CN111843981A - 一种多机器人协同装配系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多机器人协同装配系统和方法。所述的系统包括：上料输送线、下料输送线、第一机器视觉系统、第二机器视觉系统、工控机、至少两个分拣机器人以及一个装盒机器人；所述工控机分别与所述第一机器视觉系统、所述第二机器视觉系统、所述至少两个分拣机器人、所述装盒机器人信号连接。本发明技术方案，自动化程度高，占地较少，能够灵活适用多种数码产品的装盒操作，尤其适用于比较复杂的装盒操作应用场景。

Description

一种多机器人协同装配系统和方法

技术领域

本发明涉及自动化生产及装配技术领域，尤其是涉及一种多机器人协同装配系统和方法

背景技术

目前，手机等3C数码产品(即计算机、通信类、消费类电子产品的合称，也称之为信息家电)由于其使用方便、功能强大的特点，越来越受到人们的欢迎，其产量也节节攀升。

在产品生产过程中，3C数码产品都需要进行一个装盒的过程。在传统技术中，3C数码产品的装盒操作大多由人工完成，效率低下，随着市场的发展，生产厂家迫切需要一种占地小、自动化程度高、可灵活切换产品的打包装盒解决方案。

发明内容

有鉴于此，有必要针对前述的问题，提供一种多机器人协同装配系统和方法，其自动化程度高，占地较少，能够灵活适用多种数码产品的装盒操作，尤其适用于比较复杂的装盒操作应用场景。

一种多机器人协同装配系统，包括：上料输送线、下料输送线、第一机器视觉系统、第二机器视觉系统、工控机、至少两个分拣机器人以及一个装盒机器人；所述工控机分别与所述第一机器视觉系统、所述第二机器视觉系统、所述至少两个分拣机器人、所述装盒机器人信号连接；

所述上料输送线，用于输送被任意放置在其上的待装盒电子产品的各类零部件；所述第一机器人视觉系统，设置于所述上料输送线的上方，用于采集所述上料输送线所传输的零部件的图像，并发送至所述工控机，以供所述工控机基于机器视觉算法获取对应的识别结果，所述识别结果包括零部件的种类、位置、姿态、颜色和速度信息；所述工控机，还用于根据所述识别结果，为所述至少两个分拣机器人以及所述装盒机器人制定任务规划，向所述至少两个分拣机器人以及所述装盒机器人发送控制指令；所述至少两个分拣机器人用于抓取不同的零部件进行姿态调整，并将调整后的零部件传递给所述装盒机器人；所述装盒机器人，用于在设置于所述装盒机器人上方的所述第二机器视觉系统采集图像的监督下完成正确装盒，并将完成装盒的电子产品放置于所述下料输送线上，以供输送所述电子产品。

所述上料输送线和所述下料输送线平行反向排列，所述至少两个分拣机器人排列在所述上料输送线的一侧，所述装盒机器人设置在所述下料输送线的一侧；所述多机器人协同装配系统呈岛式结构。

任一所述分拣机器人与所述装盒机器人的工作区域相重叠。

所述分拣机器人与所述装盒机器人的末端均设置有能对待装盒电子产品的各类零部件进行抓取、旋转、固定或安装操作的末端执行器。

所述系统包括网络交换机；所述工控机通过所述网络交换机与所述第一机器视觉系统、所述第二机器视觉系统、所述至少两个分拣机器人、所述装盒机器人信号连接，以分别进行独立无冲突的数据传输。

所述系统还包括第二装盒机器人以及相配合的第三机器视觉系统；所述第二装盒机器人、所述第三机器视觉系统与所述工控机相连接；所述第二装盒机器人设置于所述下料输送线的一侧，所述第三机器视觉系统设置于其上方；任一分拣机器人的工作区域与任一装盒机器人的工作区域相重叠。

