CN107932481A - 一种复合机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种复合机器人。包括支座、支撑于所述支座的机械臂、设于所述机械臂端部的快换装置及控制装置，所述快换装置包括与所述机械臂端部连接的快换连接部及与所述快换连连接部可分离连接的快换夹具，所述复合机器人还包括设于所述支座的快换平台，所述快换平台包括与所述快换夹具一一对应的多个夹具卡位，所述控制装置控制所述机械臂转动，并控制所述快换连接部与所述夹具卡位上对应的快换夹具连接，或将所述快换连接部上连接的快换夹具放置于对应的所述夹具卡位。本发明提供的复合机器人，将快换平台与机器人集成于一体，使快换动作更精准。本发明还提供一种复合机器人的控制方法。

Description

一种复合机器人及其控制方法

【技术领域】

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种复合机器人及其控制方法。

【背景技术】

随着工业自动化程度的提高，机器人应用越来越广泛，传统机器人末端安装一套固定的电气执行机构，一台机器人完成一个动作。而实际应用中，往往一个工位需要完成多个工序，每个工序配备一台机器人显然浪费成本，将多种电气执行机构都集成于一台机器人末端，不仅使机器人机构庞大，且机器人整体重量重。

因此，在工业运用中，越来越多的采用柔性制造技术。柔性制造是运用机器人和工具快换装置在同一装配线上制造不同的产品。机器人工具夹具快换装置通过对机器人自动更换不同的末端执行器或外围设备，使机器人的应用更具柔性。

相关技术中，多个工具放置于快换平台，且快换平台置于机器人一侧，根据预设的程序控制机器人更换对应的工具。在使用过程中由于地面不平、工作过程中意外移动等因素常会引起快换动作不精确的现象，进而影响机器人工作的精确度。

因此，有必要提供一种新的机器人解决上述技术问题。

【发明内容】

本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种将快换平台与机器人集成于一体，使快换动作更精准的复合机器人。

本发明的技术方案如下：

一种复合机器人，包括支座、支撑于所述支座的机械臂、设于所述机械臂端部的快换装置及控制所述机械臂和快换装置动作的控制装置，所述快换装置包括与所述机械臂端部连接的快换连接部及与所述快换连连接部可分离连接的快换夹具，所述复合机器人还包括集成于所述支座的快换平台，所述快换平台包括与所述快换夹具一一对应的多个夹具卡位，所述控制装置控制所述机械臂转动，并控制所述快换连接部与所述夹具卡位上对应的快换夹具连接，或将所述快换连接部上连接的快换夹具放置于对应的所述夹具卡位。

优选的，所述支座包括支撑座及与所述支撑座连接的立柱，所述快换平台与所述立柱连接，且多个所述夹具卡位可在所述机械臂臂展范围内任意设置。

优选的，所述复合机器人为自主移动式机器人或被动移动式机器人。

优选的，所述复合机器人还包括设于所述支座底部的移动式底盘，所述底盘包括环境特征识别传感器、地图数据库存储单元及底盘控制器，所述环境特征识别传感器用于采集和识别当前的环境数据信息，所述地图数据库存储单元用于存储地图数据，所述底盘控制器用于根据所述环境特征识别传感器识别的数据信息在所述地图数据库中换算得到当前位置，并控制所述底盘带动所述复合机器人到达目标位置，所述底盘控制器与所述控制装置通信连接。

优选的，所述底盘控制器控制所述底盘带动所述复合机器人按照就近原则规划线路到达目标位置。

优选的，所述复合机器人还包括用于识别所述快换夹具所需夹取目标工件的物理参数的识别装置，所述识别装置与所述控制装置通信连接，所述控制装置根据所述目标工件的物理参数控制所述快换连接部与所述夹具卡位上对应的快换夹具连接。

