本發(fā)明涉及機器人控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于機器人的可編程IO安全控制器。

背景技術(shù)：

可編程IO安全控制器在工業(yè)控制領(lǐng)域是成熟技術(shù)，通過組態(tài)軟件進行邏輯編寫后下載到控制器中，控制器依照該邏輯進行輸入輸出控制。

通用可編程IO安全控制器使用在機器人安全功能領(lǐng)域缺點有以下：

1、可編程IO安全控制器一般采用梯形圖的邏輯編寫方式，實現(xiàn)方法較為復雜，若無電氣基礎(chǔ)開發(fā)出可靠的程序是比較困難；對于機器人安全IO功能，邏輯功能較為清晰簡單，因此，使用可編程IO安全控制器進行機器人安全IO功能并不適合；

2、可編程IO安全控制器通常不帶有雙冗余輸入輸出。對于機器人控制的急停、限位、安全門等信號通常采用雙路輸出；

3、可編程IO安全控制器對于輸出信號的安全功能不夠完善。對機器人領(lǐng)域抱閘上電等信號需要將輸出信號讀回，確保輸出可靠；而可編程IO安全控制器通常不就有該功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于機器人的可編程IO安全控制器。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供一種用于機器人的可編程IO安全控制器，包括上位機、嵌入式板卡、嵌入式系統(tǒng)，其中，所述上位機用于提供用戶界面；根據(jù)所述上位機的輸入端子信號按邏輯文件內(nèi)容進行輸出端子的輸出操作；所述嵌入式系統(tǒng)，解析所述上位機傳輸?shù)倪壿嬑募?/p>

優(yōu)選地，所述上位機自左至右依次包括輸入端子區(qū)、輸入器件區(qū)、邏輯編寫區(qū)、輸出器件區(qū)和輸出端子區(qū)。

優(yōu)選地，所述輸入器件區(qū)的輸入端與輸入端子區(qū)相連、輸入器件的輸出端與邏輯編寫區(qū)相連、輸出器件區(qū)的輸入端與邏輯編寫區(qū)相連、輸出器件區(qū)的輸 出端與輸出端子區(qū)相連。

優(yōu)選地，所述上位機經(jīng)CAN口與嵌入式板卡連接，通過CAN口將所述上位機的邏輯文件傳送至所述嵌入式板卡。

優(yōu)選地，所述嵌入式板卡包括安全控制板和安全執(zhí)行板。

優(yōu)選地，所述安全控制板通過CAN接口與上位機通信、輸入信號通過光耦隔離與處理器連接、雙CPU冗余校驗通過處理器之間的UART完成、輸出信號通過光MOS與強制導向繼電器相連、強制導向繼電器的反饋回路通過光耦隔離反饋會控制器；所述安全執(zhí)行板通過強制導向繼電器與安全輸出接口相連。

優(yōu)選地，所述嵌入式系統(tǒng)包括傳輸模塊、邏輯解析模塊和邏輯輸出模塊，所述傳輸模塊用于解析上位機傳輸?shù)倪壿嬑募?，并通過存儲器模塊存儲到非易失性存儲器中；所述邏輯解析模塊通過讀取非易失性存儲器中的邏輯文件，解析文件并生成邏輯代碼；所述邏輯輸出模塊，根據(jù)邏輯解析模塊的邏輯內(nèi)容與輸入端子的輸入信號進行邏輯信號輸出。

優(yōu)選地，所述嵌入式系統(tǒng)還包括安全監(jiān)測模塊，所述安全監(jiān)測模塊對冗余控制、回讀監(jiān)測、電流監(jiān)測進行安全監(jiān)測。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，上述用于機器人的可編程IO安全控制器，包括上位機、嵌入式板卡、嵌入式系統(tǒng)，其中，所述上位機用于提供用戶界面；根據(jù)所述上位機的輸入端子信號按邏輯文件內(nèi)容進行輸出端子的輸出操作；所述嵌入式系統(tǒng)，解析所述上位機傳輸?shù)倪壿嬑募?。采用本發(fā)明的用于機器人的可編程IO安全控制器，使用邏輯門進行程序編寫，規(guī)避梯形圖的復雜開發(fā)方式，并為用戶提供常用的機器人邏輯程序?qū)嵗惠斎胼敵鲂盘柧捎秒p冗余控制，采用雙CPU架構(gòu)，真正實現(xiàn)雙路信號冗余控制；對輸出信號進行回讀操作，確保輸出可靠。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明一個實施例中用于機器人的可編程IO安全控制器的上位機界面；

圖2為本發(fā)明一個實施例中用于機器人的可編程IO安全控制器的上位機邏輯編寫圖；

圖3為本發(fā)明一個實施例中機器人的可編程IO安全控制器的硬件板卡結(jié)構(gòu) 圖；

圖4為本發(fā)明一個實施例中機器人的可編程IO安全控制器的嵌入式模塊圖。

【具體實施方式】

為詳細說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附圖詳予說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用來限定本發(fā)明。

