CN112363470A - 用户协作型机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用户协作型机器人控制系统。系统包括：装配台；上料装置，放置有装配物料；信息可视化系统，用于获取订单信息、显示动态作业指导书并实时显示绩效；本地服务器，与信息可视化系统连接，用于存储订单信息；PLC控制器，与信息可视化系统和协作机器人通信，PLC控制器用于根据订单信息通知协作机器人将正确的装配物料从上料装置抓取至装配台供用户装配；以及安全防护系统，与PLC控制器连接，用于将用户所处的位置区域信息发送至PLC控制器，以使PLC控制器通知协作机器人根据位置区域信息调整工作状态。上述系统可在保持机器的稳定性、准确性和高效性的同时提升系统的柔性，从而灵活地应对小批量多品种的生产模式。

Description

用户协作型机器人控制系统

技术领域

本发明涉及生产设备技术领域，特别是涉及一种用户协作型机器人控制系统。

背景技术

随着客户的需求越来越多样化，产品的生命周期越来越短，传统的批量生产模式已经越来越难以满足当前生产的需要，小批量多品种的生产模式也要求生产系统在兼顾生产效率的同时具备越来越高的柔性。

另一方面，具备易用性和安全性的协作机器人在生产中得到越来越多的应用，但是目前协作机器人更多只是作为一个自动化的工具被使用，很少与企业的信息化系统进行融合。

发明内容

基于此，有必要针对小批量多品种的生产模式中，传统的协作机器人与用户的结合程度低，生产效率不高的问题，提供一种改进的用户协作型机器人控制系统。

一种用户协作型机器人控制系统，包括：

装配台；

上料装置，设置在所述装配台的周围，所述上料装置上放置有装配物料；

信息可视化系统，用于获取订单信息并根据所述订单信息显示动态作业指导书；

本地服务器，与所述信息可视化系统连接，用于存储所述订单信息；

PLC控制器，与所述信息可视化系统和协作机器人通信，所述PLC控制器用于根据所述订单信息通知所述协作机器人将正确的装配物料从所述上料装置抓取至所述装配台供用户装配；以及，

安全防护系统，与所述PLC控制器连接，用于在装配时将用户所处的位置区域信息发送至所述PLC控制器，以使所述PLC控制器通知所述协作机器人根据所述位置区域信息调整工作状态。

上述用户协作型机器人控制系统，可实时获取订单，并将PLC控制器、协作机器人、信息可视化系统、本地服务器以及安全防护系统进行了有机融合，增强了与用户的交互，保证了用户的安全，从而在保持机器的稳定性、准确性和高效性的同时提升了系统的柔性，有助于灵活地应对小批量多品种的生产模式，满足客户需求。

在其中一个实施例中，还包括：安灯系统，与所述PLC控制器连接，所述安灯系统至少具有上料显示区和安全显示区，所述上料显示区用于显示所述上料装置上的装配物料与所述订单信息中的物料的匹配情况，所述安全显示区用于显示用户所处的位置区域的安全等级。

在其中一个实施例中，所述上料装置包括：装配料架，所述装配料架上放置有多个第一装配物料，并设置有用于识别所述多个第一装配物料种类的物料识别器；以及，备货料架，所述备货料架上放置有多个第二装配物料；所述PLC控制器与所述物料识别器连接，用于判断所述多个第一装配物料是否与所述订单信息中的物料匹配；若匹配，则通知所述协作机器人将所述多个第一装配物料从所述上料装置抓取至所述装配台供用户装配；若不匹配，则通知所述协作机器人根据所述订单信息从所述多个第二装配物料中抓取正确的装配物料放置在所述装配料架上。

在其中一个实施例中，在所述PLC控制器判定所述多个第一装配物料与所述订单信息中的物料不匹配时，继续根据所述订单信息判断所述多个第一装配物料中是否有错误的装配物料；若有，则通知所述协作机器人将所述错误的装配物料从所述装配料架抓回至所述备货料架，并从所述多个第二装配物料中抓取正确的装配物料放置在所述装配料架上；若无，则判定所述多个第一装配物料中缺少装配物料，并通知所述协作机器人从所述多个第二装配物料中抓取该部分缺少的装配物料放置在所述装配料架上。

