一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法，所述系統(tǒng)包括數(shù)控子系統(tǒng)和視覺子系統(tǒng)，所述數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)之間以通信線路連接；該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法包括：將數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)交互部分設(shè)置為公共數(shù)據(jù)區(qū)，每個子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)包含該子系統(tǒng)內(nèi)部必要狀態(tài)數(shù)據(jù)和用戶設(shè)定數(shù)據(jù)，并劃分為系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)和用戶數(shù)據(jù)區(qū)；每個子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)在控制周期內(nèi)刷新系統(tǒng)數(shù)據(jù)及用戶數(shù)據(jù)，并在通信周期內(nèi)采用廣播形式對全部子系統(tǒng)或目標子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。本發(fā)明方法可以解決目前數(shù)控系統(tǒng)和機器視覺體系封閉、各自獨立、二者集成難度大、開發(fā)效率不高的問題，便于行業(yè)數(shù)控裝備應(yīng)用推廣。
【專利說明】一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)交換方法，尤其是一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法， 屬于裝備制造及先進機器人控制領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 視覺智能數(shù)控系統(tǒng)是針對有視覺應(yīng)用需求的自動化專機和機器人裝備而產(chǎn)生的 新一代數(shù)控系統(tǒng)。當前各行業(yè)專機控制需求各異，一般數(shù)控系統(tǒng)不能或不易完成全部加工 流程。特別是某些行業(yè)的特殊性，需要配合工業(yè)相機進行處理。
[0003] 將視覺子系統(tǒng)（智能相機）與開放式數(shù)控子系統(tǒng)集成，即形成了具有視覺智能的 數(shù)控系統(tǒng)。針對當前數(shù)控專機識別、定位、檢測工件過程大都依賴工人或者特定傳感器，將 智能相機和數(shù)控專用機床集成可有效解決這一問題。視覺子系統(tǒng)可置于數(shù)控裝備或機器人 末端操作器及固定于工作環(huán)境某點，采集全局或局部加工圖像。視覺子系統(tǒng)集成到數(shù)控裝 備或工業(yè)機器人中，利用機器視覺引導(dǎo)實現(xiàn)有效的動作控制，而不需要預(yù)先對工業(yè)機器人 的運動軌跡進行示教，這就形成了視覺智能裝備/機器人。
[0004] 集成了視覺系統(tǒng)的工業(yè)裝備或機器人可以在更大應(yīng)用范圍內(nèi)執(zhí)行更加復(fù)雜的動 作?？梢栽谄矫鎯?nèi)定位工件位置，坐標變換到機器人坐標后機器人執(zhí)行抓取動作；機器視覺 可以用于噴涂工件邊界和質(zhì)心的定位，進而解決噴涂機器人末端實際位置與期望位置誤差 過大的問題；視覺也用于產(chǎn)品質(zhì)量檢測，之后可通過工業(yè)機器人對次品良品分類；雙目機 器視覺可用于三維空間中立體目標的識別，應(yīng)用于工業(yè)機器人可以實現(xiàn)對立體目標的抓取 和跟蹤等。
[0005] 但是，視覺系統(tǒng)與裝備數(shù)控系統(tǒng)往往相互獨立，沒有統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，造成視覺應(yīng)用 于加工過程無比艱難，兩類系統(tǒng)一般各成一體，相互間數(shù)據(jù)共享、交互及處理機制欠靈活， 如果集成使用往往通過一臺PC作為公共平臺。這就增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和運維成本，同 時開發(fā)難度也大大提升，應(yīng)用工程師需同時具備數(shù)控、機器視覺、計算機軟件開發(fā)等多方面 專業(yè)技能及行業(yè)經(jīng)驗。
[0006] 視覺子系統(tǒng)與開放式數(shù)控系統(tǒng)的無縫集成解決了三個層次的信息處理問題：第 一，兩個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互相透明，各個子系統(tǒng)可以無障礙地使用對方的數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)交換問 題；第二、機器視覺系統(tǒng)，特別是嵌入式機器視覺系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)是相機坐標系中的二維坐 標，當相機固定在機器人運動構(gòu)件上時，系統(tǒng)自動地將相機檢測數(shù)據(jù)換算到機器人三維坐 標空間中去，以指示機器人的作業(yè)目標與運動規(guī)劃，即數(shù)據(jù)變換問題；第三，當多個相機檢 測同一對象時，如何使多相機的檢測數(shù)據(jù)互相校準并抽取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)融合問題。應(yīng)用 開發(fā)工程師只關(guān)注上層應(yīng)用開發(fā)流程，而無需關(guān)心底層的數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)變換與數(shù)據(jù)融合 的具體實現(xiàn)。