优选的，所述控制装置控制所述快换连接部按照点位轨迹与对应的所述快换夹具连接。

优选的，所述识别装置包括读取单元，所述读取单元包括扫描仪或摄像头。

优选的，所述快换平台位于所述识别装置的识别范围内。

本发明还提供一种复合机器人的控制方法。所述复合机器人的控制方法，包括如下步骤：

步骤S1：控制所述复合机器人到达目标位置；

步骤S2：所述机械臂获取所述复合机器人的到位信号，并将所述到位信号发送至所述控制装置；

步骤S3：所述控制装置根据所述到位信号，启动与到位信号目标点特征信息对应的机械臂控制程序，控制所述机械臂带动所述快换连接部动作，并与所述快换平台上对应的快换夹具连接；

步骤S4：所述控制装置控制所述机械臂带动所述快换装置完成设定动作。

与现有技术相比，本发明提供的复合机器人及其控制方法，有益效果在于：

一、本发明提供的复合机器人，将快换平台与机器人集成于一体，使放置于所述快换平台的快换夹具位于机器人机械臂的有效工作空间内，可有效的消除因地面不平整、工作过程中意外移动等因素引起的快换动作不精准现象，使机器人真正实现精准快换。

二、本发明提供的复合机器人，所述支座包括支撑座及与所述支撑座连接的立柱，所述快换平台与所述立柱连接，使快换平台设于机器人腰身，机器人的占地小、结构紧凑，且能保证位于机械臂的工作范围内，可降低对于机械臂工作行程的设计要求，适用范围广。

三、本发明提供的复合机器人，将快换平台与机器人集成于一体，可有效避免其他因素造成的位置不精准问题，在预设机器人控制程序时，可省略位置校正、纠偏等程序，程序简单易操作。

四、本发明提供的复合机器人，通过识别装置识别快换夹具所需夹具的目标工件的物理参数，与计算机程序结合，进一步提高机器人的操作精确度。

五、本发明提供的复合机器人，为自主移动式机器人或被动移动式机器人，所述复合机器人的底盘包括环境特征识别传感器、地图数据库存储单元及底盘控制器，所述环境特征识别传感器用于采集和识别当前的环境数据信息，所述地图数据库存储单元用于存储地图数据，所述底盘控制器用于根据所述环境特征识别传感器识别的数据信息在所述地图数据库中换算得到当前位置，并控制所述底盘带动所述复合机器人到达目标位置。通过设置移动式底盘，使所述复合机器人智能化地完成不同工序的工作，更利于流水线作业。

【附图说明】

图1为本发明提供的复合机器人的结构示意图；

图2为本发明提供的复合机器人的部分结构示意图；

图3为本发明提供的复合机器人的控制方法的流程示意图。

【具体实施方式】

下面将结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请结合参阅图1，本发明提供的复合机器人的结构示意图。所述复合机器人100包括支座11、机械臂12、快换装置13、快换平台14、控制装置15、识别装置16、显示装置18。

所述支座11用于支撑所述机械臂12，为所述机械臂12提供稳固支撑。所述机械臂12可与所述支座11直接固定连接，也可以为间接连接，以能实现支撑机械臂12在工作过程中不晃动为前提。

本实施方式中，所述支座11包括支撑座111和与所述支撑座111连接的立柱112，所述支撑座111可与地面接触，起主要支撑作用；所述立柱112设于所述支撑座111中间，用于与所述机械臂12连接，所述立柱112呈圆柱或方形立柱。

除了上述实施方式外，所述支座11可以为其他形状，如整体呈柱形，只需其能满足支撑所述机械臂12且与机械臂方便连接即可。

所述机械臂12包括固定底座121及与所述固定底座121一端连接的伸展臂122，其中所述固定底座121与所述支座11连接，所述伸展臂122以所述固定底座121的轴线为旋转轴转动。

本实施方式中，所述机械臂12为四轴机械臂、五轴机械臂、六轴机械臂或七轴机械臂中的一种，优选为六轴机械臂或七轴机械臂，其运行更灵活，能满足更复杂的工作要求。当然，所述机械臂12并不仅限于上述类型的机械臂，还有为其他轴机械臂。

