一种用于机器人的可编程IO安全控制器【技术领域】
本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种用于机器人的可编程IO安
全控制器。
【背景技术】
可编程IO安全控制器在工业控制领域是成熟技术，通过组态软件进行逻辑
编写后下载到控制器中，控制器依照该逻辑进行输入输出控制。
通用可编程IO安全控制器使用在机器人安全功能领域缺点有以下：
1、可编程IO安全控制器一般采用梯形图的逻辑编写方式，实现方法较为
复杂，若无电气基础开发出可靠的程序是比较困难；对于机器人安全IO功能，
逻辑功能较为清晰简单，因此，使用可编程IO安全控制器进行机器人安全IO
功能并不适合；
2、可编程IO安全控制器通常不带有双冗余输入输出。对于机器人控制的
急停、限位、安全门等信号通常采用双路输出；
3、可编程IO安全控制器对于输出信号的安全功能不够完善。对机器人领
域抱闸上电等信号需要将输出信号读回，确保输出可靠；而可编程IO安全控制
器通常不就有该功能。
【发明内容】
基于此，本发明的目的在于提供一种用于机器人的可编程IO安全控制器。
为了实现本发明的目的，提供一种用于机器人的可编程IO安全控制器，包
括上位机、嵌入式板卡、嵌入式系统，其中，所述上位机用于提供用户界面；
根据所述上位机的输入端子信号按逻辑文件内容进行输出端子的输出操作；所
述嵌入式系统，解析所述上位机传输的逻辑文件。
优选地，所述上位机自左至右依次包括输入端子区、输入器件区、逻辑编
写区、输出器件区和输出端子区。
优选地，所述输入器件区的输入端与输入端子区相连、输入器件的输出端
与逻辑编写区相连、输出器件区的输入端与逻辑编写区相连、输出器件区的输
出端与输出端子区相连。
优选地，所述上位机经CAN口与嵌入式板卡连接，通过CAN口将所述上位
机的逻辑文件传送至所述嵌入式板卡。
优选地，所述嵌入式板卡包括安全控制板和安全执行板。
优选地，所述安全控制板通过CAN接口与上位机通信、输入信号通过光耦
隔离与处理器连接、双CPU冗余校验通过处理器之间的UART完成、输出信号通
过光MOS与强制导向继电器相连、强制导向继电器的反馈回路通过光耦隔离反
馈会控制器；所述安全执行板通过强制导向继电器与安全输出接口相连。
优选地，所述嵌入式系统包括传输模块、逻辑解析模块和逻辑输出模块，
所述传输模块用于解析上位机传输的逻辑文件，并通过存储器模块存储到非易
失性存储器中；所述逻辑解析模块通过读取非易失性存储器中的逻辑文件，解
析文件并生成逻辑代码；所述逻辑输出模块，根据逻辑解析模块的逻辑内容与
输入端子的输入信号进行逻辑信号输出。
优选地，所述嵌入式系统还包括安全监测模块，所述安全监测模块对冗余
控制、回读监测、电流监测进行安全监测。
区别于现有技术，上述用于机器人的可编程IO安全控制器，包括上位机、
嵌入式板卡、嵌入式系统，其中，所述上位机用于提供用户界面；根据所述上
位机的输入端子信号按逻辑文件内容进行输出端子的输出操作；所述嵌入式系
统，解析所述上位机传输的逻辑文件。采用本发明的用于机器人的可编程IO安
全控制器，使用逻辑门进行程序编写，规避梯形图的复杂开发方式，并为用户
提供常用的机器人逻辑程序实例；输入输出信号均采用双冗余控制，采用双CPU
架构，真正实现双路信号冗余控制；对输出信号进行回读操作，确保输出可靠。
【附图说明】
图1为本发明一个实施例中用于机器人的可编程IO安全控制器的上位机界
面；
图2为本发明一个实施例中用于机器人的可编程IO安全控制器的上位机逻
辑编写图；
图3为本发明一个实施例中机器人的可编程IO安全控制器的硬件板卡结构
图；
图4为本发明一个实施例中机器人的可编程IO安全控制器的嵌入式模块
图。
【具体实施方式】
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合
实施方式并配合附图详予说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解
释本发明，并不用来限定本发明。
一种用于机器人的可编程IO安全控制器，包括上位机、嵌入式板卡、嵌入
式系统，其中，所述上位机用于提供用户界面；根据所述上位机的输入端子信