[0007] 集成了視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控裝備或工業(yè)機器人可以在更大工作空間執(zhí)行更 加復(fù)雜、細膩的動作，可以在平面內(nèi)定位工件位置，將工件坐標變換到機器人坐標后由機器 人執(zhí)行抓取動作；機器視覺系統(tǒng)可以用于噴涂工件邊界和質(zhì)心的定位，進而解決噴涂機器 人末端實際位置與期望位置誤差過大的問題；機器視覺用于產(chǎn)品質(zhì)量檢測，可通過智能數(shù) 控裝備對良/次品進行分類；雙目機器視覺可用于三維空間中立體目標的識別和檢測，視 覺智能工業(yè)機器人可以實現(xiàn)對立體目標的抓取和跟蹤等動作。
[0008] 視覺智能數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)控專機/機器人中，在食品包裝、電子產(chǎn)品裝配、包 裝、五金件的拋光打磨、機床加工的上下料、生產(chǎn)線上的產(chǎn)品瑕疵檢測、分揀、碼垛、家具的 打磨與噴涂等方面有推廣優(yōu)勢。在這些應(yīng)用中，機器視覺系統(tǒng)用于識別、定位，機器人則根 據(jù)識別的結(jié)果，執(zhí)行相應(yīng)的動作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)交換方法，該方法使用戶在使用視覺智能數(shù)控系統(tǒng)過程中，無需慮及底層數(shù)據(jù)交互過 程，簡化了開發(fā)過程。
[0010] 本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到：
[0011] 一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法，所述系統(tǒng)包括數(shù)控子系統(tǒng)和視覺子系 統(tǒng)，所述數(shù)控子系統(tǒng)包括相連接的運動控制模塊和邏輯控制模塊，所述視覺子系統(tǒng)為一臺 或多臺智能相機，所述數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)之間以通信線路連接；該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換 方法包括：將數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)交互部分設(shè)置為公共數(shù)據(jù)區(qū)，每個子系 統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)包含該子系統(tǒng)內(nèi)部必要狀態(tài)數(shù)據(jù)和用戶設(shè)定數(shù)據(jù)，并劃分為系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)和 用戶數(shù)據(jù)區(qū)；每個子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)在控制周期內(nèi)刷新系統(tǒng)數(shù)據(jù)及用戶數(shù)據(jù)，并在通信 周期內(nèi)采用廣播形式對全部子系統(tǒng)或目標子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
[0012] 作為一種實施方案，所述公共數(shù)據(jù)區(qū)由標準傳輸單元構(gòu)成，所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)所存 儲的數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)指令數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，所述用戶數(shù)據(jù)區(qū)所存儲的數(shù)據(jù)包括用戶指令 數(shù)據(jù)和用戶狀態(tài)數(shù)據(jù)；在所有的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)中，位狀態(tài)和指令數(shù)據(jù)采用Μ點數(shù)據(jù) 構(gòu)成，實數(shù)及文本數(shù)據(jù)采用D點數(shù)據(jù)構(gòu)成，其中Μ點數(shù)據(jù)是位數(shù)據(jù)，D點數(shù)據(jù)是16bit字數(shù) 據(jù)，若干個D點數(shù)據(jù)分別表示不同種類數(shù)據(jù)的傳輸形式。
[0013] 作為一種實施方案，所述公共數(shù)據(jù)區(qū)所存儲的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)格式采用子系統(tǒng)的單 機編號與Μ/D點數(shù)據(jù)組合表示，使所有子系統(tǒng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)本地化，并開放給當 前子系統(tǒng)應(yīng)用層編程。
[0014] 具體的，所述子系統(tǒng)的單機編號通過撥碼開關(guān)確定。