所述机械臂12的结构及工作原理可参考传统机器人的机械臂，在此不做赘述。

所述快换装置13设于所述伸展臂122的末端，所述机械臂12的各个关节转动，从而带动所述快换装置13跟随所述机械臂12的末端形成自由移动和转动动作。其中所述伸展臂122的末端为所述伸展臂122远离所述固定底座121的一端。

所述快换装置13包括快换连接部131和快换夹具132，所述快换夹具132用于完成具体的操作动作，如目标工件抓取或释放。其中所述快换连接部131与所述伸展臂122固定或可拆卸连接，所述快换连接部131与所述快换夹具132通过气动、电动或磁吸方式可分离连接。

为了加强所述快换连接部131与所述快换夹具132连接时的稳固性，在两者的连接处设置有互相配合连接的卡合件(未标号)，如卡槽与凸块配合。

需要说明的是，所述快换连接部131与所述快换夹具132之间还通过探针连接器(未图示)实现电路通断。所述探针连接器的公头和母头接触时，所述快换连接部131与所述快换夹具132之间形成通路，当所述快换连接部131与所述快换夹具132分离时，探针连接器的公头和母头脱离，所述快换连接部131与所述快换夹具132之间断路。

所述快换平台14设于所述支座11，即与所述支座11集成于一体，且位于所述机械臂12的操作范围内。

所述快换平台14包括多个夹具卡位141，所述夹具卡位141与需要使用的所述快换夹具132一一对应，即不相同的快换夹具132对应不同形状、大小的夹具卡位141。实际应用中，可将快换夹具与夹具卡位进行编号处理，使快换夹具与夹具卡位的编号配对且一一对应，实际使用时，该编号还与工位对应，以上对应方式均通过示教编程的方式保存于控制装置15内，也可以随时更新该程序。

使用时，如需对应的所述快换夹具132与所述快换连接部131连接，则由所述机械臂12带动所述快换连接部131移动和转动，使所述快换连接部131到达所述快换平台14对应的所述夹具卡位141位置，并通过气动、电动或磁吸方式使所述快换连接部131与所述快换夹具132连接；如需将所述快换连接部131已连接的所述快换夹具132放置于所述快换平台14，则由所述机械臂12带动所述快换装置13动作，使所述快换装置13到达所述快换平台14对应的所述夹具卡位141位置，通过断电、断气、断磁等方式，使所述快换夹具132与所述快换连接部131分离，将所述快换夹具132放置于该对应的夹具卡位141。

或再重复以上方式，机械臂12重新与需要的快换夹具132对接。

所述快换平台14可以集成于所述支座11的所述支撑座111上。优选的，所述快换平台14集成于所述支座11的所述立柱112，即所述快换平台14与所述立柱112连接，优选的，所述快换平台14与所述立柱112的上端部连接，且所述机械臂12的所述固定底座121固定于所述快换平台上。优选的，所述快换平台14与工位工作台(未图示)高度一致。

多个所述夹具卡位141可在所述机械臂12臂展范围内任意设置；优选为多个所述夹具卡位141环绕所述立柱112设置。通过将所述快换平台14集成于所述立柱112，使所述快换平台14设于机器人腰身，机器人的占地小、结构紧凑，且能保证位于所述机械臂12的工作范围内，可降低对于机械臂工作行程的设计要求，适用范围广。

除上述实施方式外，所述快换平台14还可以集成于所述立柱112的其他位置，如所述立柱112的中部，对应的，所述固定底座121与所述立柱112的端部连接。

所述控制装置15根据事先预设的程序控制所述机械臂12和所述快换装置13动作，其中包括：控制所述机械臂12带动所述快换装置13到达目标工件存放位置处，控制所述快换装置13抓取所述目标工件放置到所需工序，完成目标工件与工序的衔接工作；控制所述机械臂12带动所述快换连接部131到达所述快换平台14上对应的快换夹具132处，并控制所述快换连接部131与对应的快换夹具132连接；控制所述机械臂12带动所述快换装置13到达所述快换平台14上的指定位置，并控制所述快换连接部131与所述快换夹具132分离。

