CN104723318A - 自主工作机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自主工作机器人系统，包括机器人本体和远程控制系统；机器人本体包括能够在水平面内任意移动的全方位移动平台、安装于全方位移动平台上并能够相对其升降的升降机构、安装于升降机构上的工业机器人、安装于全方位移动平台上的控制柜和定位识别系统；远程控制系统向控制柜传送自动控制信号，定位识别系统向控制柜反馈定位识别信号，控制柜根据自动控制信号和定位识别信号分别控制全方位移动平台的移动、升降机构的升降和工业机器人的工作。本发明的自主工作机器人系统能够实现全方位自主移动，结构简单紧凑，具有较高的作业精度以及较高的可靠性和安全性，大大拓展了工业机器人的智能性和实用性。

Description

自主工作机器人系统

技术领域

本发明属于工业机器人领域，涉及一种适用于工业自动化生产中能够根据指令自主工作的机器人系统。

背景技术

工业机器人，作为生产自动化的代表，被广泛应用于工业的各个领域，如汽车制造、化工等行业的自动化生产线上的焊接，搬运，喷涂等作业中。工业机器人在自动化生产中代替人完成高质量的工作，提高了产品的生产效率和质量，同时也对工业机器人的作业时的稳定性，操作范围，智能规划提出了要求。

工业领域中大尺寸产品在制造过程中通常不便移动，传统的大部件车运输实现方法通常是依靠人力推动或牵引车拖动，且其过程中对大部件的固定通常借助于专用工装，运输作业过程中通常需要较大的工作空间，存在劳动强度大、机动性和运动精度差及运输效率低等明显不足。另外由于其工装形式通常是根据大部件工件结构特点专门设计、专门制造的刚性结构，故而结构复杂笨重，操作困难，效率不高，可适应性与灵活性较差，已无法满足现代制造对高效率、高质量的追求。

为了解决制造领域大尺寸工件不易搬运移动的问题，需要一种能够自主运动从而能够移动至大部件的各个方位而对其进行各种作业的机器人。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够自主运动进行作业、从而解决大尺寸工件不易移动问题的自主工作机器人系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种自主工作机器人系统，包括机器人本体和远程控制系统；所述的机器人本体包括能够在水平面内任意移动的全方位移动平台、安装于所述的全方位移动平台上并能够相对其升降的升降机构、安装于所述的升降机构上的工业机器人、安装于所述的全方位移动平台上的控制柜和定位识别系统；所述的远程控制系统向所述的控制柜传送自动控制信号，所述的定位识别系统向所述的控制柜反馈定位识别信号，所述的控制柜根据所述的自动控制信号和所述的定位识别信号分别控制所述的全方位移动平台的移动、所述的升降机构的升降和所述的工业机器人的工作。

所述的全方位移动平台包括平台本体和安装于所述的平台本体底部的若干个全向轮，所述的控制柜与所述的全向轮相信号连接。

所述的升降机构包括安装于所述的全方位移动平台上的基座、相对于所述的基座能够升降的升降平台、安装于所述的基座中并驱动所述的升降平台升降的驱动装置，所述的控制柜与所述的驱动装置相信号连接，所述的工业机器人设置于所述的升降平台上。