[0015] 作為一種實施方案，所述采用廣播形式對全部子系統(tǒng)或目標子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳 輸，具體為：將數(shù)控子系統(tǒng)或視覺子系統(tǒng)的其中之一作為主機，其他子系統(tǒng)作為從機，采用 主機查詢并獲取所有從機狀態(tài)，然后向所有從機采用廣播形式，使各子系統(tǒng)將其他子系統(tǒng) 的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)同步到本地使用。
[0016] 作為一種實施方案，所述數(shù)據(jù)交換通過遠程讀/寫實現(xiàn)，所述遠程讀/寫通過 ModBus+TCP/IP通信協(xié)議讀/寫數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)，其中遠程讀用于 將數(shù)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀取到視覺子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)，遠程寫用于將視覺子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)寫 入數(shù)控子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)。
[0017] 作為一種實施方案，所述數(shù)控子系統(tǒng)和視覺子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)根據(jù)開發(fā)情況， 由子系統(tǒng)的應(yīng)用層對系統(tǒng)數(shù)據(jù)及用戶數(shù)據(jù)實施刷新。
[0018] 作為一種實施方案，所述公共數(shù)據(jù)區(qū)的刷新和同步是單向操作，即源端的子系統(tǒng) 與目標端的子系統(tǒng)方向是固定的，刷新過程基于控制周期，同步過程基于通信周期；各子系 統(tǒng)在通信周期首先掃描互鎖信號量SP，若互鎖信號量SP處于禁讀模式，則當前周期讀無 效，待下周期讀；若互鎖信號量SP處于允讀模式，則當前周期同步成功，同步后各子系統(tǒng)的 公共數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)同樣在互鎖信號量SS禁寫狀態(tài)下刷新到本地應(yīng)用變量。
[0019] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果：
[0020] 1、本發(fā)明方法通過在視覺子系統(tǒng)和數(shù)控子系統(tǒng)中設(shè)置公共數(shù)據(jù)區(qū)，并設(shè)定同步、 刷新參數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)同步、實時更新的傳輸機制，最終完成視覺子系統(tǒng)與數(shù)控子 系統(tǒng)間的底層狀態(tài)數(shù)據(jù)交換任務(wù)，解決各子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)實時通信問題。
[0021] 2、本發(fā)明方法所設(shè)置的公共數(shù)據(jù)區(qū)可以將數(shù)據(jù)同步到各子系統(tǒng)，直接開放給應(yīng)用 開發(fā)工程師，可解決目前數(shù)控系統(tǒng)和機器視覺體系封閉、各自獨立，二者集成難度大，開發(fā) 效率不高的問題，便于行業(yè)數(shù)控裝備應(yīng)用推廣。
[0022] 3、本發(fā)明方法適用于行業(yè)專用數(shù)控裝備及工業(yè)機器人，相比目前相互獨立的數(shù)控 系統(tǒng)與機器視覺系統(tǒng)，其數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)（智能相機）可通過公共數(shù)據(jù)區(qū)的形式 交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)無縫集成，解決了多機通信底層數(shù)據(jù)交換問題，方便用戶在開發(fā)過程中處理 多個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，有利于數(shù)控與機器視覺集成開發(fā)，可簡化用戶開發(fā)過程，直接面向生產(chǎn) 過程。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明實施例1的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型圖。
[0024] 圖2為本發(fā)明實施例1的視覺子系統(tǒng)與數(shù)控子系統(tǒng)的通信原理圖。
[0025] 圖3為本發(fā)明實施例1的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用在機器人上的示意圖。
[0026] 圖4為本發(fā)明實施例1的兩臺單機通信數(shù)據(jù)流原理圖。
[0027] 圖5為本發(fā)明實施例1的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有四臺單機時的通信數(shù)據(jù)流原理圖。
[0028] 圖6為本發(fā)明實施例1的各子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸及通信機制圖示意圖。
[0029] 圖7為本發(fā)明實施例1的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)設(shè)置示意圖。