一种多机器人协同装配方法，包括：

通过上料输送线输送被任意放置在其上的待装盒电子产品的各类零部件；

利用第一机器视觉系统采集零部件的图像，并发送至工控机；

工控机基于机器视觉算法获取对应的识别结果，所述识别结果包括零部件的种类、位置、姿态、颜色和速度信息；

工控机根据识别结果，为至少两个分拣机器人以及装盒机器人制定任务规划，向至少两个分拣机器人以及装盒机器人发送相应的控制指令；

至少两个分拣机器人抓取不同的零部件进行姿态调整，并将调整后的零部件传递给装盒机器人；

装盒机器人在第二机器视觉系统采集图像的监督下完成正确装盒，并将完成装盒的电子产品放置于下料输送线上；

下料输送线传输电子产品。

任一分拣机器人与所述装盒机器人的工作区域相重叠。

所述工控机根据识别结果，为至少两个分拣机器人以及装盒机器人制定任务规划的步骤，包括：

所述工控机根据上料零部件的位置、方向和种类，根据生产需求和节拍以及无碰撞的避障要求，为至少两个分拣机器人以及装盒机器人制定基于多机无碰撞算法的任务规划。

所述方法还包括：引入更多的装盒机器人以及对应的机器视觉系统，以提高产品装盒效率。

本发明提供的多机器人协同装配系统和方法，自动化程度高，占地较少，能够灵活适用多种数码产品的装盒操作，尤其适用于比较复杂的装盒操作应用场景。

附图说明

图1是本发明一个优选实施例的多机器人协同装配系统的结构示意图；

图2是本发明一个优选实施例的多机器人协同装配方法的流程示意图；

图3是本发明一个优选实施例的多机无碰撞算法的任务规划的算法流程示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种多机器人协同装配系统，包括：上料输送线、下料输送线、第一机器视觉系统、第二机器视觉系统、工控机、至少两个分拣机器人以及一个装盒机器人；工控机分别与第一机器视觉系统、第二机器视觉系统、至少两个分拣机器人、装盒机器人信号连接；所述上料输送线，用于输送被任意放置在其上的待装盒电子产品的各类零部件；所述第一机器人视觉系统，设置于所述上料输送线的上方，用于采集所述上料输送线所传输的零部件的图像，并发送至所述工控机，以供所述工控机基于机器视觉算法获取对应的识别结果，所述识别结果包括零部件的种类、位置、姿态、颜色和速度信息；所述工控机，还用于根据所述识别结果，为所述至少两个分拣机器人以及所述装盒机器人制定任务规划，向所述至少两个分拣机器人以及所述装盒机器人发送控制指令；所述至少两个分拣机器人用于抓取不同的零部件进行姿态调整，并将调整后的零部件传递给所述装盒机器人；所述装盒机器人，用于在设置于所述装盒机器人上方的所述第二机器视觉系统采集图像的监督下完成正确装盒，并将完成装盒的电子产品放置于所述下料输送线上，以供输送所述电子产品。

在本发明的实施例中，所述上料输送线和所述下料输送线平行反向排列，所述至少两个分拣机器人排列在所述上料输送线的一侧，所述装盒机器人设置在所述下料输送线的一侧；所述多机器人协同装配系统呈岛式结构。由此可以减少用地空间，节约空间成本。

本实施例中，任一所述分拣机器人与所述装盒机器人的工作区域相重叠。所述分拣机器人与所述装盒机器人的末端均设置有能对待装盒电子产品的各类零部件进行抓取、旋转、固定或安装操作的末端执行器。

具体的，本实施例中的所述系统包括网络交换机；所述工控机通过所述网络交换机与所述第一机器视觉系统、所述第二机器视觉系统、所述至少两个分拣机器人、所述装盒机器人信号连接，以分别进行独立无冲突的数据传输。

在本发明的一个实施例中提供了一种多机器人协同装配方法，包括：

通过上料输送线输送被任意放置在其上的待装盒电子产品的各类零部件；

利用第一机器视觉系统采集零部件的图像，并发送至工控机；

工控机基于机器视觉算法获取对应的识别结果，所述识别结果包括零部件的种类、位置、姿态、颜色和速度信息；

工控机根据识别结果，为至少两个分拣机器人以及装盒机器人制定任务规划，向至少两个分拣机器人以及装盒机器人发送相应的控制指令；

至少两个分拣机器人抓取不同的零部件进行姿态调整，并将调整后的零部件传递给装盒机器人；

装盒机器人在第二机器视觉系统采集图像的监督下完成正确装盒，并将完成装盒的电子产品放置于下料输送线上；

下料输送线传输电子产品。

具体的，任一分拣机器人与所述装盒机器人的工作区域相重叠。所述工控机根据上料零部件的位置、方向和种类，根据生产需求和节拍以及无碰撞的避障要求，为至少两个分拣机器人以及装盒机器人制定基于多机无碰撞算法的任务规划。

