CN110216470A - 一种智能装配方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能装配方法及系统，智能装配方法包括启动预设装配流程，获取所述装配流程的当前装配步骤并识别操作者的当前工作状态特征，根据所述当前装配步骤和当前工作状态特征进行实时动态物料适配。通过上述方法，可以根据装配步骤和当前的工作状态特征，进行实时动态物料适配，主动调配下一步装配所需的物料，从而减轻工作强度及减缓工作疲劳进程，达到提高工作效率和质量的效果。该系统还能对操作过程进行引导及反馈，防止或提醒误操作，该功能也能用于培训操作者。

Description

一种智能装配方法及系统

技术领域

本发明涉及生产技术领域，尤其涉及一种智能装配方法及系统。

背景技术

常见的工作台中主体架构为固定形式，不能满足不同身材和不同习惯的人员的操作需求。不舒适地进行操作，不但降低了工作效率，还容易造成操作人员加速疲劳甚至受伤。

在装配过程中，工作台无法根据操作人员的操作进度主动提供后续的物料，也无法实现大批量定制化生产，导致操作人员的工作效率不高，且通用性不高。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种智能装配方法，以提高装配效率，还能实现大批量定制化装配，提高通用性。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种智能装配方法，包括：

启动预设装配流程；

获取所述装配流程的当前装配步骤并识别操作者的当前工作状态特征；

根据所述当前装配步骤和当前工作状态特征进行实时动态物料适配。

本发明的第二目的在于提供一种智能装配系统，以提高装配效率，还能实现大批量定制化装配，提高通用性。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种智能装配系统，包括：

机架结构，用于动态物料调配；

识别模块，用于识别操作者的当前工作状态特征和身份特征；

控制模块，与所述机架结构和所述识别模块连接，所述控制模块用于根据所述身份特征启动预设装配流程；获取所述装配流程的当前装配步骤；根据所述当前装配步骤和操作者的当前工作状态特征控制所述机架结构进行实时动态物料适配及装配过程引导。

本发明提出的智能装配方法及系统，智能装配方法包括启动预设装配流程，获取所述装配流程的当前装配步骤并识别操作者的当前工作状态特征，根据所述当前装配步骤和当前工作状态特征进行实时动态物料适配。通过上述方法，可以根据装配步骤和当前的工作状态特征，进行实时动态物料适配，主动下一步装配所需的物料，提高装配效率，且能进行相应的引导，减少出错的概率，也减轻了工作强度及减缓工作疲劳进程的效果，从而提高工作效率和质量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的智能装配方法流程图；

图2是本发明实施例提供的结构示意图；

图3是图2的物料配置装置的结构示意图。

图中：

10、控制模块；

1、操作台；

2、物料架；

3、连杆；

4、物料配置装置；41、载物盒；42、传送带；43、带轮。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

参见图2和图3，本发明实施例提供了一种智能装配系统，包括机架结构、识别模块和控制模块10。

机架结构用于动态提供物料，完成物料调配。在本实施例中，机架结构包括操作台1和绕操作台1的周向设置的若干个物料架2，操作台1与物料架2之间的相对位置、相邻物料架2之间的相对位置均可调节。物料架2与操作台1可以为独立的活动单元。比如，操作台1和物料架2均可以在底部设置滚轮和驱动轮，比如可以采用电机带动驱动轮转动，或者是轮毂电机等，从而便于实现操作台1和物料架2移动到相应的位置。当然，操作台1和物料架2各自的移动并不限于上述方式，比如，也可以是在底部纯粹的滚轮，而通过其他的结构比如连杆3等拖拉拽动相应的部件，完成移动。

操作台1和物料架2之间位置的确定，可以通过相应的定位系统，或者是操作台1和物料架2之间的连接结构的位置关系确定，比如连杆3的转动角度和伸出距离等，此处也不做限定。