请结合参阅图2，为本发明提供的复合机器人的部分结构示意图。所述控制装置15包括通信连接的快换数据存储单元151和机械臂控制器152，所述快换数据存储单元151用于存储目标工件、快换夹具、夹具卡位和点位轨迹的参数；所述机械臂控制器152接收所述存储单元的信息，并发出控制指令，使所述机械臂12和所述快换装置13动作。

所述识别装置16与所述控制装置15通信连接，用于识别所述快换夹具132所需夹取目标工件的物理参数、所述夹具参数以及所述快换平台14上的夹具卡位参数，所述目标工件、所述夹具以及所述夹具卡位均包括编号、位置等信息。

所述控制装置15接收所述识别装置16发送的数据参数后，所述控制装置15首先将目标工件的物理参数与所述控制装置15内预存的工件类型对应，并由所述预存工件类型配对所需的夹具参数，如当前所述快换夹具132的参数与所述所需的夹具参数一致，则所述控制装置15控制所述机械臂12和所述快换夹具132执行预定的动作，完成工序操作；如当前夹具参数和所需夹具参数不一致，则所述控制装置15控制所述机械臂12和所述快换夹具132将所述快换夹具132放置到所述快换平台14对应的夹具卡位141，然后再控制所述机械臂12移动到与所述所需夹具参数对应的所述快换平台14的夹具卡位换取所述所需的快换夹具132，最后控制所述机械臂12和所述快换夹具132执行预定的动作，完成工序操作，所述对应关系为一一对应的唯一关系。

优选的，所述控制装置15控制所述快换连接部131按照点位轨迹与对应的所述快换夹具连接。需要说明的是，点位轨迹是通过编程控制机械臂末端的运动轨迹，为事先设定。

所述识别装置16设于所述机械臂12末端，可随所述机械臂12的转动到达所述机械臂12运动范围内的任意位置及任意姿态，实现在设定范围内以任意位置和姿态对目标工件进行识别。通过所述识别装置16识别快换夹具所需夹具的目标工件的物理参数和所述快换平台上的快换夹具的物理参数，并与计算机程序结合，进一步提高机器人的操作精确度。

所述显示装置18设于所述伸展臂122，且可绕所述固定底座121转动，实现360度无死角面向操作者。所述显示装置18除了包括操作显示界面，还可以包括另一读取单元(未标号)，同理，该读取单元包括扫描仪或摄像头。所述显示装置18可随所述快换夹具132的位置自主转动，所述读取单元可实时监控当前所述快换夹具132的位置信息和运行状况，同时可识别和判断所述机械臂12运动范围内的障碍信息，所述位置信息、运行状况和障碍信息可在所述显示装置18实时显示。

为提高所述复合机器人100的智能化，使所述复合机器人能智能化地完成不同工序的工作，优选的，将所述复合机器人设计为自主移动式机器人或被动移动式机器人。更进一步优选的方案为自主移动式机器人。

请再次结合图2，该技术方案中，所述复合机器人还包括设于所述支座11底部的移动式底盘17，所述底盘17包括环境特征识别传感器171、地图数据库存储单元172及底盘控制器173，其中所述环境特征识别传感器171用于采集和识别当前的环境数据信息；所述地图数据库存储单元172用于存储地图数据，包括所述复合机器人工作的多个工序的地图数据；所述底盘控制器173用于根据所述环境特征识别传感器识别的数据信息在所述地图数据库中换算得到当前位置，并控制所述底盘带动所述复合机器人到达目标位置。所述底盘控制器173与所述控制装置15通过有线或无线通讯方式接收或发送指令，如：所述控制装置15发送动作完成指令给底盘控制器173；所述底盘控制器173将所述复合机器人的到位信号发送至所述控制装置15。优选的，所述底盘控制器173与所述控制装置15之间采用有线通讯方式。