本发明提供的多机器人协同装配系统和方法，自动化程度高，占地较少，能够灵活适用多种数码产品的装盒操作，尤其适用于比较复杂的装盒操作应用场景。

下面参见图1至图3，在本发明的一个优选实施例中对本发明进一步的说明。

如图1所示，本优选实施例中的系统是一种岛式结构的多机器人工作站，包括：机器人11、12、13、14、15共5台，机器视觉系统21、22共2套，上料输送线和下料输送线具体为带式输送机31、32共2台，欲装盒物料41，可以但不限于包括手机、包装盒、充电器、数据线、耳机。本优选实施例的多机器人工作站，还包含有网络交换机、连接线缆、工控机及其他需要用到的工业常用零件，这些设备或零件并未在图中画出。

整体工作流程如图2所示：所要装盒的各零件由输送线31上料，可以为任意的位置、方向、顺序，在输送过程中首先经过机器视觉系统21，零件的图像信息被不断拍摄采集后经以太网发送给工控机，工控机中的机器视觉算法对图像计算分析后得到零件的位置、姿态、种类和颜色等信息，再进一步根据多机无碰撞任务规划，分别发送抓取指令到各台分拣机器人，分拣机器人11、12、13、14按指令跟踪并拾取在上料输送线31上移动的物料41，然后将物料直接传递给装盒机器人15，机器人15在视觉系统22的引导监督下装盒，完成后由下料输送线32运出工作站，结束一次工作循环。

所述机器人即工业机器人、机械臂，也包含为工业场景设计的“协作机器人”等类似装备，一般由机械本体、控制器和示教器组成。本体可以动作，末端安装有夹具，可以夹持或吸取物体；控制器可驱动电机以使本体动作，有以太网与外部连接，可接受工控机发送的信息，根据接收信息的完成指定操作。

更具体地，机器人11、12、13、14为单臂机器人，用于分拣上料，其末端根据欲拾取物料的不同安装有相应的夹爪或吸盘，机器人15为双臂协作机器人，其末端同时安装有夹爪和吸盘，可以灵活地移动物料放入包装盒中。

更具体地，对于机器人11、12、13、14，当其控制器接收到指令消息后，立即驱动本体移动使末端夹具移动至欲拾取零件上方并跟随上料输送线31同步运动，然后立即驱动夹具拾取零件，拾取成功后再向装盒下料机器人15移动至指定点位，同时机器人15将会接收到物料到位消息，立即移动至指定点位，接过上料机器人传来的零件，然后进行装盒操作；

所述视觉系统21、22可以对物料按要求拍摄，获取的图像信息经由以太网传输至工控机。

更具体地，视觉系统21包括工业相机、面光源、遮光板和支架等零部件，视觉系统22包括工业相机和支架。工业相机、光源和遮光板均牢固地固定在支架上，工业相机镜头对准输送线拍摄所经过的物料，光源以适当距离和角度照射到相机视场以保证光线均匀、强度合适，遮光板在视场外围以阻挡外来杂光造成的干扰。

更具体地，视觉系统21拍摄上料输送线31入口，以获取上料物品信息，视觉系统22拍摄装配机器人，以获取正在装盒的物料信息。

所述输送线31、21均为带式输送机，可以承载运送多种不同零件，由伺服电机驱动，其位移和速度稳定可调，且配备有编码器可反馈其实际运行位移和速度至机器人。

更具体地，输送线31为上料输送线，移动方向在图1中由左上至右下，将待装盒的物料输送进站，32为下料输送线，移动方向在图1中由右下至左上，将已装盒好的产品输送出站。

所述网络交换机同时连通上述机器人、工业相机和工控机等各终端，使其相互之间都能无冲突地高速传输数据。

所述工控机为工业PC机，通过网络交换机的连接，可以接受视觉系统发送的图像进行处理后发送指令消息到各机器人。

更具体地，工控机得到上料零件的位置、方向和种类，根据生产需求和节拍以及无碰撞的避障要求，经过程序计算后分别发送指令到各台机器人完成规划动作。

所述机器视觉算法，可以根据已有的物体模板在图像中寻找是否存在该物体并得出其位置姿态信息。

所述多机无碰撞任务规划如图3所示，当检测到物料后，首先检查对应的分拣上料机器人是否正在工作，若是，则等待、再检查；若否，则检查欲移动的轨迹区域是否可用，若是，则发送指令让机器人执行分拣上料动作；若否，则等待、再检查。然后顺序执行下面的装盒下料操作，一个工作循环完成。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多机器人协同装配系统，其特征在于，包括：上料输送线、下料输送线、第一机器视觉系统、第二机器视觉系统、工控机、至少两个分拣机器人以及一个装盒机器人；所述工控机分别与所述第一机器视觉系统、所述第二机器视觉系统、所述至少两个分拣机器人、所述装盒机器人信号连接；

