CN105589449A - 基于移动机器人的自动化流水线系统及运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化流水线及自动控制技术，旨在提供一种基于移动机器人的自动化流水线系统及运行控制方法。该系统包括流水线平台和依次设置的若干个工位、多台自驱动的移动机器人小车，以及流水线中控平台计算机和无线通讯系统；在流水线平台表面沿其长度方向设置条形的移动供电系统的电极；移动机器人小车配置了伺服驱动系统、机器人控制器和移动供电系统的电刷，机器人控制器由其内置的无线通讯模块经无线通讯系统与流水线中控平台计算机实现数据交换。本发明采用独立可自行驱动控制的移动机器人小车运送工件，消除了传统流水线上多工位之间的耦合，可实现灵活控制与工位配置，实现复杂的自动化加工工艺。

Description

基于移动机器人的自动化流水线系统及运行控制方法

技术领域

本发明专利涉及自动化流水线及自动控制技术，更详细的说，本发明涉及一种基于移动机器人小车的自动化流水线运行控制和管理方法，可实现灵活的工艺配置和自治运行。

背景技术

随着制造业自动化水平的提高，传统依据手工操作的加工工艺不断被各种自动化流水线加工工艺所替代，大大提高了制造加工的生产效率和产品质量。各种自动化流水线不断出现，广泛应用于制造业的各个领域，典型的包括汽车制造、航空航天、食品加工等，但是应用最为广泛的还是加工制造领域。

传统的加工制造领域自动化流水线采用统一的传送平台，传送平台沿途设置产品加工的各个工序，可以是自动工序也可以是人工工序，待加工的产品统一放置在流水线传送平台上，按照统一固定的运送速度在各个工序间传送，沿途每个工序必须在规定时间内完成本工序的工作，否则产品零件会变成次品传送到下一个工序，因为每一个产品零件本身不具备运动功能，所有工序必须在统一时间节拍内完成，整个流水线由统一的驱动系统实现流水线传送带的运行，带动所有待加工零件一起运行。如果一个工序操作时间较短，已经完成了本工序的工艺，必须等待整个流水线上时间最长的工序完成以后，整个流水线传送平台驱动传送带运行带走本工序已经完成的零件，才能传送来新的待加工零件，因此这种加工模式每个工序的加工节拍取决了整个加工工艺中时间最长的工序，灵活性较差。其根本原因在于整个流水线只有一个总的驱动平台，依靠统一的传送到在各个工序之间进行传送。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提出一种基于移动机器人的自动化流水线系统及运行控制方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种基于移动机器人的自动化流水线系统，包括流水线平台和依次设置于流水线平台一侧或两侧的若干个工位；在所述流水线平台表面沿其长度方向设置条形的移动供电系统的电极；该系统还包括多台自驱动的移动机器人小车、流水线中控平台计算机及无线通讯系统；

所述移动机器人小车配置了伺服驱动系统、移动供电系统的电刷和机器人控制器，机器人控制器由其内置的无线通讯模块经无线通讯系统与流水线中控平台计算机实现数据交换；

移动机器人小车的运动通过下述设置实现：

安装在移动机器人小车上的移动供电电刷与设于流水线平台表面的移动供电系统的电极保持紧密接触(实现电源的连通，给移动机器人小车供电)；且

(1)在流水线平台上设置长齿条，移动机器人小车底部设有与齿条相互啮合的齿轮，齿轮是由伺服驱动系统驱动的(机器人控制器控制伺服驱动系统转动进而带动齿轮转动，使移动机器人小车能相对流水线平台运动)；或者，

(2)在流水线平台上设置限位条或限位槽，移动机器人小车底部设有与限位条或限位槽相适应的限位结构，以及多个车轮(车轮用于支承移动机器人小车主体并实现位移，机器人控制器控制伺服驱动系统转动进而带动轮子转动，使移动机器人小车能相对流水线平台运动)。

本发明中，在每个移动机器人小车上设置三个光电传感器，分别是减速传感器、停止传感器和启动传感器，并在每个工位出对应安装三个传感器的触发模块；所述机器人控制器内置能够与光电传感器进行通讯的信号输入模块。

本发明中，所述流水线平台具有上下两层结构，其中上层为工位操作平台，下层为移动机器人小车的返回平台；在流水线平台的起始端和末端各设一个升降台(当移动机器人小车移动到流水线平台末端时，通过升降台下降到返回平台并返回至流水线平台起始段，然后再通过升降台上升到上层，重新进入第一个工位，开始进行新一轮的运动)。