所述的驱动装置包括安装在所述的基座中的伺服电机、与所述的驱动电机相连接的螺旋升降机，所述的升降平台与所述的螺旋升降机相连接。

所述的工业机器人为串联式六自由度工业机器人。

所述的定位识别系统包括测距装置和识别装置，所述的测距装置和所述的识别装置分别与所述的控制柜相信号连接。

所述的测距装置为激光测距传感器，所述的识别装置为摄像头。

所述的测距装置安装于所述的全方位移动平台上，所述的识别装置安装于所述的升降机构上。

所述的远程控制系统为显示控制屏或操作手柄，所述的远程控制系统与所述的控制柜通过无线网络相连接。

所述的自主工作机器人系统采用的控制方法为：通过所述的远程控制系统向所述的控制柜发送所述的自动控制信号，所述的自动控制信号中包含指定位置信息，所述的控制柜接收所述的自动控制系并驱动所述的全方位移动平台开始移动；在所述的全方位移动平台移动过程中，所述的定位识别系统向所述的控制柜反馈所述的定位识别信号，所述的控制柜分析所述的定位识别信号并自动规划和调整所述的全方位移动平台的移动路径而实现自主避障，所述的全方位移动平台按照所述的控制柜规划的路径移动至指定位置；所述的定位识别系统向所述的控制柜反馈所述的定位识别信号而自动识别工作区域，所述的控制柜控制所述的升降机构升降而使所述的工业机器人达到所述的工作区域的高度；所述的控制柜控制所述的工业机器人开始工作；在所述的工业机器人工作过程中，所述的机器人本体具有独立作业模式和联动作业模式，在所述的独立作业模式时，仅有所述的工业机器人工作，在所述的联动作业模式时，所述的控制柜能够控制所述的全方位移动平台移动而与工作中的所述的工业机器人进行联动作业。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的自主工作机器人系统能够实现全方位自主移动，能够使工业机器人移动至不易移动的大型工件的任意位置而对其进行作业，解决了大型工件的自动化生产中存在的问题，能够实现自动识别壁障、自主运动功能，且该自主工作机器人结构简单紧凑，具有较高的作业精度以及较高的可靠性和安全性，大大拓展了工业机器人的智能性和实用性。

附图说明

附图1为本发明的自主工作机器人系统的结构示意图。

附图2为本发明的自主工作机器人系统的控制原理示意图。

以上附图中：1、全方位移动平台；2、控制柜；3、工业机器人；4、升降机构；5、测距装置；6、识别装置；7、远程控制系统。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：参见附图1所示。一种自主工作机器人系统，包括机器人本体和远程控制系统7。

机器人本体包括全方位移动平台1、升降机构4、工业机器人3、控制柜2和定位识别系统。其中，全方位移动平台1能够在水平面内任意移动，其包括平台本体和安装于平台本体底部的若干个全向轮，而全向轮可以采用普通全向轮或麦克纳姆轮，使得该全方位移动平台1能够实现零回转半径的移动。本实施例中，平台本体大致呈长方体，并设置有四个全向轮。升降机构4通过若干个螺钉固定安装在全方位移动平台1的平台本体上，其包括设置在平台本体上的基座、相对于基座能够升降的升降平台、安装于基座中并驱动升降平台升降的驱动装置，驱动装置采用安装在基座中的伺服电机、与驱动电机相连接的螺旋升降机，升降平台与螺旋升降机相连接，使得升降平台能够相对于全方位移动平台1进行升降。工业机器人3采用串联式六自由度工业机器人，其通过若干个螺钉固定安装在升降机构4的升降平台上，能够随升降平台而升降。这样在全方位移动平台1和升降机构4的共同作用下，工业机器人3能够实现在三维空间中的自由移动，加之其本身也具有六个自由度，故而可以灵活地进行各种作业。控制柜2通过若干个螺钉固定安装于全方位移动平台1的平台本体上，其可以位于升降机构4的侧部，控制柜2内集成了全方位移动平台1的工控箱、升降机构4的工控箱以及工业机器人3的工控箱。定位识别系统包括用于测量距障碍物等的距离的测距装置5和用于进行视觉识别的识别装置6，其中测距装置5采用激光测距传感器，其为两个并设置在平台本体的对角处，识别装置6采用摄像头，其设置在升降机构4的基座上。

远程控制系统7为显示控制屏或操作手柄，其与控制柜2通过无线网络相连接而实现通讯，从而能够向控制柜2发送自动控制信号。而控制柜2分别与全方位移动平台1的全向轮、升降机构4的驱动装置、工业机器人3相信号连接，从而能够分别控制全方位移动平台1的水平移动、升降机构4的升降和工业机器人3的工作。而定位识别系统的测距装置5和识别装置6分别与控制柜2相信号连接而向控制柜2反馈定位识别信号。

该自主工作机器人系统的工作过程为：远程控制系统7向控制柜2传送自动控制信号，定位识别系统向控制柜2反馈定位识别信号，控制柜2根据自动控制信号和定位识别信号分别控制全方位移动平台1的移动、升降机构4的升降和工业机器人3的工作。