在其中一个实施例中，当所述PLC控制器判定所述多个第一装配物料与所述订单信息中的物料匹配时，所述上料显示区显示第一颜色；当所述PLC控制器判定所述多个第一装配物料中缺少装配物料时，所述上料显示区显示第二颜色；当所述PLC控制器判定所述多个第一装配物料中存在错误的装配物料时，所述上料显示区显示第三颜色；其中所述第三颜色的优先级大于所述第二颜色，所述第二颜色的优先级大于所述第一颜色。

在其中一个实施例中，所述装配料架和所述备货料架上均设置有多个物料托盘，每个所述物料托盘具有多个物料孔位，用于放置若干所述第一装配物料或若干所述第二装配物料；且，所述物料识别器包括若干RFID读取器，每个所述RFID读取器均与所述PLC控制器连接，用于扫描所述物料托盘上的RFID标签，并将所述RFID标签中储存的物料信息传送至所述PLC控制器。

在其中一个实施例中，所述备货料架上设置有倾斜的流利条，所述流利条上放置有所述物料托盘，相邻的所述流利条之间设置有隔板。

在其中一个实施例中，所述信息可视化系统包括：订单获取模块，与所述本地服务器连接，用于获取所述订单信息并将所述订单信息存入所述本地服务器；以及作业指导模块，与所述本地服务器连接，用于向所述PLC控制器发送所述订单信息，并显示所述动态作业指导书。

在其中一个实施例中，所述本地服务器还用于存储订单的完成数据；所述信息可视化系统还包括绩效展示模块，所述绩效展示模块与所述本地服务器连接，用于根据所述订单的完成数据进行绩效展示。

在其中一个实施例中，所述协作机器人包括：基座；机械臂，所述机械臂的一端连接至所述基座，另一端连接有夹爪；以及，机器人控制器，与所述PLC控制器通信且与所述机械臂连接，所述机器人控制器用于在接收到所述PLC控制器的通知后驱动所述机械臂将所述第一装配物料或所述第二装配物料抓取至目标位置。

在其中一个实施例中，所述物料托盘的侧面设置有凹槽，所述凹槽的宽度与所述夹爪底部的宽度相匹配，所述夹爪底部的边缘部分设置为平面，该平面沿所述夹爪底部的宽度方向延伸，所述夹爪底部的中间部分设置为凹陷的弧面。

在其中一个实施例中，所述夹爪设置有摄像头，所述摄像头用于获取所述装配料架和所述备货料架上的物料图像。

在其中一个实施例中，所述安全防护系统包括：扫描仪，与所述PLC控制器连接，用于检测用户距所述扫描仪的距离，当检测到用户处于第一距离范围内时，输出第一检测信号，当用户处于第二距离范围内时，输出第二检测信号；所述第一距离范围的上限小于或等于所述第二距离范围的下限；以及安全地毯控制器和与所述安全地毯控制器连接的安全地毯，所述安全地毯控制器与所述PLC控制器连接，当用户站立在所述安全地毯上时，所述安全地毯控制器输出第三检测信号；所述PLC控制器根据所述第一检测信号、所述第二检测信号以及所述第三检测信号确定装配时用户所处的位置区域，并将该位置区域信息通知所述协作机器人。

在其中一个实施例中，当所述第一检测信号、所述第二检测信号和所述第三检测信号输出均为0时，所述PLC控制器确定用户处于危险区域，并通知所述协作机器人调整至第一工作状态；当所述第一检测信号输出为1、所述第二检测信号输出为1、所述第三检测信号输出为0时，所述PLC控制器确定用户处于警告区域，并通知所述协作机器人调整至第二工作状态；当所述第一检测信号输出为1、所述第二检测信号输出为0、所述第三检测信号输出为1，所述PLC控制器确定用户处于安全区域，并通知所述协作机器人调整至第三工作状态。

在其中一个实施例中，所述安全显示区包括扫描仪显示区和安全地毯显示区；当用户处于所述危险区域时，所述扫描仪显示区显示第四颜色，所述安全地毯显示区显示第七颜色；当用户处于所述警告区域时，所述扫描仪显示区显示第五颜色，所述安全地毯显示区显示第七颜色；当用户处于所述安全区域时，所述扫描仪显示区显示第六颜色，所述安全地毯显示区显示第八颜色。