本发明中，所述流水线平台也可以是单层平面结构，呈环形首尾相接布置(移动机器人小车不间断在各个工位之间依次移动，并实现全平台循环)。

整个流水线的运行包括运行配置、自动运行与故障处理几种模式。

本发明进一步提供了所述自动化流水线系统的运行控制方法，包括：

(1)在流水线中控平台计算机中进行工序配置和参数设置

对流水线的工位数、每个工位的工位特征(比如本工位是人工工位还是自动工位，定位精度要求等)、移动机器人小车总数、移动机器人小车的运行参数进行设定；然后通过无线通讯系统与各移动机器人小车进行通讯，将移动机器人小车参数发送到各移动机器人小车的机器人控制器，实现移动机器人小车控制参数的初始化；

(2)移动小车上线流程

当未上线的移动小车达到流水线起始位置时，使用默认的小车编号0向流水线中控平台计算机发送初始化到位信息；流水线中控平台计算收到信息后确认无误，向该移动机器人小车发送确认信息，并给该移动机器人小车按照顺序从1开始进行编号，该编号为该移动机器人小车后续与流水线中控平台计算机进行通讯的身份标识，所有移动机器人小车在上线以后的通讯过程中，均以该小车编号进行区分。

本发明中，所述移动机器人小车的运行参数包括：运动速度、加速度、减速距离和小车编号、工位参数。

(3)自动运行控制

在所有移动机器人小车完成上线操作以后就进入自动运行控制，在该状态下每个小车都是独立控制的，并通过无线通讯系统与流水线中控平台计算机实现数据或信息的传递，实时传送移动机器人小车的位置和故障信息，以及接收控制信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明采用独立可自行驱动控制的移动机器人小车运送工件，消除了传统流水线上多工位之间的耦合，可实现灵活控制与工位配置，实现复杂的自动化加工工艺，并通过无线通讯技术实现了移动机器人小车和流水线中控平台计算机之间的配合与通讯。

附图说明

附图1基于移动机器人小车的自动化流水线系统结构框图；

附图2移动机器人小车控制实现方式的示意图；

附图3流水线与移动机器人小车通讯框图。

图1中附图标记：1流水线平台、2工位、3齿条、4电极、5移动机器人小车、6流水线中控平台计算机、7无线通讯系统。

具体实施方式

本发明的具体思路如下：

本发明是一种利用具备灵活独立传送能力的基于移动机器人小车的自动化流水线。该系统以移动机器人小车5作为待加工零件的运动载体，而不是传统的统一的流水线上的传送带。在该系统中，每一个待加工的零件由一个具备自驱动运动的移动机器人小车5运载到各个加工操作的工位2，每个移动机器人小车5可以独立运行控制运行速度和停止于工位2处。这样整个流水线上根据每个工序加工时间不同可以设置不同数量的工位2，时间长的加工工序可以设置多个工位2，这样就可以采用多台移动机器人小车5同时运行，配合不同加工工艺时间，达到提供整个流水线效率的目的，并可根据不同产品的加工工艺需要灵活的设置不同的工艺流程，配合不同工序加工时间差别较大的情况，而且采用移动机器人小车5作为工件的运送载体还可以配合自动工序上的自动化设备实现复杂的自动化操作而不需要人工的参与。

其中，移动机器人小车5的供电依靠移动供电系统提供，包括安装在流水线平台1上的条形的电极4和安装在移动机器人小车5上的电刷，电极4和电刷连接并且保持滑动。安装在流水线平台1上的条形电极4连接电源，并与安装在移动机器人小车5上的电刷在运动过程中保持可靠紧密接触，实现电源的连通，给移动机器人小车5不间断供电。

流水线平台1为移动机器人小车5的运动平台，也是设置产品加工工序的平台。流水线平台1的表面安装有齿条3，通过齿轮的啮合和伺服驱动机构的作用力来驱动移动机器人小车5运动。当然，也可以采用轮式的运动机构，为避免移动机器人小车5运行偏向，应在流水线平台1表面设置长形的限位条或限位槽，而移动机器人小车5底部则设有与限位条或限位槽相适应的限位结构。

流水线平台1根据工艺需求沿途布置工序，工序的执行可以是人工操作也可以自动设备操作完成，每一个工序即为产品加工中的一道实际加工流程工序，耗时多的工序可以同时设置多个工位2同时加工，简单工序只需要一个工位2就可以完成该工序的加工。

流水线中控平台计算机6管理和控制着整个流水线的运行及工序的配置，并通过无线通讯系统7与移动机器人小车5进行通讯，每一台移动机器人小车5具备一个通讯地址。

整个流水线的运行包括运行配置、自动运行与故障处理几种模式。运行配置包括工序的设置、移动机器人小车5的配置以及移动机器人小车的上线操作。

每个移动机器人小车5配置安装减速、停止和启动三个光电传感器，流水线平台1上每个工位2配置减速、停止和启动三个光电传感器的触发模块，三个光电传感器与移动机器人小车5的机器人控制器内置的信号输入模块进行连接，实现移动机器人小车5进入每个工位2的减速和通知操作，该工位2完成后给出启动信号，移动机器人小车5收到启动信号后启动运行离开该工位2进入到下一个工序。