号按逻辑文件内容进行输出端子的输出操作；所述嵌入式系统，解析所述上位
机传输的逻辑文件。
其中，所述上位机自左至右依次包括输入端子区、输入器件区、逻辑编写
区、输出器件区和输出端子区。请参阅图1、图3及图4，如所示如图1，上位
机的用户界面具体地，左侧为输入端子区、中间左侧为输入器件区、中间正中
为逻辑编写区、中间右侧围输出器件区、右侧为输出端子区。
在实际应用过程中，用户可将上侧区域的安全门、急停、限位、上电按钮
放置到输入器件区中；将下侧的与、或、非、异或、延时、延时触发放置到逻
辑编写区；将输出继电器放置到右侧的输出端子区。
所述输入器件区的输入端与输入端子区相连、输入器件的输出端与逻辑编
写区相连、输出器件区的输入端与逻辑编写区相连、输出器件区的输出端与输
出端子区相连。
上述设置完成后，所述上位机经CAN口与嵌入式板卡连接，通过CAN口将
所述上位机的逻辑文件传送至所述嵌入式板卡。
在某些优选实施例中，所述嵌入式板卡包括安全控制板和安全执行板。
其中，所述安全控制板通过CAN接口与上位机通信、输入信号通过光耦隔
离与处理器连接、双CPU冗余校验通过处理器之间的UART完成、输出信号通过
光MOS与强制导向继电器相连、强制导向继电器的反馈回路通过光耦隔离反馈
会控制器，对于需要电流检测的输出回路通过电流检测AD接口与处理器相连。
所述安全执行板通过强制导向继电器与安全输出接口相连；输入回路通过
执行板连接到安全控制板。
更进一步的方案中，机器人具有以下措施：
1、急停信号、限位信号、安全门、提供了双、三路冗余输入；信号同时接
入两CPU中，并按照逻辑文件进行操作后输出。
2、输出回路全部带有回读功能，确保输出的安全。
3、对于抱闸回路、在回读功能的基础上加入电流检测功能，确保抱闸输出
端子到抱闸执行器件的连线没有断线等故障。
4、双CPU冗余控制；双路信号分别接入不同的CPU中进行校验判断，真正
实现双冗余控制。
5、双CPU校验功能：CPU通过UART接口进行冗余校验，每4ms进行一次冗
余校验。当信号异常时进行安全保护。
6、20路输入端子与8路输出端子；且端子接线方式根据上位机可配，实现
了较好的通用性功能；满足大部分的机器人控制器需求。
7、目标板与上位机通过CAN接口进行编程文件的下载与上传，CAN通信自
带的CRC校验功能保证了通信的可靠性。
8、与、或、非、异或、延时、延触发多种逻辑模块，通过上述模块的组合
搭配实现所有的逻辑功能；且相对于梯形图编程方式，该方法简单易懂且不易
出错。大大降低电气技术基础，可很快的开发出适合的机器人安全逻辑。
9、安全门、急停、限位、上电按钮多种输入输出器件，方便用户针对机器
人进行安全逻辑编写。
10、提供抱闸输出模块与上电模块；且二者内部分别集成电流监测功能与
回读功能。
在某些优选实施例中，所述嵌入式系统包括传输模块、逻辑解析模块和逻
辑输出模块。
所述传输模块用于解析上位机传输的逻辑文件，并通过存储器模块存储到
非易失性存储器中。
所述逻辑解析模块通过读取非易失性存储器中的逻辑文件，解析文件并生
成逻辑代码；所述逻辑输出模块，根据逻辑解析模块的逻辑内容与输入端子的
输入信号进行逻辑信号输出。
进一步地，所述嵌入式系统还包括安全监测模块，所述安全监测模块对冗
余控制、回读监测、电流监测进行安全监测。
以及，双CPU校验模块，通过UART接口进行双CPU冗余校验；4ms周期，
冗余判断，若发生安全异常则报警并输出安全状态。
电流监测模块，当抱闸回路输出使能时，通过电流监测模块进行电流监测；
判断抱闸输出端到抱闸执行器的电流是否正常，若电流异常则报警并输出安全
状态。
在某一具体实施例中，如图2所示，机器人的安全模块应用实例中：
示教盒急停与输入端子的IN1、IN2连接；
柜门急停与输入端子的IN3、IN4连接；
安全门信号与输入端子的IN5、IN6连接；
限位信号与输入端子的IN7、IN8连接；
上电按钮与输入端子的IN14、IN15连接；
示教盒急停、柜门急停、安全门、限位通过逻辑与模块连接；
上电按钮与上升沿触发模块连接；
逻辑与模块的输出与上升沿触发模块输出连接到逻辑与模块；
上升沿触发模块与延时模块连接；
延时模块的输出与逻辑与模块的输出连接到逻辑与模块；