基于所述复合机器人100，本发明还提供一种复合机器人的控制方法。

请结合参阅图3，为本发明提供的复合机器人的控制方法的流程示意图。复合机器人的控制方法，包括如下步骤：

步骤S1：所述复合机器人到达目标位置；

具体的，所述环境特征识别传感器171采集和识别当前的环境数据，所述底盘控制器173根据所述环境特征识别传感器171识别的数据信息在所述地图数据库中换算得到当前位置，并控制所述底盘带动所述复合机器人到达目标位置；

优选的，所述底盘控制器173控制所述底盘带动所述复合机器人100按照就近原则规划线路到达目标位置；

所述底盘17按规划的行走路径和策略移动到目标点，到达后所述底盘控制器173给所述机械臂12发送到位指令，所述到位信号附带当前目标点的特征信息；

步骤S2：所述机械臂获取所述复合机器人的到位信号，并将所述到位信号发送至所述控制装置；

步骤S3：所述控制装置根据所述到位信号，启动与到位信号目标点特征信息对应的机械臂控制程序，控制所述机械臂带动所述快换连接部动作，并与所述快换平台上对应的快换夹具连接；

具体的，将工序、目标工件、快换夹具、快换平台上的夹具卡位对应编号，如工序a与目标工件a、快换夹具a和夹具卡位a一一对应；同时将编号信息进行存储；

所述识别装置16识别目标工件的特征和编号，并发送至所述控制装置，所述快换数据存储单元151根据对应的目标工件的编号调取对应的快换夹具和点位轨迹；并将调取结果反馈至所述控制器，所述机械臂控制器152控制所述机械臂12动作，从而带动所述快换连接部131按照预设的点位轨迹与所述快换平台上对应夹具卡位的快换夹具连接；

其中，当所述快换将连接部131连接有与目标工件编号不匹配的快换夹具132时，首先控制所述快换连接部131将该快换夹具132放置于所述快换平台14上对应的夹具卡位；然后控制所述快换连接部131与匹配的快换夹具132连接并导通电路；

步骤S4：所述控制装置控制所述机械臂带动所述快换装置完成设定动作；

具体的，所述机械臂控制器152控制所述机械臂12及所述快换装置13运动，使所述快换夹具132运动至目标工件处，控制所述快换夹具132夹取所述目标工件；

所述机械臂控制器152控制所述快换夹具132夹取所述目标工件完成一个目标工件的转运工作。

为了说明所述复合机器人的连续工作流程，本实施方式中还提供所述复合机器人完成一个设定动作后，与下一个设定动作衔接的操作流程。

步骤S5：所述控制装置向所述底盘发送完成指令，并将所述完成指令发送至所述底盘控制器；

具体的，所述控制装置15向所述底盘17发送完成指令，由所述底盘的获取单元获取所述完成指令，并发送至所述底盘控制器；所述完成指令包含当前目标点的特征信息；

步骤S6：所述底盘控制器重新规划下一个目标点的行走路径和策略并执行至下一目标点。

与现有技术相比，本发明提供的复合机器人及其控制方法，有益效果在于：

一、本发明提供的复合机器人，将快换平台与机器人集成于一体，使放置于所述快换平台的快换夹具位于机器人机械臂的有效工作空间内，可有效的消除因地面不平整、工作过程中意外移动等因素引起的快换动作不精准现象，使机器人真正实现精准快换。

二、本发明提供的复合机器人，所述支座包括支撑座及与所述支撑座连接的立柱，所述快换平台与所述立柱连接，使快换平台设于机器人腰身，机器人的占地小、结构紧凑，且能保证位于机械臂的工作范围内，可降低对于机械臂工作行程的设计要求，适用范围广。