附图说明

图1为本申请一实施例的系统结构示意图；

图2为本申请一实施例的系统接线示意图；

图3为本申请一实施例的备货料架的结构示意图；

图4为本申请一实施例的安灯系统的结构示意图；

图5为本申请一实施例的物料托盘的结构示意图；

图6为本申请一实施例的协作机器人夹爪的结构示意图。

图中各元件的标号表示如下：

100、用户协作型机器人控制系统，10、装配台；

20、上料装置，201、装配料架，2011、第一装配物料，202、备货料架，2021、第二装配物料，2022、流利条，2023、隔板，203、物料托盘，2031、物料孔位，2032、RFID标签，2033、凹槽；

30、信息可视化系统，301、订单获取模块，302、作业指导模块，303、绩效展示模块，40、本地服务器；

50、协作机器人，501、基座，502、机械臂，503、夹爪，5031、贴合部、5032、夹持部；

60、路由器，70、PLC控制器，80、安全防护系统，801、扫描仪，802、安全地毯，90、安灯系统，901、第一显示区，902、第二显示区，903、第三显示区，904、第四显示区，905、第五显示区。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

多品种、小批量的生产模式是指在规定的生产期间内，作为生产对象的产品种类(规格、型号、尺寸、形状、颜色等)较多，而每个种类产品生产数量较少的一种生产方式，例如钢笔装配、玩具模型装配等。

另一方面，传统的协作机器人通常作为独立的自动化设备来完成产品的装配操作，而没有和其他系统进行连接或者和/或与用户进行动态交互，从而装配的产品也大多是由固定零部件组成的产品，生产模式单一。除此之外，因为工业机器人一直以来都是高精度、高速度自动化设备的典范，与人在一起时的安全性不是机器人发展的重点，因此在绝大多数工厂中出于安全性考虑，一般都要使用围栏把机器人和人员进行隔离，或者是依靠机器人碰撞即停的特性来保障安全性。

近些年，人机协同的概念随之被提出，也得到广泛关注。人机协同，是由人类负责对柔性、触觉、灵活性要求比较高的工序，机器人则利用其快速、准确的特点来负责重复性的工作。然而，为了将协作机器人引入小批量多品种的生产模式，至少还需要解决以下几个问题：

(1)协作机器人无法实时获取订单，并根据订单自动调整程序。

(2)协作机器人只能按照固定路线或操作进行作业，没有防呆防错。

(3)仅通过协作机器人本身的力反馈不能充分保证用户的安全。

为解决上述问题，有效地将协作机器人引入至小批量多品种的生产模式，本申请提供了一种用户协作型机器人控制系统。请参见图1和图2，该用户协作型机器人控制系统100包括装配台10、上料装置20、信息可视化系统30、本地服务器40、协作机器人50、PLC控制器70(可编程逻辑控制器)以及安全防护系统80。

装配台10设置在整个系统的中部，是协作机器人50放置装配物料供用户A装配的平台。装配台10的长度应至少大于协作机器人50的工作区半径，例如可以是0.7m、0.8m、0.9m或1m等。同时装配台10也不宜过长，应能方便用户在4-5步以内完成物料的获取和装配，因此装配台10的长度应小于2m，例如可以是1.5m、1.6m或1.7m等。

上料装置20设置在装配台10的周围，上料装置20上放置有装配物料。

信息可视化系统30可用于获取外部的订单信息，该订单信息可以由用户A输入信息可视化系统30得到，也可以由云服务器根据客户需求自动分配至信息可视化系统30。获取到订单信息后，信息可视化系统30根据该订单信息显示动态作业指导书，以指导用户进行物料的装配。

本地服务器40与信息可视化系统30连接，用于存储信息可视化系统30获取的订单信息。具体的，本地服务器40中设置有数据库，外部输入的订单信息会存储在该数据库中并生成待生产的订单。

