[发明专利]一种工业机器人控制器软件的实现方法和系统

说明书

本发明涉及一种工业机器人控制器软件的实现方法和系统。该方法按照4个层次实现工业机器人控制器软件，所述4个层次包括：语言和API层，编译器和执行虚拟机层，指令实现层，运动控制层；所述运动控制层包含3个子层，包括轨迹控制子层、机构控制子层、电机控制子层，所述3个子层将机器人的运动分成3个相对独立的控制领域。本发明的控制器的结构清晰，便于扩展功能和维护；在语言层面可对语言特性进行扩展，不影响指令和运动控制；在指令层面可以扩展各种任务指令，如焊接，喷涂，不影响语言特性，还可以复用运动控制功能；在运动控制层面可以针对各种指令的共性实现运动控制功能，避免重复实现。

技术领域

本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种工业机器人控制器软件的实现方法和系统。

背景技术

工业机器人需要运行控制软件来控制机器人的运动。控制软件的基本功能包括：运动程序的执行、运动的控制。

机器人控制软件的其他功能包括：机器人的配置，校准，维护等等。工业机器人的控制有许多控制算法，如PID等。本发明不包括对控制算法的描述。控制算法是作为控制软件的一个模块存在。本方案描述的是控制软件的架构设计。在本架构下，可根据需求选用各种合适的控制算法。

在各种技术文献中，研究的较多的是控制算法。而对于一个控制系统软件该如何设计，并没有什么系统性的资料。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种工业机器人控制器软件的实现方法和系统。

本发明采用的技术方案如下：

一种工业机器人控制器软件的实现方法，包括以下步骤：

按照4个层次实现工业机器人控制器软件，所述4个层次包括：语言和API层，编译器和执行虚拟机层，指令实现层，运动控制层；

所述运动控制层包含3个子层，包括轨迹控制子层、机构控制子层、电机控制子层，所述3个子层将机器人的运动分成3个相对独立的控制领域。

进一步地，所述语言和API层中实现机器人编程语言以及编程接口，用户对机器人的编程完全通过所述语言和API层进行。

进一步地，所述编译器和执行虚拟机层实现编程语言的编译器和执行虚拟机，用于对用户程序进行执行。

进一步地，所述指令实现层实现编程语言提供的运动和控制指令所完成的具体行为。

进一步地，所获是轨迹控制子层对每一条运动指令生成其对应的运动轨迹，由数学方法描述；生成的运动轨迹是操作空间中的轨迹，即是机器人工具中心点的运动轨迹。

进一步地，一条运动指令中规定的要素包括：目标点、速度、坐标系；需要生成的轨迹是一个由(时刻，位置，速度)三元组组成的序列，每隔1毫秒生成一个时刻t_i。

进一步地，所述机构控制子层将由数学方法描述的运动轨迹转化为机器人各个关节的角度的变化轨迹；每一个操作空间中的机器人工具中心点的位置都唯一转为一组机器人关节的角度值，机器人的关节处于该角度时，机器人工具中心点处于操作空间中的规定位置。

进一步地，利用机器人逆运动学将操作空间的位置和速度转化为关节空间中的位置和速度，利用逆动力学将操作空间中的速度和力转化为关节空间中的扭矩。

进一步地，所述电机控制子层具体实现机器人各个关节的连续变化，运用各种控制算法控制机器人各个关节沿着规定的位置轨迹运动，从而实现机器人工具在操作空间的运动。

一种采用上述方法实现的工业机器人控制器软件系统，其包括：语言和API层，编译器和执行虚拟机层，指令实现层，运动控制层；所述运动控制层包含3个子层，包括轨迹控制子层、机构控制子层、电机控制子层，所述3个子层将机器人的运动分成3个相对独立的控制领域。