【具體實施方式】
[0030] 實施例1 :
[0031] 生產(chǎn)線用的數(shù)控專機或機器人是針對具體應(yīng)用的訂制開發(fā)與系統(tǒng)集成，機器視覺 系統(tǒng)用于識別、定位與檢測，作為產(chǎn)品的數(shù)控專機/機器人數(shù)控系統(tǒng)和機器視覺系統(tǒng)，提供 詳盡的功能模塊和集成開發(fā)工具供應(yīng)用工程師進行項目應(yīng)用開發(fā)。下面結(jié)合附圖來進一步 說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0032] 如圖1所示，本實施例的視覺智能數(shù)控系統(tǒng)包括數(shù)控子系統(tǒng)和視覺子系統(tǒng)，所述 數(shù)控子系統(tǒng)包括相連接的運動控制模塊和邏輯控制模塊，所述視覺子系統(tǒng)為一臺或多臺智 能相機，所述數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)之間以通信線路連接；該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法包括： 將數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)交互部分設(shè)置為公共數(shù)據(jù)區(qū)，每個子系統(tǒng)的公共 數(shù)據(jù)區(qū)包含該子系統(tǒng)內(nèi)部必要狀態(tài)數(shù)據(jù)和用戶設(shè)定數(shù)據(jù)，并劃分為系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)和用戶數(shù)據(jù) 區(qū)，各子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)還可以包含或預(yù)置其他子系統(tǒng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)，用于自 身應(yīng)用程序開發(fā)；所述公共數(shù)據(jù)區(qū)由標準傳輸單元構(gòu)成，公共數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)同步到各子系統(tǒng)， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，可直接開放給應(yīng)用開發(fā)工程師使用，這樣就可以降低集成開發(fā)成本，并做到 兩個子系統(tǒng)的無縫集成。
[0033] 視覺智能數(shù)控系統(tǒng)可有效解決各子系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)共享問題，在應(yīng)用層編程時， 各子系統(tǒng)可直接使用其他子系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，并可將系統(tǒng)配置的其他子系統(tǒng)用戶區(qū)數(shù)據(jù)刷新 到本地編程使用，簡化開發(fā)過程；各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換通過遠程讀/寫實現(xiàn)，所述遠程讀/ 寫通過ModBus+TCP/IP通信協(xié)議讀/寫數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)，其中遠程 讀用于將數(shù)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀取到視覺子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)，遠程寫用于將視覺子系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)寫入數(shù)控子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)，視覺子系統(tǒng)與數(shù)控子系統(tǒng)的通信原理如圖2所示；視 覺智能數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息處理具體實現(xiàn)為：視覺子系統(tǒng)和數(shù)控子系統(tǒng)都有各自的狀態(tài)數(shù) 據(jù)，這些狀態(tài)數(shù)據(jù)有系統(tǒng)固有的，也有用戶自定義的，建立這些數(shù)據(jù)的描述與交換模型，由 軟件通過開放的現(xiàn)場總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
[0034] 基于DSP的嵌入式機器視覺系統(tǒng)（智能相機）硬件平臺、圖像處理算法庫、調(diào)試工 具IDE三個部分已經(jīng)解決了機器人專用智能機器視覺系統(tǒng)的成本與編程工具問題，在此基 礎(chǔ)上解決機器視覺系統(tǒng)與數(shù)控專機/機器人系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互問題，多相機數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù) 交換的具體技術(shù)方案如下：