PLC控制器70由PLC电源模块供电，并与信息可视化系统30和协作机器人50通信。PLC控制器70用于根据订单信息通知协作机器人50将正确的装配物料从上料装置20抓取至装配台10供用户A装配。协作机器人50，优选设置在整个系统的中部，从而有利于将协作机器人50的工作区限制在系统内，避免协作机器人50触碰到外部人员，保证其他用户的安全，例如协作机器人50可以设置在装配台10的一端，并可将上料装置20设置在该端部的周围，以方便协作机器人50抓取物料，图1中黑色粗虚线示出了协作机器人50的工作区域。进一步的，协作机器人50基于MODBUS通讯协议与PLC控制器70通信，以实时获取订单信息，从而有利于协作机器人50根据不同的订单信息调整自身程序，更好地与用户A配合，完成产品装配，实现客户的定制化生产。另外，如图2所示，本申请所述“通信”即指通过网关和路由器实现的工业以太网连接，从而方便地与其他信息系统进行兼容，实现信息交换。

具体的，下单时，信息可视化系统30会先读取本地服务器40的数据库中未生产的订单信息，并生成订单列表，当用户选择某个订单进行生产后，可视化系统30便会通过以太网向PLC控制器70发送对应的订单信息。另一方面，装配物料可按种类分区域放置在上料装置20上，从而协作机器人50可根据订单信息从上料装置20的对应区域将所需的装配物料抓取至装配台10；另一实施方式中，装配物料也可分为待装配物料和准备物料两类放置在上料装置20的两个区域内，由PLC控制器70判断待装配物料中是否具有订单信息中的全部物料，若具有则可通知协作机器人5根据订单信息直接从待装配物料中抓取物料至装配台10装配，若PLC控制器70根据订单信息判断待装配物料中缺失或存在错误的物料，则可通知协作机器人70先将错误的物料从待装配物料区域抓回至准备物料区域，再从准备物料中抓取其他正确的物料至待装配物料的区域，进而再根据订单信息从待装配物料中抓取所需物料至装配台10装配。通过待装配物料和准备物料的区域划分，有利于减少协作机器人50的抓取次数，从而提升系统的装配效率。更进一步的，在进行待装配物料和准备物料的区域划分时，通常会将多个同类型的物料放置在一个工装中，协作机器人50从准备物料中抓取物料时可直接将工装抓取至待装配物料区域时，可直接抓取工装，而从待装配物料区域抓取物料至装配台时，可直接抓取单个物料，如此有利于批量化的完成订单，提升装配效率。

安全防护系统80与PLC控制器70连接，用于在装配时将用户所处的位置区域信息发送至PLC控制器70，以使PLC控制器70通知协作机器人50根据位置区域信息调整工作状态。具体的，该位置区域信息可以根据用户距安全防护系统80的距离来进行划分，例如，当用户A距安全防护系统小于或等于0.5m时，可认为用户A处于危险区域，PLC控制器70通知协作机器人50停止运行或以极低速运行；当用户A距系统大于0.5m小于或等于1m时，则可认为用户A处于警告区域，PLC控制器70通知协作机器人50慢速运行；当用户A距系统大于1m时，则可认为用户A处于安全区域，PLC控制器70通知协作机器人50正常运行或全速运行。

在装配完成后，用户可将装配好的产品放置在包装工装上，此工装上配有光电传感器或压力传感器，上述传感器可与PLC控制器70连接也可直接与协作机器人50通信。当上述传感器识别到有产品放置在包装工装上时，会自动发送信号给协作机器人50，协作机器人50收到此信号后会将装配好的产品拿至打包位置并进行码垛，方便用户后续进行装箱。

上述用户协作型机器人控制系统100，可实时获取订单，并将PLC控制器70、协作机器人50、信息可视化系统30、本地服务器40以及安全防护系统80进行了有机融合，增强了与用户A的交互，保证了用户A的安全，从而可以在保持机器的稳定性、准确性和高效性的同时提升系统的柔性，有助于系统灵活地应对小批量多品种的生产模式，满足客户需求。