一種用于機器人的可編程IO安全控制器，包括上位機、嵌入式板卡、嵌入式系統(tǒng)，其中，所述上位機用于提供用戶界面；根據(jù)所述上位機的輸入端子信號按邏輯文件內(nèi)容進行輸出端子的輸出操作；所述嵌入式系統(tǒng)，解析所述上位機傳輸?shù)倪壿嬑募?/p>

其中，所述上位機自左至右依次包括輸入端子區(qū)、輸入器件區(qū)、邏輯編寫區(qū)、輸出器件區(qū)和輸出端子區(qū)。請參閱圖1、圖3及圖4，如所示如圖1，上位機的用戶界面具體地，左側(cè)為輸入端子區(qū)、中間左側(cè)為輸入器件區(qū)、中間正中為邏輯編寫區(qū)、中間右側(cè)圍輸出器件區(qū)、右側(cè)為輸出端子區(qū)。

在實際應(yīng)用過程中，用戶可將上側(cè)區(qū)域的安全門、急停、限位、上電按鈕放置到輸入器件區(qū)中；將下側(cè)的與、或、非、異或、延時、延時觸發(fā)放置到邏輯編寫區(qū)；將輸出繼電器放置到右側(cè)的輸出端子區(qū)。

所述輸入器件區(qū)的輸入端與輸入端子區(qū)相連、輸入器件的輸出端與邏輯編寫區(qū)相連、輸出器件區(qū)的輸入端與邏輯編寫區(qū)相連、輸出器件區(qū)的輸出端與輸出端子區(qū)相連。

上述設(shè)置完成后，所述上位機經(jīng)CAN口與嵌入式板卡連接，通過CAN口將所述上位機的邏輯文件傳送至所述嵌入式板卡。

在某些優(yōu)選實施例中，所述嵌入式板卡包括安全控制板和安全執(zhí)行板。

其中，所述安全控制板通過CAN接口與上位機通信、輸入信號通過光耦隔離與處理器連接、雙CPU冗余校驗通過處理器之間的UART完成、輸出信號通過光MOS與強制導向繼電器相連、強制導向繼電器的反饋回路通過光耦隔離反饋會控制器，對于需要電流檢測的輸出回路通過電流檢測AD接口與處理器相連。

所述安全執(zhí)行板通過強制導向繼電器與安全輸出接口相連；輸入回路通過執(zhí)行板連接到安全控制板。

更進一步的方案中，機器人具有以下措施：

1、急停信號、限位信號、安全門、提供了雙、三路冗余輸入；信號同時接入兩CPU中，并按照邏輯文件進行操作后輸出。

2、輸出回路全部帶有回讀功能，確保輸出的安全。

3、對于抱閘回路、在回讀功能的基礎(chǔ)上加入電流檢測功能，確保抱閘輸出端子到抱閘執(zhí)行器件的連線沒有斷線等故障。

4、雙CPU冗余控制；雙路信號分別接入不同的CPU中進行校驗判斷，真正實現(xiàn)雙冗余控制。

5、雙CPU校驗功能：CPU通過UART接口進行冗余校驗，每4ms進行一次冗余校驗。當信號異常時進行安全保護。

6、20路輸入端子與8路輸出端子；且端子接線方式根據(jù)上位機可配，實現(xiàn)了較好的通用性功能；滿足大部分的機器人控制器需求。

7、目標板與上位機通過CAN接口進行編程文件的下載與上傳，CAN通信自帶的CRC校驗功能保證了通信的可靠性。

8、與、或、非、異或、延時、延觸發(fā)多種邏輯模塊，通過上述模塊的組合搭配實現(xiàn)所有的邏輯功能；且相對于梯形圖編程方式，該方法簡單易懂且不易出錯。大大降低電氣技術(shù)基礎(chǔ)，可很快的開發(fā)出適合的機器人安全邏輯。

9、安全門、急停、限位、上電按鈕多種輸入輸出器件，方便用戶針對機器人進行安全邏輯編寫。

10、提供抱閘輸出模塊與上電模塊；且二者內(nèi)部分別集成電流監(jiān)測功能與回讀功能。

在某些優(yōu)選實施例中，所述嵌入式系統(tǒng)包括傳輸模塊、邏輯解析模塊和邏輯輸出模塊。

所述傳輸模塊用于解析上位機傳輸?shù)倪壿嬑募?，并通過存儲器模塊存儲到非易失性存儲器中。

所述邏輯解析模塊通過讀取非易失性存儲器中的邏輯文件，解析文件并生 成邏輯代碼；所述邏輯輸出模塊，根據(jù)邏輯解析模塊的邏輯內(nèi)容與輸入端子的輸入信號進行邏輯信號輸出。

