机器人电控io接口板具有如下功能：

①具有故障自诊断io板，除了具有普通io板的功能以外，还采用故障诊断设计技术，进行了相应电路设计。使io板在故障状态下可以自检，进行故障定位。当io板切换到自诊断工作状态，它将完成自检程序，并输出故障代码，给维护人员以故障定位帮助信息。

②232通信故障检测：由io板内部集成的多路开关控制，使232通信的发送和接收构成环绕测试通路，来检测232通信是否正常。

③ad和da部分故障检测：首先由io板内部集成的多路开关控制，使ad部分接入其内部的信号源，ad对信号源进行采集，通过采集数据结果判断ad部分是否正常。然后由io板内部集成的多路开关控制da输出通道连接至ad输入通道，构成测试环路，da转换输出电压，ad采集其输出的电压，根据输出与输入的数据对比，判断da是否工作正常。

④di和do部分故障检测：首先由io板内部集成的多路开关控制，使di部分接入其内部的信号源，进行数字量输入的检测，通过di输入向量判断di部分是否正常。然后由io板内部集成的多路开关控制do输出通道连接至di输入通道，构成测试环路，do输出数字量，di检测其输出，根据输出向量与输入向量的对比，判断do是否工作正常。

⑤485部分故障检测：由io板内部集成的多路开关控制，使485驱动器1和485驱动器2构成通信测试环路，一个工作于发送状态，另一个工作于接收状态，一个发送测试字节，另一个接收测试字节，通过发送和接收数据字节的对比，判断是否工作正常。

⑥伺服驱动部分故障检测：由io板内部集成的多路开关控制，使电机伺服控制输出和方向控制输出，分别接入数字量输入端，构成测试环路，通过输出与输入的状态对比，判断是否工作正常。将电机控制脉冲输出部分接入io板内部的计数输入部分，计数器对输出的脉冲进行计数，通过数据对比判断是否工作正常。

⑦abz部分故障检测：由io板内部集成的多路开关控制，使abz脉冲计数检测部分与io板内部集成的abz模拟信号发生器相连，abz模拟信号发生器输出相位差为90度的两路方波信号，abz脉冲检测部分对模拟信号计数，通过输出与输入数据的对比，判断abz部分是否工作正常。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明的故障自诊断机器人电控io接口板可以对io板故障进行快速定位与排查，使维护人员快速解决问题，恢复生产，为企业节省经济成本。并且io板自检功能也可以用于io板的生产过程中，使生产人员可以快速对io板进行自检，定位故障，提高生产效率和产品的成品率。

附图说明

图1为故障自诊断机器人电控io接口板的结构图；

图2为232通信故障自检；

图3为ad和da故障检测；

图4为di和do故障检测；

图5为485通信故障自检；

图6为伺服驱动故障自检；

图7为abz故障自检。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

机器人电控系统io板是机器人系统重要部件之一，它包括232通信、485通信、ad采集、da输出、di输入、do输出、伺服电机控制和abz信号采集等几大部分。整个系统较为复杂，某一部分出现问题，都可能带来整个机器人系统的瘫痪，所以io板的检测排故变得尤为重要。传统的io板，只包括上述系统功能，如图1中黑实线框所示，不具有故障诊断功能。本发明实现了io板故障自诊断功能，在故障情况下可以快速自检，实现故障定位。本发明对于快速排查io板故障，解决机器人电控系统问题，具有重要意义。本发明不仅可以应用到机器人运行状态下的故障自检，还可以在io板生产焊接完成后，进行自检，以排除生产中的问题。

本发明基于集成信号源技术、测试通道环绕技术和测试向量码技术，在io板上设计自检电路，在正常工作中，自检功能不启用，在自诊断过程中，启用自检电路，实现io板故障自诊断，在故障自检过程中，输出故障码，实现故障的快速定位。

1、232通信故障自检

如图2所示，232回环测试电路中，io接口板的232通信输出端子中的txd端与io板处理器txd端连接，同时与数字控制模拟开关的一端连接；io接口板的232通信输出端子中的rxd端与io板处理器rxd端连接，同时与数字控制模拟开关的另一端连接。

当进行232通信故障检测时，由io板处理器控制数字控制模拟开关闭合，构成通信测试环路。io板处理器通过发送端txd发送测试字节，如果通信正常，则接收端rxd将接收到测试字节。如果接收端rxd在一定时间内接收不到测试字节，则可判断232通信故障。

2、ad和da故障检测

如图3所示，模拟信号源切换电路中，数字控制多路模拟开关的公共端连接ad采集输入，数字控制多路模拟开关的一路输入连接外部模拟电压输入，数字控制多路模拟开关的一路输入连接gnd输入，数字控制多路模拟开关的一路输入连接3.3v电源电压输入，数字控制多路模拟开关的最后一路输入连接da转换输出。