三、本发明提供的复合机器人，将快换平台与机器人集成于一体，可有效避免其他因素造成的位置不精准问题，在预设机器人控制程序时，可省略位置校正、纠偏等程序，程序简单易操作。

四、本发明提供的复合机器人，通过识别装置识别快换夹具所需夹具的目标工件的物理参数，与计算机程序结合，进一步提高机器人的操作精确度。

五、本发明提供的复合机器人，为自主移动式机器人或被动移动式机器人，所述复合机器人的底盘包括环境特征识别传感器、地图数据库存储单元及底盘控制器，所述环境特征识别传感器用于采集和识别当前的环境数据信息，所述地图数据库存储单元用于存储地图数据，所述底盘控制器用于根据所述环境特征识别传感器识别的数据信息在所述地图数据库中换算得到当前位置，并控制所述底盘带动所述复合机器人到达目标位置。通过设置移动式底盘，使所述复合机器人智能化地完成不同工序的工作，更利于流水线作业。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合机器人，包括支座、支撑于所述支座的机械臂、设于所述机械臂端部的快换装置及控制所述机械臂和快换装置动作的控制装置，所述快换装置包括与所述机械臂端部连接的快换连接部及与所述快换连连接部可分离连接的快换夹具，其特征在于，所述复合机器人还包括集成于所述支座的快换平台，所述快换平台包括与所述快换夹具一一对应的多个夹具卡位，所述控制装置控制所述机械臂转动，并控制所述快换连接部与所述夹具卡位上对应的快换夹具连接，或将所述快换连接部上连接的快换夹具放置于对应的所述夹具卡位。

2.根据权利要求1所述的复合机器人，其特征在于，所述支座包括支撑座及与所述支撑座连接的立柱，所述快换平台与所述立柱连接，且多个所述夹具卡位可在所述机械臂臂展范围内任意设置。

3.根据权利要求1所述的复合机器人，其特征在于，所述复合机器人为自主移动式机器人或被动移动式机器人。

4.根据权利要求1所述的复合机器人，其特征在于，所述复合机器人还包括设于所述支座底部的移动式底盘，所述底盘包括环境特征识别传感器、地图数据库存储单元及底盘控制器，所述环境特征识别传感器用于采集和识别当前的环境数据信息，所述地图数据库存储单元用于存储地图数据，所述底盘控制器用于根据所述环境特征识别传感器识别的数据信息在所述地图数据库中换算得到当前位置，并控制所述底盘带动所述复合机器人到达目标位置，所述底盘控制器与所述控制装置通信连接。

5.根据权利要求4所述的复合机器人，其特征在于，所述底盘控制器控制所述底盘带动所述复合机器人按照就近原则规划线路到达目标位置。

6.根据权利要求1所述的复合机器人，其特征在于，所述复合机器人还包括用于识别所述快换夹具所需夹取目标工件的物理参数的识别装置，所述识别装置与所述控制装置通信连接，所述控制装置根据所述目标工件的物理参数控制所述快换连接部与所述夹具卡位上对应的快换夹具连接。

7.根据权利要求6所述的复合机器人，其特征在于，所述控制装置控制所述快换连接部按照点位轨迹与对应的所述快换夹具连接。

8.根据权利要求6所述的复合机器人，其特征在于，所述识别装置包括读取单元，所述读取单元包括扫描仪或摄像头。

9.根据权利要求6所述的复合机器人，其特征在于，所述快换平台位于所述识别装置的识别范围内。

10.一种权利要求1-9中任一项所述的复合机器人的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

控制所述复合机器人到达目标位置；

所述机械臂获取所述复合机器人的到位信号，并将所述到位信号发送至所述控制装置；

所述控制装置根据所述到位信号，启动与到位信号目标点特征信息对应的机械臂控制程序，控制所述机械臂带动所述快换连接部动作，并与所述快换平台上对应的快换夹具连接；

所述控制装置控制所述机械臂带动所述快换装置完成设定动作。