進一步地，所述嵌入式系統(tǒng)還包括安全監(jiān)測模塊，所述安全監(jiān)測模塊對冗余控制、回讀監(jiān)測、電流監(jiān)測進行安全監(jiān)測。

以及，雙CPU校驗模塊，通過UART接口進行雙CPU冗余校驗；4ms周期，冗余判斷，若發(fā)生安全異常則報警并輸出安全狀態(tài)。

電流監(jiān)測模塊，當抱閘回路輸出使能時，通過電流監(jiān)測模塊進行電流監(jiān)測；判斷抱閘輸出端到抱閘執(zhí)行器的電流是否正常，若電流異常則報警并輸出安全狀態(tài)。

在某一具體實施例中，如圖2所示，機器人的安全模塊應(yīng)用實例中：

示教盒急停與輸入端子的IN1、IN2連接；

柜門急停與輸入端子的IN3、IN4連接；

安全門信號與輸入端子的IN5、IN6連接；

限位信號與輸入端子的IN7、IN8連接；

上電按鈕與輸入端子的IN14、IN15連接；

示教盒急停、柜門急停、安全門、限位通過邏輯與模塊連接；

上電按鈕與上升沿觸發(fā)模塊連接；

邏輯與模塊的輸出與上升沿觸發(fā)模塊輸出連接到邏輯與模塊；

上升沿觸發(fā)模塊與延時模塊連接；

延時模塊的輸出與邏輯與模塊的輸出連接到邏輯與模塊；

邏輯與模塊連接到抱閘輸出繼電器、抱閘輸出繼電器、抱閘輸出繼電器；

邏輯與模塊連接到上電輸出繼電器；

抱閘輸出繼電器與輸出端子OUT1、OUT2連接；

抱閘輸出繼電器與輸出端子OUT3、OUT4連接。抱閘輸出繼電器與輸出端子OUT5、OUT6連接；

上電繼電器與輸出端子OUT7、OUT8連接。

其中：

OUT1、OUT2為雙路輸出接入抱閘1組，連接軸1-軸3的抱閘輸出。

OUT3、OUT4為雙路輸出接入抱閘2組，連接軸4-軸6的抱閘輸出。

OUT5、OUT6為雙路輸出接入抱閘3組，連接軸7-軸9的抱閘輸出。

IN1、IN2接入到示教盒急停的兩路觸點。

IN3、IN4接入到柜門急停的兩路觸點。

IN5、IN6接入到安全門的兩路觸點。

IN7、IN8接入到上電按鈕的兩路觸點。

將上位機與板卡通過CAN分析儀連接，點擊下載按鈕，完成下載。

板卡接收到邏輯文件后，使用下載、上傳模塊進行下載，接著使用邏輯解析模塊進行解析。啟動運行后，通過安全監(jiān)測模塊、雙CPU校驗模塊、電流監(jiān)測模塊進行安全監(jiān)測。

本發(fā)明實施例的用于機器人的可編程IO安全控制器，具有如下效果：

提供與、或、非、異或、延時、延觸發(fā)多種邏輯模塊；通過這些模塊的組合搭配可以實現(xiàn)所有的邏輯功能；且相對于梯形圖編程方式，該方法簡單易懂且不易出錯，大大降低開發(fā)者的電氣技術(shù)基礎(chǔ)，可以很快的開發(fā)出適合自己的機器人安全邏輯。

所有輸出信號均帶有回讀功能。確保輸出的安全，對于繼電器粘連的預防效果好。

輸入信號雙端入，且分別接入不同CPU中。真正實現(xiàn)了雙冗余控制。

針對機器人應(yīng)用，提供了抱閘輸出模塊與上電模塊。

對于抱閘回路、在回讀功能的基礎(chǔ)上加入電流檢測功能。確保抱閘輸出端子到抱閘執(zhí)行器件的連線沒有斷線等故障。

CPU校驗功能：CPU通過UART接口進行冗余校驗，每4ms進行一次冗余校驗。當信號異常時進行安全保護。

提供20路輸入端子與8路輸出端子，且端子接線方式根據(jù)上位機可配，實現(xiàn)較好的通用性功能，滿足大部分的機器人控制器需求。

目標板與上位機通過CAN接口進行編程文件的下載與上傳功能，CAN通信自帶的CRC校驗功能保證通信的可靠性。

抱閘電流監(jiān)測功能：針對機器人應(yīng)用，提供了抱閘電流監(jiān)測功能；保證抱 閘端子輸出到抱閘執(zhí)行器之間的連線正確。

靈活的配置功能：使得不同機器人的安全模塊使用方便簡易。

需要說明的是，在本發(fā)明中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者終端設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者終端設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的過程、方法、物品或者終端設(shè)備中還存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超過”等理解為不包括本數(shù)；“以上”、“以下”、“以內(nèi)”等理解為包括本數(shù)。

盡管已經(jīng)對上述各實施例進行了描述，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改，所以以上上述僅為本發(fā)明型的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利保護范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍之內(nèi)。