所述上料输送线，用于输送被任意放置在其上的待装盒电子产品的各类零部件；所述第一机器人视觉系统，设置于所述上料输送线的上方，用于采集所述上料输送线所传输的零部件的图像，并发送至所述工控机，以供所述工控机基于机器视觉算法获取对应的识别结果，所述识别结果包括零部件的种类、位置、姿态、颜色和速度信息；所述工控机，还用于根据所述识别结果，为所述至少两个分拣机器人以及所述装盒机器人制定任务规划，向所述至少两个分拣机器人以及所述装盒机器人发送控制指令；所述至少两个分拣机器人用于抓取不同的零部件进行姿态调整，并将调整后的零部件传递给所述装盒机器人；所述装盒机器人，用于在设置于所述装盒机器人上方的所述第二机器视觉系统采集图像的监督下完成正确装盒，并将完成装盒的电子产品放置于所述下料输送线上，以供输送所述电子产品。

2.根据权利要求1所述的多机器人协同装配系统，其特征在于，所述上料输送线和所述下料输送线平行反向排列，所述至少两个分拣机器人排列在所述上料输送线的一侧，所述装盒机器人设置在所述下料输送线的一侧；所述多机器人协同装配系统呈岛式结构。

3.根据权利要求1或2所述的多机器人协同装配系统，其特征在于，任一所述分拣机器人与所述装盒机器人的工作区域相重叠。

4.根据权利要求3所述的多机器人协同装配系统，其特征在于，所述分拣机器人与所述装盒机器人的末端均设置有能对待装盒电子产品的各类零部件进行抓取、旋转、固定或安装操作的末端执行器。

5.根据权利要求3所述的多机器人协同装配系统，其特征在于，所述系统包括网络交换机；所述工控机通过所述网络交换机与所述第一机器视觉系统、所述第二机器视觉系统、所述至少两个分拣机器人、所述装盒机器人信号连接，以分别进行独立无冲突的数据传输。

6.根据权利要求2所述的多机器人协同装配系统，其特征在于，所述系统还包括第二装盒机器人以及相配合的第三机器视觉系统；所述第二装盒机器人、所述第三机器视觉系统与所述工控机相连接；所述第二装盒机器人设置于所述下料输送线的一侧，所述第三机器视觉系统设置于其上方；任一分拣机器人的工作区域与任一装盒机器人的工作区域相重叠。

7.一种多机器人协同装配方法，其特征在于，包括：

通过上料输送线输送被任意放置在其上的待装盒电子产品的各类零部件；

利用第一机器视觉系统采集零部件的图像，并发送至工控机；

工控机基于机器视觉算法获取对应的识别结果，所述识别结果包括零部件的种类、位置、姿态、颜色和速度信息；

工控机根据识别结果，为至少两个分拣机器人以及装盒机器人制定任务规划，向至少两个分拣机器人以及装盒机器人发送相应的控制指令；

至少两个分拣机器人抓取不同的零部件进行姿态调整，并将调整后的零部件传递给装盒机器人；

装盒机器人在第二机器视觉系统采集图像的监督下完成正确装盒，并将完成装盒的电子产品放置于下料输送线上；

下料输送线传输电子产品。

8.根据权利要求7所述的多机器人协同装配方法，其特征在于，任一分拣机器人与所述装盒机器人的工作区域相重叠。

9.根据权利要求8所述的多机器人协同装配方法，其特征在于，所述工控机根据识别结果，为至少两个分拣机器人以及装盒机器人制定任务规划的步骤，包括：

所述工控机根据上料零部件的位置、方向和种类，根据生产需求和节拍以及无碰撞的避障要求，为至少两个分拣机器人以及装盒机器人制定基于多机无碰撞算法的任务规划。

10.根据权利要求7所述的多机器人协同装配方法，其特征在于，引入更多的装盒机器人以及对应的机器视觉系统，以提高产品装盒效率。

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