①在io板正常工作状态下，io板处理器控制数字控制多路模拟开关，使ad采集输入端接入外部模拟电压，进行外部信号的采集。

②在ad故障检测状态下，首先控制数字控制多路模拟开关切换至gnd，进行ad采样；然后控制数字控制多路模拟开关切换至io板内部集成的3.3v信号源，进行ad采样，如果电压采集正确，则认为ad部分无故障。否则，认为ad部分有故障。

③在da故障检测状态下，控制数字控制多路模拟开关切换至da转换输出，使ad采集部分与da输出部分构成测试环路，由da转换输出电压，ad部分对da输出的电压进行采集，如果采集的电压与da输出的电压一致，则认为da部分无故障。否则认为da部分有故障。

3、di和do故障检测

如图4所示，数字输入源切换电路中，对于di0，数字控制多路模拟开关0的公共端连接di0输入，数字控制多路模拟开关0的一路输入连接外部开关量输入，数字控制多路模拟开关0的一路输入连接gnd输入，数字控制多路模拟开关0的一路输入连接3.3v电源电压输入，数字控制多路模拟开关0的最后一路输入连接do0开关量。同理，对于di1～di7做相似连接。di0～di7形成输入向量，作为di输入测试字节。do0～do7形成输出向量，作为do输出测试字节。

①在io板正常工作状态下，处理器控制多路模拟开关，使数字量输入di0～di7接入外部数字量输入，进行外部输入信号的检测。

②在di故障检测状态下，首先控制多路开关切换至gnd，进行低电平输入状态检测，获得输入向量字节；然后控制多路开关切换至io板内部集成的3.3v信号源，进行高电平输入状态检测，获得输入向量字节。如果两次di输入向量字节正确，则认为di部分无故障。否则，认为di部分有故障。

③在do故障检测状态下，控制多路开关切换至do输出，使di输入检测部分与do输出部分构成测试环路，由do输出测试向量，di部分对do输出的测试向量进行检测，如果di部分获得的输入向量与do输出的测试向量一致，则认为do部分无故障。否则认为do部分有故障。

4、485通信故障自检

如图5所示，485回环测试电路中，一片数字控制多路模拟开关的公共端连接485总线驱动器1的a端，其一路输入连接485通信接口的a端，其另一路输入连接485总线驱动器2的a端；另一片数字控制多路模拟开关的公共端连接485总线驱动器1的b端，其一路输入连接485通信接口的b端，其另一路输入连接485总线驱动器2的b端。

①在io板正常工作状态下，io板处理器控制数字控制多路模拟开关，使485驱动器1的a相接外部485通信接口的a端，485驱动器1的b相接外部485通信接口的b端。

②在485通信故障检测状态下，由io板处理器控制数字控制多路模拟开关，使485驱动器1的a相接485驱动器2的a相，485驱动器1的b相接485驱动器2的b相。485驱动器1为发送状态，485驱动器2为接收状态，构成通信测试环路。io板处理器通过485驱动器1发送测试字节，如果通信正常，则485驱动器2接收到测试字节。如果485驱动器2在一定时间内接收不到测试字节，则可判断485通信故障。

5、伺服驱动故障自检

如图6所示，脉冲回环切换测试电路中，一片数字控制多路模拟开关的公共端连接脉冲输出，其一路输入连接脉冲自检输入计数器，其另一路输入连接脉冲输出控制端；一片数字控制多路模拟开关的公共端连接伺服控制，其一路输入连接伺服自检输入io，其另一路输入连接伺服控制输出端。另一片数字控制多路模拟开关的公共端连接方向控制，其一路输入连接方向自检输入io，其另一路输入连接方向控制输出端。

①在io板正常工作状态下，io板处理器控制数字控制多路模拟开关，使io板内部的电机伺服控制、电机方向控制和脉冲生成分别与外部电机控制端口的伺服控制输出、方向控制输出和脉冲控制输出相连。

②在伺服驱动故障检测状态下，io板内部集成的方向自检输入与电机方向控制输出相连，内部集成的伺服自检输入与电机伺服控制输出相连，构成测试回路，当控制输出状态与自检输入状态一致，则认为正常，否则认为故障。

③在伺服驱动故障检测状态下，io板内部集成的脉冲自检计数器输入与电机控制脉冲输出相连，自检计数器对控制输出的脉冲计数，当计数一致时，则认为正常，否则认为故障。

6、abz故障自检

如图7所示，abz信号发生电路中，一片数字控制多路模拟开关的公共端连接abz脉冲检测a相，其一路输入连接a相外部脉冲输入端，其另一路输入连接abz模拟脉冲发生器a相。另一片数字控制多路模拟开关的公共端连接abz脉冲检测b相，其一路输入连接abz模拟脉冲发生器b相，其另一路输入连接b相外部脉冲输入端。

①在io板正常工作状态下，io板处理器控制数字控制多路模拟开关，使io板内部abz脉冲检测的a相与b相分别与外部电机abz信号输入端a相和b相连接。

②在abz故障检测状态下，io板内部集成的abz模拟脉冲发生器a相和b相与abz脉冲检测a相和b相连接，构成测试回路，当模拟发出的脉冲数与abz检测脉冲数一致时，则认为正常，否则认为故障。