操作台1和物料架2的位置移动，由控制模块10控制。

在本实施例中，物料架2与操作台1之间通过连杆3连接，连杆3能带动物料架2围绕操作台1做半圆弧运动。操作台1的高度、物料架2的高度均可调节。比如，操作台1的台面和主体结构之间，可以设置纵向的导轨实现纵向滑动，再配合相应的驱动机构，比如电动、气动和液压等驱动机构驱动，此处不作具体限定。当然，可以优先采用电动驱动的方式，以便于较为精确地控制高度的精度。比如，可以通过纵向设置的丝杠螺母机构配合步进电机等调整操作台1的高度，既便于开环控制，不一定需要闭环，也可以利用丝杆螺母机构的自锁功能保持工作台位置不变。当然，物料架2与操作台1之间也可以通过其他结构连接，而不限定于连杆3。此外，物料架2和操作台1之间还可以完全独立，不需要机械结构连接，只需要互相通信，或者是分别与上位机通信即可。

在本实施例中，物料架2安装物料配置装置4。物料配置装置4包括多个载物盒41和与载物盒41连接的传动机构，传动机构能够调节多个载物盒41之间的相对位置。通过物料配置装置4，可根据不同装配需求，自动实时调整不同的物料的位置，能实现多个载物盒41在空间内的任意组合排布。

在本实施例中，多个载物盒41排布成多排，传动机构包括设置在多排载物盒41两侧的传送带42，每排载物盒41均与传送带42连接。通过侧面的带轮43带动传送带42转动，进而带动多排载物盒41作循环圆周运动，即可实现每排载物盒41在纵向位置的变化。每排载物盒41在横向上，也可以通过横向移动机构(图中未示出)调整横向位置，从而实现载物盒41可以移动到合适的位置。当然，这只是物料配置装置4的一种实现方式，物料配置装置4还可以设置为水平旋转，或者用导轨多轴运动、平面电机带动、机械臂摆放等方式实现位置变化。比如，可以在每个载物盒41上连接多自由度的机械手，利用机械手的伸出或缩回带动载物盒41的小范围移动。

总之，机架结构可以通过上述描述的结构，实现操作台1的自动升降，以适配操作者，还可以实现载物盒41的移动，将物料移动到合适的位置，比如移动到操作者身旁，便于操作者取用，实现动态提供物料。

本实施例中的识别模块用于识别操作者的当前工作状态特征和身份特征。识别模块的输入设备可以根据需要识别的信息进行匹配。比如，在本实施例中，识别模块的输入设备可以是摄像头或者图像传感器，以抓取操作者的体态的图片或者视频。识别模块的识别过程可以在识别模块内置的处理器中进行，也可以将数据传输到控制中心等模块中处理。

识别模块还可以包括多种传感器，可以通过(但不限于)视觉(可见光、红外等)、声音、振动、重力、超声波、电场及磁场变化、工具电流和电压信号等采集操作台1、物料架2及操作者的运动及状态信息。

控制模块10与机架结构和识别模块连接，控制模块10用于根据身份特征启动预设装配流程；获取装配流程的当前装配步骤；根据当前装配步骤和操作者的当前工作状态特征控制机架结构进行实时动态物料适配。

控制模块10作为控制中心，其形式可以不限于单纯的控制模块，也可以具有其他的功能，或者以其他的模块形式出现，但是其至少具有控制功能，比如，控制模块10也可以是智能信息处理交互模块。

每个机架结构可以均至少包括一个控制模块10，多个控制模块10之间能够通信。每个控制模块10均与管理系统通讯连接(管理系统可以是总的控制中心，控制模块10为每个模块的控制中心)。通过此种布置，实现多个机架结构协同工作或单独工作。

智能装配系统还可以包括存储模块等。

参加图1，基于上述的智能装配系统，本实施例还提供了一种智能装配方法。

具体包括：

S01：识别操作者的身份特征和获取装配任务；

装配任务是指本次装配的任务目标，比如，需要装配出某个部件，或者某个产品。

获取的途径可以是，显示预存的装配任务，供操作者选择，或者是由操作者根据预设的规则，新建一个装配任务。

身份特征可以是操作者的指纹特征、虹膜特征、声纹特征和体态特征中的一种或多种，或者是其他的一些身份特征，凡是能用来作为不同操作者之间区分的特征即可。

S02：根据身份特征调整装配系统的人体工学适应参数和操作界面。

装配系统的人体工学适应参数可以包括工作台的结构参数，比如工作台的高度、物料配置装置的宽度、高度等等。此处的调整是指物料机台在相应控制程序下的自动调整，比如，可以根据操作者此前自行调整的数据进行调整。如果是新的操作者(指在系统中尚未记录相关信息)，则可以根据操作者的一些体态特征等，给出推荐值进行缺省调整，再依据操作者本次的记录，生成新的人体工学适应参数档案。推荐值可以是根据操作者的身高、体重、躯体各部分大致的长度等进行初步地调整，以匹配操作者的体态特征。