利用移动机器人小车5的自动化流水线系统中的无线通讯系统7为无线通讯方式，实现流水线中控平台计算机6和每一台移动机器人小车5的通讯，流水线中控平台计算机6与无线通讯系统7可以采用有线以太网通讯，也可以采用无线网络通讯，而所有的移动机器人小车5中的机器人控制器包含有无线通讯模块，通过和无线通讯系统采用无线通信方式连接，实现和流水线中控平台计算机6之间的信息交换。

所有移动机器人小车5上线以后则不间断在所有工序之间不间断自动运行，搬运所需要的加工零件达到下一个加工工序。并且通过无线通讯系统7与流水线中控平台计算机6进行通讯，实时传送移动机器人小车的位置和故障信息，以及接收控制信号。

如果某一台移动机器人小车5出现故障，可以将其搬离流水线平台1，或者更换新一台移动机器人小,5而不影响其他移动机器人小车5以及整个流水线平台1的运行，减少了因为出现故障流水线停机造成的损失。

以一个40米长，包含5个工序及10辆移动机器人小车5的流水线为例进行说明。

该自动化流水线包括多台自驱动的移动机器人小车5、流水线平台1、流水线中控平台计算机6及无线通讯系统7组成，如附图1所示。

本发明中移动机器人小车5作为待加工零件的运动载体，而不是传统的统一的流水线上的传送带。

整个系统包括多台的具备自驱动能力的移动机器人小车5，该移动机器人小车5自带伺服驱动系统、移动供电系统的电刷及机器人控制器，其控制实现的方式如附图2所示。机器人控制器控制伺服驱动系统转动，通过和流水线平台1上的齿条3耦合实现移动机器人小车在流水线上的运动。

本具体实施方案流水线采用上下结构，上一层为工位2的操作平台，下层为移动机器人小车5的返回平台，在该流水线平台1起始段和末端各设置一个升降台，当移动机器人小车5移动到流水线平台1末端时，通过升级台下降到流水线下层返回到流水线平台1起始段，然后通过升降台上升到流水线平台1上层第一个工位2进行新一轮的运动。也可以采用单层平面结构，整个流水线环形布置，不间断在各个工位之间移动。

流水线平台1根据工艺需求沿途布置工序，工序的执行可以是人工操作也可以自动设备操作完成，每一个工序即为产品加工中的一道实际加工流程工序，耗时多的工序可以同时设置多个工位2同时加工，简单工序只需要一个工位2既可以完成该工序的加工。

每个移动机器人小车5配置安装减速、停止和启动三个光电传感器，流水线平台1上每个工位2配置减速、停止和启动三个光电传感器的触发模块，三个光电传感器与移动机器人小车5的机器人控制器内置的信号输入模块进行连接，实现移动机器小车5进入每个工位2的减速和通知操作，本工位2完成后给出启动信号，移动机器人小车5收到启动信号后启动运行离开本工位2进入到下一个工序。

该系流水线长度为40米，假设包含有5个工序，其中3个工序为自动工序，2个工位为人工工序，而2个人工工序中有加工较慢，分别设置两个相同的工位同时进行操作，因此本例中包括5个工序、7个工位2。10量移动机器人小车5编号分别为1-10。

该流水线系统设置一个流水线中控平台计算机6，一个无线通讯系统7，流水线中控平台计算机6通过无线通讯网络7与10量移动机器人小车5进行通讯。每个工位2设置有减速、停止和启动三个光电传感器和移动机器人小车5进行信息交互。

流水线中控平台计算机6管理整个流水线的运行及工序的配置，并通过无线通讯系统7与移动机器人小车5进行通讯，每一台移动机器人小车5具备一个通讯地址。

该移动机器人的自动化流水线系统中的无线通讯系统为无线网络方式，实现流水线中控平台计算机6和每一台移动机器人小车5的通讯，流水线中控平台计算机6与无线通讯系统7可以采用有线以太网通讯，也可以采用无线网络通讯，而所有的移动机器人小车5中的机器人控制器包含有无线通讯模块，通过和无线通讯系统7采用无线通信方式连接，实现和流水线中控平台计算机6的信息交换。本例中流水线中控平台计算机6与无线通讯系统7采用有线以太网通讯，整个通讯网络结构如附图3所示。