逻辑与模块连接到抱闸输出继电器、抱闸输出继电器、抱闸输出继电器；
逻辑与模块连接到上电输出继电器；
抱闸输出继电器与输出端子OUT1、OUT2连接；
抱闸输出继电器与输出端子OUT3、OUT4连接。抱闸输出继电器与输出端子
OUT5、OUT6连接；
上电继电器与输出端子OUT7、OUT8连接。
其中：
OUT1、OUT2为双路输出接入抱闸1组，连接轴1-轴3的抱闸输出。
OUT3、OUT4为双路输出接入抱闸2组，连接轴4-轴6的抱闸输出。
OUT5、OUT6为双路输出接入抱闸3组，连接轴7-轴9的抱闸输出。
IN1、IN2接入到示教盒急停的两路触点。
IN3、IN4接入到柜门急停的两路触点。
IN5、IN6接入到安全门的两路触点。
IN7、IN8接入到上电按钮的两路触点。
将上位机与板卡通过CAN分析仪连接，点击下载按钮，完成下载。
板卡接收到逻辑文件后，使用下载、上传模块进行下载，接着使用逻辑解
析模块进行解析。启动运行后，通过安全监测模块、双CPU校验模块、电流监
测模块进行安全监测。
本发明实施例的用于机器人的可编程IO安全控制器，具有如下效果：
提供与、或、非、异或、延时、延触发多种逻辑模块；通过这些模块的组
合搭配可以实现所有的逻辑功能；且相对于梯形图编程方式，该方法简单易懂
且不易出错，大大降低开发者的电气技术基础，可以很快的开发出适合自己的
机器人安全逻辑。
所有输出信号均带有回读功能。确保输出的安全，对于继电器粘连的预防
效果好。
输入信号双端入，且分别接入不同CPU中。真正实现了双冗余控制。
针对机器人应用，提供了抱闸输出模块与上电模块。
对于抱闸回路、在回读功能的基础上加入电流检测功能。确保抱闸输出端
子到抱闸执行器件的连线没有断线等故障。
CPU校验功能：CPU通过UART接口进行冗余校验，每4ms进行一次冗余校
验。当信号异常时进行安全保护。
提供20路输入端子与8路输出端子，且端子接线方式根据上位机可配，实
现较好的通用性功能，满足大部分的机器人控制器需求。
目标板与上位机通过CAN接口进行编程文件的下载与上传功能，CAN通信自
带的CRC校验功能保证通信的可靠性。
抱闸电流监测功能：针对机器人应用，提供了抱闸电流监测功能；保证抱
闸端子输出到抱闸执行器之间的连线正确。
灵活的配置功能：使得不同机器人的安全模块使用方便简易。
需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来
将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这
些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包
含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素
的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列
出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的
要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的
要素，并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另
外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；
“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了
基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上上述仅
为本发明型的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明
说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他
相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。