[0035] 基于ModBus+TCP/IP通信協(xié)議，支持視覺系統(tǒng)與數(shù)控子系統(tǒng)控制之間的數(shù)據(jù)共享 和多相機之間的數(shù)據(jù)共享，而且應(yīng)用層開發(fā)簡單可靠，這在多相機系統(tǒng)中有很高的實用價 值，視覺子系統(tǒng)或數(shù)控子系統(tǒng)通稱為單機；單機與單機之間的通信可以分為兩部分：系統(tǒng) 數(shù)據(jù)（存放于公共數(shù)據(jù)區(qū)中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)）和用戶數(shù)據(jù)（存放于公共數(shù)據(jù)區(qū)中的用戶數(shù)據(jù) 區(qū)），每類數(shù)據(jù)又可以分為指令數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，指令數(shù)據(jù)是寫入的數(shù)據(jù)，狀態(tài)數(shù)據(jù)是讀出 的數(shù)據(jù)。在所有的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)中，位狀態(tài)和指令數(shù)據(jù)采用Μ點數(shù)據(jù)構(gòu)成，實數(shù)及文 本數(shù)據(jù)采用D點數(shù)據(jù)構(gòu)成，也就是說位狀態(tài)和指令數(shù)據(jù)存儲在指令寄存器Μ (該寄存器一般 用于存儲指令標志位），實數(shù)及文本數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)寄存器D (該寄存器一般用于存儲圖像 輸入、輸出以及處理結(jié)果參數(shù)值），其中Μ點數(shù)據(jù)是位數(shù)據(jù)，D點數(shù)據(jù)是16bit字數(shù)據(jù)，若干 個D點數(shù)據(jù)分別表示不同種類數(shù)據(jù)的傳輸形式，如兩個D點可以組成32bit整型數(shù)據(jù)或者 單精度浮點，四個D點可以組成64bit整型數(shù)據(jù)或者雙精度浮點，D點內(nèi)容按哪種數(shù)據(jù)類型 讀取由應(yīng)用層決定。此外，所有M、D點統(tǒng)稱為軟元件，M、D分別編址，從0開始到65535結(jié) 束，通過撥碼開關(guān)為每個單機配置好硬件地址，之后通過上位機系統(tǒng)配置軟件指定系統(tǒng)中 所有單機，以及單機刷新到其他單機的用戶數(shù)據(jù)存儲范圍、刷新方向和刷新機制。在應(yīng)用層 編程時，系統(tǒng)配置的其他單機的軟元件自動刷新到本地，所有其他單機的軟元件的數(shù)據(jù)可 以作為自身數(shù)據(jù)隨時使用，無數(shù)據(jù)搬運，實現(xiàn)實時更新。
[0036] 共享內(nèi)存中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動同步到其他單機的共享內(nèi)存中，這樣每臺單機都有當 前網(wǎng)絡(luò)中所有單機的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，方便隨時調(diào)用，根據(jù)系統(tǒng)配置，本地用戶數(shù)據(jù)同步到所有需 要本機數(shù)據(jù)的其他單機的共享內(nèi)存。共享內(nèi)存刷新、同步、實時更新對特定數(shù)據(jù)區(qū)是單向操 作，讀寫過程單用獨立控制周期，避免發(fā)生讀寫訪問擁塞。
[0037] 本實施例采用安裝于機器人工作空間內(nèi)的智能相機對傳送帶工件的視覺定位夾 取、分揀，整體構(gòu)成如圖3所示。其中，數(shù)控子系統(tǒng)305包括運動控制模塊306和邏輯控制 模塊307,視覺子系統(tǒng)312安裝于機器人511末端夾持TCP偏置部位，光源部件313提供視 覺子系統(tǒng)工作照明；PC終端501、服務(wù)器502及監(jiān)視器503是離線外圍設(shè)備，數(shù)控子系統(tǒng)305 支持USB及以太網(wǎng)通信，由PC終端301的IDE實現(xiàn)應(yīng)用層運動程序和邏輯程序的開發(fā)、調(diào) 測，服務(wù)器302可實現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成、分析和必要的視覺運算支持，監(jiān)視器303是視覺 子系統(tǒng)312視頻端子輸出顯示器，如配接可實時觀察相機工作視頻；數(shù)控子系統(tǒng)305與交 換機/路由器304相連，并可擴展多機工作，其運動控制模塊306與邏輯控制模塊307通過 雙端口 RAM實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交互；運動控制模塊306與機器人關(guān)節(jié)電機驅(qū)動器308以位置模 式或總線模式連接，機器人邏輯動作I/O點309與邏輯控制模塊307相連，組成機器人控制 器；視覺子系統(tǒng)312與交換機/路由器304相連，實現(xiàn)與數(shù)控子系統(tǒng)305的物理連接，視覺 I/O點310與邏輯控制模塊307相連接，實現(xiàn)對相機啟/停、拍照、完成、故障等信息。
[0038] 數(shù)控子系統(tǒng)305與視覺子系統(tǒng)312共同構(gòu)成視覺智能數(shù)控系統(tǒng)，由位于機器人末 端的視覺子系統(tǒng)312對位于工作臺314上的同一工作目標315進行連續(xù)2次不同位姿的拍 攝，將所拍攝的工件特征點PI、P2的2-D像素坐標與兩次拍攝相機位姿數(shù)據(jù)傳送到數(shù)控子 系統(tǒng)505,完成坐標數(shù)據(jù)變換，統(tǒng)一到機器人坐標系下，獲得目標工件315的空間位姿。