根据身份特征调整装配系统的人体工学适应参数，包括在操作者正式装配前的调整和装配过程中的反馈自适应调整。

在操作者正式装配前的调整即为前述的调整，装配过程中的反馈自适应调整是指，在操作者装配过程中，可以通过摄像头或者图像传感器按照一定频率获取操作者操作时的图片或视频，对操作者的当前状态进行识别，比如识别其体态是否合适，是否会别扭；识别其疲劳度，如果操作者的疲劳度增长很快，可以进行自适应调整物料机台的结构参数，以进一步适配操作者。

操作界面是指，物料机台的用户界面，用于引导操作者选择或者输入相应的信息。

操作界面可以是默认的操作界面，操作者在最初使用时，也可以对其进行适应性调整和保存为历史数据，比如，设置界面的字体大小，左右手操作模式等。操作者下一次使用时可以直接调出相应的适配后的操作界面。

S03：根据身份特征和装配任务启动预设装配流程，具体包括，

S031：将身份特征与预存信息库的用户身份特征进行匹配；

若身份特征与用户身份特征匹配，则按对应的装配任务启动预设装配流程；

若身份特征与用户身份特征不匹配，则将此身份特征作为新数据创建在预存信息库中，并启动装配任务所预设的装配流程，综合操作者的当前操作流程数据存储为对应装配任务下的预设装配流程。

装配任务所预设的装配流程最初预存于系统中，属于默认操作流程。如果操作者为新用户，则将此新用户的身份特征作为新数据创建在预存信息库中，并按照此默认的预设装配流程开始执行，此后在综合操作者的当前操作流程数据存储为对应装配任务下的预设装配流程，比如操作者在操作过程中，对流程的一些调整。

而如果操作者非新用户，则可以直接启动与其对应的装配任务的预设装配流程。

通过上述装配方法，可以对每个操作者的数据进行记录，实现每个操作者的个性化装配流程定制及适配，提升装配效率。

S1：启动预设装配流程；

启动可以由控制中心接受相应的启动信号启动。预设的装配流程可以是预先内置的初始装配流程，或根据用户身份历史数据启动对应的装配流程。

S2：获取装配流程的当前装配步骤并识别操作者的当前工作状态特征；

当前工作状态特征可以包括步态特征、身体状况和动作习惯特征等。比如，操作者当前的姿态或动作等。

S3：根据当前装配步骤和当前工作状态特征进行实时动态物料适配。

进行动态物流适配，可以是对物料供应的速度和位置等进行主动控制，比如，当此装配步骤快完成时，提前将下一步的物料调整到合适的位置。

具体而言，本步骤可以包括：

S31：获取操作者的当前动作信息；

比如，可以通过摄像头或者图像传感器按照一定频率获取操作者操作时的图片或视频，图片或视频中包括了相应的动作信息。

S32：根据当前动作信息获取当前工作状态特征；

可以通过图片的识别算法等，提取出相应的工作状态特征，比如识别出图片里操作者的肢体区域，再匹配其中的体态特征，作为工作状态特征。

S33：根据工作状态特征确认当前装配步骤的执行进度；

比如，可以预先对此装配步骤按照不同的完成进度，设置不同的体态特征，将获取的工作状态特征与预设的体态特征进行比较，确认当前的工作进度。

S34：根据执行进度确定是否执行下一步装配步骤，以控制下一步装配步骤对应的物料至预设位置。

根据执行进度确定是否执行下一步装配步骤，可以预先设置进行下一步的判断标准，比如，可以设置为当前装配进度完成80％(或者其他值)时，即开始执行下一步装配步骤，将下一步装配步骤所需要的物料移动到预设位置。