整个流水线的运行包括运行配置、自动运行与故障处理几种模式。运行配置包括工序的设置、移动机器人小车的配置以及移动机器人小车5的上线操作。

运行配置中首先进行工序的配置，包括本流水线包括的工位数、每个工位2的特征(比如本工位是人工工位还是自动工位，定位精度要求等)、流水线上总的移动机器人小车数、移动机器人小车5的参数(包括运动速度、加速度、减速距离、小车编号等)。移动机器人小车5的配置步骤中，流水线中控平台计算机6通过无线通讯系统7与移动机器人小车5进行通讯，将移动机器人小车5的参数(包括运动速度、加速度、减速距离、小车编号等)发送到移动小车机器人的机器人控制器，实现控制参数的初始化。

未上线时该移动机器人小车5默认的编号为0，采用0号编码和流水线平台计算机6通过无线通讯网络7进行通讯。

上线流程为：当移动机器人小车5达到流水线起始位置时向流水线中控平台计算机6发送初始化到位信息，流水线中控平台计算6收到信息后确认无误，向该移动机器人小车5发送确认信息，并给该移动机器人小车5进行编号，该编号为该移动机器人小车5后续与流水线中控平台计算机6通讯的身份标识，所有移动机器人小车5上线以后移动机器人小车5和流水线中控平台计算机6的通讯中以小车编号进行区分。本发明实例中10辆移动机器人小车5按照上线顺序分别设置其编号为1-10。

在所有移动机器人小车5完成上线操作以后就进入自动运行控制，在该状态下每个小车都是独立控制的，并通过无线通讯系统7与流水线中控平台计算机6实现数据或信息的传递，实时传送移动机器人小车5的位置和故障信息，以及接收控制信号。

最后应当说明的是：以上具体实施方式仅用于以上实施例，仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照上述实施方式对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种基于移动机器人的自动化流水线系统，包括流水线平台和依次设置于流水线平台一侧或两侧的若干个工位；其特征在于，在流水线平台表面沿其长度方向设置条形的移动供电系统的电极；该系统还包括多台自驱动的移动机器人小车，以及流水线中控平台计算机和无线通讯系统；

所述移动机器人小车配置了伺服驱动系统、机器人控制器和移动供电系统的电刷，机器人控制器由其内置的无线通讯模块经无线通讯系统与流水线中控平台计算机实现数据交换；

移动机器人小车与流水线平台之间具有如下的连接关系：

安装在移动机器人小车上的移动供电电刷与设于流水线平台表面的移动供电系统的电极保持紧密接触；且

(1)在流水线平台上设置长齿条，移动机器人小车底部设有与齿条相互啮合的齿轮，齿轮是由伺服驱动系统驱动的；或者，

(2)在流水线平台上设置限位条或限位槽，移动机器人小车底部设有多个车轮，以及与限位条或限位槽相适应的限位结构，车轮是由伺服驱动系统驱动的。

2.根据权利要求1所述的自动化流水线系统，其特征在于，在每个移动机器人小车上设置三个光电传感器，分别是减速传感器、停止传感器和启动传感器，并在每个工位出对应安装三个传感器的触发模块；所述机器人控制器内置能够与光电传感器进行通讯的信号输入模块。

3.根据权利要求1或2所述的自动化流水线系统，其特征在于，所述流水线平台具有上下两层结构，其中上层为工位操作平台，下层为移动机器人小车的返回平台；在流水线平台的起始端和末端各设一个升降台。

4.根据权利要求1或2所述的自动化流水线系统，其特征在于，所述流水线平台是单层平面结构，呈环形首尾相接布置。

5.权利要求1所述自动化流水线系统的运行控制方法，其特征在于，包括：

(1)在流水线中控平台计算机中进行工序配置和参数设置

对流水线的工位数、每个工位的工位特征、移动机器人小车总数、移动机器人小车的运行参数进行设定；然后通过无线通讯系统与各移动机器人小车进行通讯，将移动机器人小车参数发送到各移动机器人小车的机器人控制器，实现移动机器人小车控制参数的初始化；

(2)移动小车上线流程

当未上线的移动小车达到流水线起始位置时，使用默认的小车编号0向流水线中控平台计算机发送初始化到位信息；流水线中控平台计算收到信息后确认无误，向该移动机器人小车发送确认信息，并给该移动机器人小车按照顺序从1开始进行编号，该编号为该移动机器人小车后续与流水线中控平台计算机进行通讯的身份标识，所有移动机器人小车在上线以后的通讯过程中，均以该小车编号进行区分；

(3)自动运行控制

在所有移动机器人小车完成上线操作以后就进入自动运行控制，在该状态下每个移动机器人小车都是独立控制的，并通过无线通讯系统与流水线中控平台计算机实现数据或信息的传递，实时传送移动机器人小车的位置和故障信息，以及接收控制信号。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述移动机器人小车的运行参数包括：运动速度、加速度、减速距离和小车编号、工位参数。