[0039] 視覺智能數(shù)控系統(tǒng)在工作過程中的數(shù)據(jù)交換過程，即視覺子系統(tǒng)512與數(shù)控子系 統(tǒng)505內(nèi)部數(shù)據(jù)通信是基于ModBus TCP協(xié)議的以太網(wǎng)傳輸機制。單機通信如圖3所示，系 統(tǒng)中有兩臺單機時，1號機要把M0-M1F的數(shù)據(jù)刷新到2號機，同時也作為2號機的M0-M1F， 這樣2號機的M0-M1F就可以作為1號機的指令使用。同時2號機的M20-M3F同步到1號 機的M20-M3F，這樣1號機可以把M20-M3F作為2號機的狀態(tài)使用；多機通信如圖4所示，網(wǎng) 絡(luò)內(nèi)有4臺單機時的通信數(shù)據(jù)流動，圖中可以看到1號機根據(jù)系統(tǒng)配置中的設(shè)置1-設(shè)置4 分別從2號機-4號機讀取數(shù)據(jù)到本地軟元件的過程，而對于2號機-4號機讀取數(shù)據(jù)的過程 類推即可；多機通信所采用的數(shù)據(jù)傳輸機制為：1號機首先查詢其他單機公共數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)容， 獲得系統(tǒng)內(nèi)所有單機系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)，然后采用一對多廣播方式將數(shù)據(jù)同步到其他所 有單機公共數(shù)據(jù)區(qū)，完成系統(tǒng)及用戶數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)通信及傳輸機制如圖6所示。在PC端 的具體設(shè)置如圖7所示，處理機制如下：在各子系統(tǒng)中（505,512)分條設(shè)置公共數(shù)據(jù)區(qū)，在 PC終端501的數(shù)控及機器視覺IDE中可將此設(shè)置打包下載到相應(yīng)目標機中，各目標機中有 自身的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)，且開辟出相應(yīng)內(nèi)存作為公共數(shù)據(jù)區(qū)，用于同步、刷新系統(tǒng)內(nèi)其 他目標機數(shù)據(jù)；各目標機內(nèi)部采用控制周期刷新方式，保證整周期公共數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)一致 性，同步機制則是在確保各目標機數(shù)據(jù)完整刷新后，在通信周期內(nèi)將數(shù)據(jù)廣播到其他單機 或傳送設(shè)定目標機；這種通信機制的實施需要在各目標機內(nèi)部設(shè)置刷新和同步的互鎖信號 量SS (禁寫/允寫）、SP (禁讀/允讀），刷新過程基于控制周期，同步過程基于通信周期；刷 新時在控制周期內(nèi)不能被通信周期所干擾，只有在控制周期內(nèi)完成對共享數(shù)據(jù)刷新之后， 才能系統(tǒng)間解鎖互鎖信號量SS的禁寫，開啟系統(tǒng)間互鎖信號量SP的允讀；同樣，在數(shù)據(jù)同 步的通信周期內(nèi)，各單機系統(tǒng)內(nèi)部即使有控制數(shù)據(jù)改變，也不能實時刷新公共數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)； 各單機在通信周期首先掃描互鎖信號量SP，若互鎖信號量SP處于禁讀模式，則當前周期讀 無效，待下周期讀；若互鎖信號量SP處于允讀模式，則當前周期同步成功，同步后各單機的 公共數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)同樣在互鎖信號量SS禁寫狀態(tài)下刷新到本地應(yīng)用變量。
[0040] 各單機公共數(shù)據(jù)區(qū)的設(shè)定，分寄存器Μ和寄存器D，其中：系統(tǒng)配置Μ/D點是固定 地址、長度和內(nèi)容的，而用戶配置Μ/D點是根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)定起始地址、長度和內(nèi)容的，單 機間Μ/D點不統(tǒng)一編址，點號前加分單機號碼，如1#Μ12,表示1號機Μ12狀態(tài)點。單機間同 步完成后，應(yīng)用層開發(fā)可直接使用狀態(tài)點和寄存器內(nèi)容。單機內(nèi)部公共數(shù)據(jù)區(qū)Μ/D點系統(tǒng)、 用戶數(shù)據(jù)區(qū)分配，如下表1所示。
[0041]

【權(quán)利要求】
1. 一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法，其特征在于：所述系統(tǒng)包括數(shù)控子系統(tǒng)和 視覺子系統(tǒng)，所述數(shù)控子系統(tǒng)包括相連接的運動控制模塊和邏輯控制模塊，所述視覺子系 統(tǒng)為一臺或多臺智能相機，所述數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)之間以通信線路連接；該系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)交換方法包括：將數(shù)控子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)交互部分設(shè)置為公共數(shù)據(jù)區(qū)， 每個子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)包含該子系統(tǒng)內(nèi)部必要狀態(tài)數(shù)據(jù)和用戶設(shè)定數(shù)據(jù)，并劃分為系統(tǒng) 