预设位置可以是靠近操作者的某个位置，具体靠近的程度可以预先设定。比如，可以设置为50cm等。靠近程度可以由距离传感器确定。预设位置也可以是固定的预设位置，比如每次按照同样的轨迹移动到相应的位置即可，也可以是根据其他的条件进行预先设定，比如，根据下一步需要装配的物料，和操作者的体态特征(例如身高、当前步骤的姿态等)，调整到适合操作者方便拿取的位置。

通过上述智能装配方法，根据操作者的工作状态特征进行实时动态物料适配，达到减轻工作强度及减缓工作疲劳进程的效果，从而提高工作效率和质量。此外，由于可以预先设置装配流程，通过定制装配流程，即可实现制化装配。

具体而言，通过工作状态特征确认当前装配步骤的执行进度，再根据执行进度确定是否执行下一步装配步骤，将物料提前准备到合适的位置。可以极大提高装配效率，且避免操作者拿错装配物料或者搞错装配步骤，引导操作者进行正确装配。

此外，还可以根据操作者的动作频繁度进行调整。

在装配过程中，如果需要多次使用同一个零件，则拿取该零件的动作势必会频繁进行，此时可以将该零件的位置调整至便于操作者拿取的地方。

如果操作者多次进行同一个动作，例如操作者多次使用右手拿取零部件，则可以调整相关零部件的位置到操作者的左手附近，便于引导操作者的左手进行拿取作业，防止多次进行一个动作产生的疲劳。

因此，在操作者进行装配操作的过程中，控制模块能够根据当前的动作信息所持续的时间判断操作者是否重复施力，若是，则改变机架结构的当前结构配置。若操作者长时间进行一个动作，例如长时间站立，或者长时间坐着，甚至上述的操作者多次使用右手拿取零部件，此时可以调整机架结构的配置，避免长时间重复操作给操作者带来的重复使力伤害。

此外，还可以根据操作者的健康信息调整机架结构至对应的结构配置。

其中，操作者的健康信息包括操作者的身体健康情况、疲劳程度、精神状态等。若操作者的身体健康出现问题，例如右手有受伤的情况，则提示操作者进行休息，在操作者坚持工作的前提下，可以将物料多分配在操作者的左手处，降低使用右手的频率。若操作者长时间工作，处于过劳状态，则提示操作者进行休息；在操作者坚持工作的前提下，可以将操作者的信息反馈者管理平台，便于进行综合管理。若操作者的精神状态不佳，则提示操作者进行休息。

S4：根据当前装配步骤和当前工作状态特征确认操作者的当前操作是否正确；

具体包括：

S41：确定操作者取放的当前物料信息；

比如，可以通过识别操作者的体态特征，识别出操作者是去取放哪个物料盒的物料，或者是通过检测物料盒内物料的重量变化等，确定操作者取放的物料信息。

S42：将当前物料信息和当前装配步骤的预设物料进行匹配；

S43：根据匹配结果确定操作者的当前操作是否正确。

S431：如果操作者的当前操作不正确则进行操作错误警告；

错误警告可以以显示器显示错误警告、或者是声音提示或者其他方式提示，此处并不作限制。

S432：如果操作者的当前操作正确则进行下一步装配物料提示。

此处下一步装配物流提示，可以是显示器显示、或者是声音提示或者其他方式提示。

通过上述装配方法，还能对操作过程进行引导及反馈，防止或提醒误操作，该功能也能用于培训操作者如何完成装配。指导可以是语音指导或者视频指导，在此不作限制。

若操作者的下一个动作信息与预测的下一个动作信息不符，则对操作者进行误操作提醒，防止误操作导致产品不合格，提高工作效率。其中，误操作提醒可以是语音提醒或者视频提醒，在此不作限制。

此外，该系统还能记录装配过程及操作者信息并同步至后台管理系统，为智能生产管理提供基础。多个智能装配系统间可以根据装配任务进行分工、自组及协同工作，从而掌握操作进度。

控制中心还会利用人工智能技术，对收集的操作者的工作状态特征数据进行学习，实现最优的人机交互性能，让操作者越用越顺手。

后台管理系统还包括可重构拓展模块，通过可重构拓展模块，智能装配系统中的多个操作台1可实现组网协同工作。不仅提高生产效率，还能对生产过程及信息管理的智能化提供基础。