具体的，该自主工作机器人系统采用的控制方法为：

1、通过远程控制系统7向控制柜2发送自动控制信号，自动控制信号中包含指定位置信息，控制柜2接收自动控制系并驱动全方位移动平台1开始向指定位置移动；

2、在全方位移动平台1移动过程中，定位识别系统中的测距装置5进行距离测量、识别装置6进行拍摄，从而生成定位识别信号，并向控制柜2反馈该定位识别信号，控制柜2分析定位识别信号并自动规划和调整全方位移动平台1的移动路径而实现自主避障，全方位移动平台1按照控制柜2规划的路径移动至指定位置；

3、定位识别系统向控制柜2反馈定位识别信号而自动识别工作区域，控制柜2控制升降机构4升降而使工业机器人3达到工作区域的高度；

4、控制柜2控制工业机器人3开始工作；在工业机器人3工作过程中，机器人本体具有独立作业模式和联动作业模式，在独立作业模式时，仅有工业机器人3工作，在联动作业模式时，控制柜2能够控制全方位移动平台1移动而与工作中的工业机器人3进行联动作业。

上述自主工作机器人为了实现控制全方位移动平台1、升降机构4以及工业机器人3的协同运动精度，其控制柜2采用了交叉耦合控制方法，从而能够实现高准确度和快速性的作业。该控制柜2内的各工控箱可以分别集成控制主板、通信接口等进行计算和通信所需的部件，并具有多个I/O输入输出。其中，各工控箱均是基于CAN总线通信方式的分布式运动控制器，其运行稳定可靠，维护简单，且其可以使用可执行多任务、可进行多窗口动态观察的安卓操作系统，并能够记录自主工作机器人整体运行状态以及各阶段的反馈信息，当出现故障时，也能够在故障排除后快速恢复运行。

针对全方位移动平台1，其在水平面上任意移动，故而它的移动速度和移动方向是重要的指标量。为了实现运动过程中的精确协调控制，这两个指标量需要作为控制柜2内的全方位移动平台1的工控箱的输入量，从而对其进行实时地调整，以减小控制误差，实现全方位移动平台1的精确控制，并最终完成移动至指定位置的任务。此外，基于多传感器，即定位识别系统中的测距装置5和识别装置6，能够实现对全方位移动平台1的定位和避障。本方案具有较佳的安全性，在于：测距装置5采用激光测距传感器，其不同于红外线障碍物测距装置，其不受环境温度、光线颜色、电磁等因素干扰，能够自动识别地平面并滤除无效的障碍信号，实现全范围覆盖障碍物检测，并且进行精确模拟运算出障碍物距离（精确度达到10mm量级）。通过激光测距传感器的配合，全方位移动平台1的工控箱能够在距离障碍物2m时就开始无限阶段降速进行缓冲停车，既避免撞到障碍物也能减少和防止因为紧急停车导致货物损坏。若以较快速度冲至2m的紧急停车距离极限以内时，也可控制自动紧急停车。同时，该方案也不同于常规的接触式机械防撞，而是非接触式障碍物监测，从而可以有效的防止对人员或车间内的其他设备等造成伤害。其可以采用双控制系统进行控制，当其中一桃控制系统出现问题时，另一套系统仍可以正常运行，从而最大限度的保护人、机、货物的安全。针对升降机构4，其升降过程中，升降速度等指标量也可以反馈至升降机构4的工控箱，使得能够高精度地实现升降机构4的控制。相类似的，针对工业机器人3，其作业过程中的动作参数也反馈至其工控箱中，实现高精度控制，使其能够更好地完成各项任务。

该自主工作机器人系统能够在整个制造车间内自主移动，快速穿梭，能够保持机体姿态不变的前提下，实现任意方向的运动，且回转半径为零，具有非常优越的运动特性，与传统工业机器人3相比，其适合在各种复杂工作环境或各种狭小的空间内高效运动完成任务，也可以在多个不同的位置上完成作业任务，所需的编程时间较短，能够提高机器人的工作效率和柔性。