數(shù)據(jù)區(qū)和用戶數(shù)據(jù)區(qū)；每個子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)在控制周期內(nèi)刷新系統(tǒng)數(shù)據(jù)及用戶數(shù)據(jù)， 并在通信周期內(nèi)采用廣播形式對全部子系統(tǒng)或目標子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法，其特征在于：所述 公共數(shù)據(jù)區(qū)由標準傳輸單元構(gòu)成，所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)所存儲的數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)指令數(shù)據(jù)和系統(tǒng) 狀態(tài)數(shù)據(jù)，所述用戶數(shù)據(jù)區(qū)所存儲的數(shù)據(jù)包括用戶指令數(shù)據(jù)和用戶狀態(tài)數(shù)據(jù)；在所有的系 統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)中，位狀態(tài)和指令數(shù)據(jù)采用Μ點數(shù)據(jù)構(gòu)成，實數(shù)及文本數(shù)據(jù)采用D點數(shù)據(jù) 構(gòu)成，其中Μ點數(shù)據(jù)是位數(shù)據(jù)，D點數(shù)據(jù)是16bit字數(shù)據(jù)，若干個D點數(shù)據(jù)分別表示不同種 類數(shù)據(jù)的傳輸形式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法，其特征在于：所述 公共數(shù)據(jù)區(qū)所存儲的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)格式采用子系統(tǒng)的單機編號與Μ/D點數(shù)據(jù)組合表示，使 所有子系統(tǒng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)本地化，并開放給當前子系統(tǒng)應(yīng)用層編程。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法，其特征在于：所述 子系統(tǒng)的單機編號通過撥碼開關(guān)確定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法，其特征在于：所述 采用廣播形式對全部子系統(tǒng)或目標子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸，具體為：將數(shù)控子系統(tǒng)或視覺子 系統(tǒng)的其中之一作為主機，其他子系統(tǒng)作為從機，采用主機查詢并獲取所有從機狀態(tài)，然后 向所有從機采用廣播形式，使各子系統(tǒng)將其他子系統(tǒng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)同步到本地使 用。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法，其特征在于：所述 數(shù)據(jù)交換通過遠程讀/寫實現(xiàn)，所述遠程讀/寫通過ModBus+TCP/IP通信協(xié)議讀/寫數(shù)控 子系統(tǒng)與視覺子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)，其中遠程讀用于將數(shù)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀取到視覺子系 統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)，遠程寫用于將視覺子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)寫入數(shù)控子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法，其特征在于：所述 數(shù)控子系統(tǒng)和視覺子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)根據(jù)開發(fā)情況，由子系統(tǒng)的應(yīng)用層對系統(tǒng)數(shù)據(jù)及用 戶數(shù)據(jù)實施刷新。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視覺智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法，其特征在于：所述 公共數(shù)據(jù)區(qū)的刷新和同步是單向操作，即源端的子系統(tǒng)與目標端的子系統(tǒng)方向是固定的， 刷新過程基于控制周期，同步過程基于通信周期；各子系統(tǒng)在通信周期首先掃描互鎖信號 量SP，若互鎖信號量SP處于禁讀模式，則當前周期讀無效，待下周期讀；若互鎖信號量SP 處于允讀模式，則當前周期同步成功，同步后各子系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)同樣在互鎖信 號量SS禁寫狀態(tài)下刷新到本地應(yīng)用變量。
【文檔編號】G05B19/19GK104267665SQ201410436929
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】王高, 柳寧, 葉文生 申請人:暨南大學(xué)