在示例性实施方式中，如图1和图2所示，用户协作型机器人控制系统100还包括安灯系统90，与PLC控制器70通过IO模块连接，安灯系统70至少具有上料显示区和安全显示区，上料显示区用于显示上料装置20上的装配物料与订单信息中的物料的匹配情况，安全显示区用于显示用户所处的位置区域的安全等级。具体的，安灯系统的显示区可由LED灯珠阵列组成，每一显示区可由若干行LED灯珠组成。例如，安灯系统90的显示区共由20行LED灯珠，则可设置每4行灯珠为一个显示区，则对应可以有5个显示区(如图4所示)，每个显示区可用于显示系统工况中的不同信息，如物料的匹配信息、人员的安全信息等。通过设置安灯系统90有利于用户直观的获取系统运行时的相关工况，从而及时作出对应调整，通过增加与用户的交互，可显著提高系统柔性，实现小批量多品种产品的高效生产。在另一些实施方式中，安灯系统90还可以其他模式工作，例如走马灯模式，用于显示订单的完成进度。例如当订单完成40％时，安灯系统90自下而上会点亮两个显示区(即第五显示区905和第四显示区904点亮)，每个显示区表示20％的完成进度；当订单完成60％时，安灯系统90自下而上会点亮三个显示区，依次类推，从而方便用户直观地了解订单的完成情况。

在示例性实施方式中，如图1所示，上料装置20包括装配料架201，装配料架201上放置有多个第一装配物料2011，并设置有用于识别多个第一装配物料种类的物料识别器(图未示出)；以及备货料架202，备货料架202上放置有多个第二装配物料2021；PLC控制器70与物料识别器连接，用于判断多个第一装配物料2011是否与订单信息中的物料匹配；若匹配，则通知协作机器人50将多个第一装配物料2011从上料装置20抓取至装配台10供用户装配；若不匹配，则通知协作机器人50根据订单信息从多个第二装配物料2021中抓取正确的装配物料放置在装配料架201上。具体的，第一装配物料2011可以是上述待装配物料，第二装配物料2021可以是上述准备物料。装配料架201可与装配台10并排，备货料架202与装配料架201相互承靠，例如可呈“L”型，协作机器人50设置在上料装置20“L”型的内侧区域，从而方便协作机器人50在装配料架201和备货料架202之间进行物料抓取。

进一步的，在PLC控制器50判定多个第一装配物料2011与订单信息中的物料不匹配时，继续根据订单信息判断多个第一装配物料2011中是否有错误的装配物料；若有，则通知协作机器人50将错误的装配物料从装配料架201抓回至备货料架202，并从多个第二装配物料2021中抓取正确的装配物料放置在装配料架201上；若无，则判定多个第一装配物料2011中缺少装配物料，并通知协作机器人50从多个第二装配物料2021中抓取该部分缺少的装配物料放置在装配料架201上。通过上述方式，可使协作机器人50对装配料架201上的物料情况进行有效修正，进而保证用户能够以正确的物料进行装配工作。

进一步的，当PLC控制器70判定多个第一装配物料2011与订单信息中的物料匹配时，上料显示区显示第一颜色；当PLC控制器70判定多个第一装配物料2011中缺少装配物料时，上料显示区显示第二颜色；当PLC控制器70判定多个第一装配物料2011中存在错误的装配物料时，上料显示区显示第三颜色；其中第三颜色的优先级大于第二颜色，第二颜色的优先级大于第一颜色。具体的，请参考图4，安灯系统90具有5个显示区，上料显示区可以是第一显示区901(当然也可以是其他显示区)，第一颜色可以是绿色，第二颜色可以是黄色，第三颜色可以是红色，红色的优先级大于黄色，黄色的优先级大于绿色。通过上述方式可以在信息可视化系统30获取到订单信息后，及时地给用户展示装配料架上的物料状态，从而使用户快速掌握现场的物料情况，方便后续的下单装配。