其适用于航空航天、高铁、船舶制造等领域，可以进行大部件装配，喷涂、喷砂、无损检测等表面处理，焊接铆接，核、生物、化工等环境的表面清洁以及快速原型制造等。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自主工作机器人系统，其特征在于：其包括机器人本体和远程控制系统（7）；所述的机器人本体包括能够在水平面内任意移动的全方位移动平台（1）、安装于所述的全方位移动平台（1）上并能够相对其升降的升降机构（4）、安装于所述的升降机构（4）上的工业机器人（3）、安装于所述的全方位移动平台（1）上的控制柜（2）和定位识别系统；所述的远程控制系统（7）向所述的控制柜（2）传送自动控制信号，所述的定位识别系统向所述的控制柜（2）反馈定位识别信号，所述的控制柜（2）根据所述的自动控制信号和所述的定位识别信号分别控制所述的全方位移动平台（1）的移动、所述的升降机构（4）的升降和所述的工业机器人（3）的工作。

2.根据权利要求1所述的自主工作机器人系统，其特征在于：所述的全方位移动平台（1）包括平台本体和安装于所述的平台本体底部的若干个全向轮，所述的控制柜（2）与所述的全向轮相信号连接。

3.根据权利要求1所述的自主工作机器人系统，其特征在于：所述的升降机构（4）包括安装于所述的全方位移动平台（1）上的基座、相对于所述的基座能够升降的升降平台、安装于所述的基座中并驱动所述的升降平台升降的驱动装置，所述的控制柜（2）与所述的驱动装置相信号连接，所述的工业机器人（3）设置于所述的升降平台上。

4.根据权利要求1所述的自主工作机器人系统，其特征在于：所述的驱动装置包括安装在所述的基座中的伺服电机、与所述的驱动电机相连接的螺旋升降机，所述的升降平台与所述的螺旋升降机相连接。

5.根据权利要求1所述的自主工作机器人系统，其特征在于：所述的工业机器人（3）为串联式六自由度工业机器人。

6.根据权利要求1所述的自主工作机器人系统，其特征在于：所述的定位识别系统包括测距装置（5）和识别装置（6），所述的测距装置（5）和所述的识别装置（6）分别与所述的控制柜（2）相信号连接。

7.根据权利要求6所述的自主工作机器人系统，其特征在于：所述的测距装置（5）为激光测距传感器，所述的识别装置（6）为摄像头。

8.根据权利要求6或7所述的自主工作机器人系统，其特征在于：所述的测距装置（5）安装于所述的全方位移动平台（1）上，所述的识别装置（6）安装于所述的升降机构（4）上。

9.根据权利要求1所述的自主工作机器人系统，其特征在于：所述的远程控制系统（7）为显示控制屏或操作手柄，所述的远程控制系统（7）与所述的控制柜（2）通过无线网络相连接。

10.根据权利要求1所述的自主工作机器人系统，其特征在于：其采用的控制方法为：通过所述的远程控制系统（7）向所述的控制柜（2）发送所述的自动控制信号，所述的自动控制信号中包含指定位置信息，所述的控制柜（2）接收所述的自动控制系并驱动所述的全方位移动平台（1）开始移动；在所述的全方位移动平台（1）移动过程中，所述的定位识别系统向所述的控制柜（2）反馈所述的定位识别信号，所述的控制柜（2）分析所述的定位识别信号并自动规划和调整所述的全方位移动平台（1）的移动路径而实现自主避障，所述的全方位移动平台（1）按照所述的控制柜（2）规划的路径移动至指定位置；所述的定位识别系统向所述的控制柜（2）反馈所述的定位识别信号而自动识别工作区域，所述的控制柜（2）控制所述的升降机构（4）升降而使所述的工业机器人（3）达到所述的工作区域的高度；所述的控制柜（2）控制所述的工业机器人（3）开始工作；在所述的工业机器人（3）工作过程中，所述的机器人本体具有独立作业模式和联动作业模式，在所述的独立作业模式时，仅有所述的工业机器人（3）工作，在所述的联动作业模式时，所述的控制柜（2）能够控制所述的全方位移动平台（1）移动而与工作中的所述的工业机器人（3）进行联动作业。