总之，该系统及该装配方法对不同体态特征以及不同操作习惯的操作者进行识别和分析，通过自由度非常高的机架结构进行符合人体工学的最优结构配置，从而减轻工作强度以及减缓疲劳进程。操作过程中，该系统能根据装配步骤，主动进行动态物料配置，从而实现定制化产品的高效率装配。通过对操作者动作进行识别、引导和反馈，可以防止或提醒误操作，该功能也能用于培训操作者。操作者及操作过程的信息会被记录并学习，用于系统自主控制及操作优化。所有信息通过智能信息处理交互模块与后台管理系统进行同步，为智能生产管理提供基础。多个智能系统间可以根据装配任务进行分工、自组及协同工作。

控制模块可以同时对一种或者多种信息进行监控，并综合分析对机架结构进行结构配置。总之，智能装配系统可收集“人(操作人员)-机(工作台)-物(物料)”的运动及状态信息，从而对工作台运行情况、装配进度、物料使用情况、人员工作状态及个性特点等进行监控及分析，并与后台管理系统进行交互。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种智能装配方法，其特征在于，包括：

启动预设装配流程；

获取所述装配流程的当前装配步骤并识别操作者的当前工作状态特征；

根据所述当前装配步骤和当前工作状态特征进行实时动态物料适配。

2.根据权利要求1所述的智能装配方法，其特征在于，所述启动预设装配流程，之前包括：

识别操作者的身份特征和获取装配任务；

根据所述身份特征和装配任务启动预设装配流程。

3.根据权利要求2所述的智能装配方法，其特征在于，所述根据所述身份特征和装配任务启动预设装配流程，之前包括：

根据身份特征调整装配系统的人体工学适应参数和操作界面。

4.根据权利要求1所述的智能装配方法，其特征在于，所述根据所述当前装配步骤和当前工作状态特征进行实时动态物料适配，包括：

获取操作者的当前动作信息；

根据当前动作信息获取当前工作状态特征；

根据所述工作状态特征确认当前装配步骤的执行进度；

根据所述执行进度确定是否执行下一步装配步骤，以控制下一步装配步骤对应的物料至预设位置。

5.根据权利要求4所述的智能装配方法，其特征在于，所述控制下一步装配步骤对应的物料至预设位置，之后包括：

根据所述当前装配步骤和当前工作状态特征确认操作者的当前操作是否正确；

如果操作者的当前操作不正确则进行操作错误警告；

如果操作者的当前操作正确则进行下一步装配物料提示。

6.根据权利要求5所述的智能装配方法，其特征在于，所述根据所述当前装配步骤和当前工作状态特征确认操作者的当前操作是否正确，包括：

确定操作者取放的当前物料信息；

将所述当前物料信息和当前装配步骤的预设物料进行匹配；

根据匹配结果确定操作者的当前操作是否正确。

7.根据权利要求2所述的智能装配方法，其特征在于，所述识别操作者的身份特征包括：

识别操作者的指纹特征、虹膜特征、声纹特征和体态特征中的一种或多种，所述工作状态特征包括步态特征、身体状况和动作习惯特征。

8.根据权利要求2所述的智能装配方法，其特征在于，所述根据所述身份特征和装配任务启动预设装配流程，包括：

将所述身份特征与预存信息库的用户身份特征进行匹配；

若所述身份特征与所述用户身份特征匹配，则按对应的装配任务启动预设装配流程；

若所述身份特征与所述用户身份特征不匹配，则将此身份特征作为新数据创建在预存信息库中，并启动装配任务所预设的装配流程，综合操作者的当前操作流程数据存储为对应装配任务下的预设装配流程。

9.一种智能装配系统，包括：

机架结构，用于动态物料调配；

识别模块，用于识别操作者的当前工作状态特征和身份特征；

控制模块，与所述机架结构和所述识别模块连接，所述控制模块用于根据所述身份特征启动预设装配流程、获取所述装配流程的当前装配步骤和根据所述当前装配步骤和操作者的当前工作状态特征控制所述机架结构进行实时动态物料适配及装配过程引导。

10.根据权利要求9所述的智能装配系统，其特征在于，所述机架结构包括操作台和绕操作台的周向设置的若干个物料架，所述操作台与所述物料架之间的相对位置、相邻所述物料架之间的相对位置均通过驱动机构调节，所述驱动机构由所述控制模块控制驱动。