通过上述物料抓取方式，可在装配料架201上的零部件摆放错误时，避免协作机器人50将错误的物料拿到装配台10，确保与机器人的正确沟通，提高产品的良品率。

在示例性实施方式中，如图1和图5所示，装配料架201和备货料架202上均设置有多个物料托盘203，每个物料托盘203均具有多个物料孔位2031，用于放置若干第一装配物料2011或若干第二装配物料2021；物料识别器可包括若干RFID读取器，每个RFID读取器均与PLC控制器70连接，用于扫描物料托盘203上的RFID标签2032，并将RFID标签2032中储存的物料信息传送至PLC控制器70。具体的，一个物料对应放置在一个物料孔位2031中，一个物料托盘203可设置5-10个物料孔位2031，如装配钢笔时优选设置6个物料孔位2031，具体可根据实际的产品进行调整。RFID读取器的设置数量可根据实际装配的产品进行调整，例如装配钢笔时，装配料架201上可分别对应笔尖、笔杆和笔帽的物料托盘203的放置位置设置一个RFID读取器，从而对应读取笔尖、笔杆和笔帽的物料托盘203上的RFID标签2032。利用RFID标签2032可将物料托盘203中的物料类型进行存储，PLC控制器70根据订单信息来比对RFID读取器读取的物料类型，从而判断第一装配物料2011是否与订单信息中的物料匹配。通过RFID可快速识别物料是否符合订单要求，从而给系统带来防呆防错功能，避免因机器人抓取错误而造成产品不良。

进一步的，当协作机器人50的末端执行器上未配备摄像头时，可在后台数据库中对备货料架202上的每个物料托盘203放置位置均设定一个固定的物料放置类型，例如装配钢笔时可在备货料架202上依次设置笔尖区域、笔杆区域、笔帽区域，各区域中依次对应设置有笔尖、笔杆、笔帽。如此，当PLC控制器70判定多个第一装配物料2011中缺少装配物料时，便可通知协作机器人50从备货料架202上的对应位置将缺少的物料抓取到装配料架201上；而当PLC控制器70判定多个第一装配物料2011中存在错误的装配物料时，便可通知协作机器人50将错误的装配物料从装配料架201抓回至备货料架202的对应位置，并从备货料架202的其他对应位置处抓取正确的装配物料放置在装配料架201上。

另一实施方式中，当协作机器人50的末端执行器上配备有摄像头时，备货料架202上的物料可随意摆放，无需固定位置。如此，当PLC控制器70判定多个第一装配物料2011中缺少装配物料时，协作机器人50可根据订单信息中的所需物料通过图像识别在备货料架202上寻找所需物料，找到后将所需物料从备货料架202抓取至装配料架201；而当PLC控制器70判定多个第一装配物料2011中存在错误的装配物料时，协作机器人50拿取错误的物料后可利用摄像头寻找备货料架202上的空位，并将该错误的物料放置在找到的第一个空位上，接着在备货料架202上根据订单信息通过图像识别寻找所需物料，找到后将所需物料抓取至装配料架201。当物料种类过多时，若采用前述无摄像头时的固定位置摆放会要求备货料架202具有较大的空间，而采用装配摄像头的抓取方案则可充分利用备货料架202的空间，例如可实现一个货位在不同时段放置几种不同型号的物料，从而大大减小备货料架202的占用空间，降低整个系统的设置成本。

进一步的，备货料架上设置有倾斜的流利条，流利条上放置有物料托盘，相邻的流利条之间设置有隔板。具体的，以图3所示的备货料架202为例，备货料架202具有支架，流利条2022倾斜设置在支架的顶部，相邻的流利条2022之间设置有隔板2023，以将不同流利条2022上的物料托盘203分隔开。物料托盘203放在倾斜的流利条2022上便会依靠重力自动滑到流利条2022的底部(即靠近地面的一端)对齐，方便了物料托盘203的定位。另一些实施方式中，沿流利条2022的延伸方向可设置两个或两个以上的物料托盘203，如此，当底部的物料托盘203被拿走后，该流利条2022上其余的物料托盘203便同样会自动滑到流利条2022底部对齐，使得机器人可不间断地进行抓取，保证生产效率。优选的，沿流利条2022的延伸方向设置两个物料托盘203即可，从而方便物料的取用，也不会使备货料架202占用太多空间。RFID芯片2032可设置在物料托盘203侧面，如图5所示，可在物料托盘203的端部侧面开设凹槽，从而将RFID芯片2032设置在该凹槽内。另外，为了放置物料托盘203发生倾覆，还可将物料托盘203的底部加宽成较大平面以保持稳定。装配料架201、备货料架202以及装配台10都配备了轮子，可根据实际需求灵活移动。

在示例性实施方式中，信息可视化系统30包括：订单获取模块301，与本地服务器40连接，用于获取订单信息并将该订单信息存入本地服务器40；作业指导模块302，与本地服务器40连接，用于向PLC控制器70发送订单信息并显示对应的动态作业指导书。具体的，订单获取模块301可以是下单平板，当用户下单完成后，本地服务器40中的数据库将记录该订单的相关组件信息(如组件的规格、数量、颜色)、订单号以及下单时间等，并可实时更新物料消耗情况展示在下单平板上，方便用户掌握物料的剩余情况。当用户选择某个订单进行生产后，作业指导模块302便会与PLC控制器70通信，包括发送对应的订单信息等。动态作业指导书包含订单选择页面、生产场景选择页面、生产指导书页面和质量检测页面，订单信息也可同步展示在动态作业指导书页面内。用户可在动态作业指导书的指导下与机器人协作一步步进行装配，从而有利于避免装配中的动作错误，保证装配质量。完成一轮装配后，用户可在显示屏屏幕上点击下一步，协作机器人50便会根据新的订单开始下一轮抓取，该信号也会发送至数据库，供后续生成相应报表。

进一步的，本地服务器40还可用于存储订单的完成数据，信息可视化系统30还包括绩效展示模块303，其中绩效展示模块303与本地服务器40连接，用于根据订单的完成数据进行绩效展示。具体的，绩效展示模块303包含生产概况、质量情况、节拍时间、当前订单情况、物料消耗情况和交货情况六大模块。订单信息以及用户在装配过程中订单的完成数据都会被采集并存储在数据库中，后续将自动生成绩效指标报表，并通过网页应用进行展示，辅助管理决策。

在示例性实施方式中，请参考图1和图6，协作机器人50包括：基座501；机械臂502，机械臂502的一端连接至基座501，另一端连接有夹爪503；以及，机器人控制器(图未示出)，与PLC控制器70通信，且与机械臂502连接，机器人控制器用于在接收到PLC控制器70的通知后驱动机械臂502将第一装配物料2011或第二装配物料2021抓取至目标位置。具体的，该目标位置可以是装配料架201上的位置也可以是装配台10上的位置，具体可根据前述的物料抓取方法来确定，此处便不再赘述。

进一步的，如图5所示，物料托盘203的侧面设置有凹槽2033，凹槽2033的宽度与夹爪503底部的宽度相匹配，夹爪503底部的边缘部分设置为平面以形成贴合部5031，贴合部5031(即夹爪503底部的平面部分)沿夹爪503底部的宽度方向延伸，夹爪503底部的中间部分设置为凹陷的弧面以形成夹持部5032。通过使凹槽2033的宽度与夹爪503底部的宽度相匹配，可使凹槽2033能正好卡住机器人夹爪503，从而保证协作机器人50在抓取物料托盘203过程中的稳定；另一方面，由于装满物料的物料托盘203相对较重，协作机器人50在抓取时需要施加较大抓力，从而保证后续抓取过程中物料托盘203不会发生松动，此时通过设置贴合部5031，可增加夹爪503与物料托盘203的接触面积，从而可以减小物料托盘203受到的压强，降低夹爪503对物料托盘203造成的损伤；而通过设置夹持部5032，并使弧面保持光滑，可以在夹爪503直接抓取单个物料时，使物料挤到夹爪503的中间位置，而不会因抓取过程中夹爪503的移动而导致物料也跟着发生移动，从而确保物料位置的统一性。

在示例性实施方式中，如图1和图2所示，安全防护系统80包括：扫描仪801，与PLC控制器70连接，用于检测用户距扫描仪的距离，当检测到用户处于第一距离范围内时，输出第一检测信号，当用户处于第二距离范围内时，输出第二检测信号；第一距离范围的上限小于或等于第二距离范围的下限；以及安全地毯控制器和与安全地毯控制器连接的安全地毯802，安全地毯控制器与PLC控制器70连接，当用户站立在安全地毯802上时，安全地毯控制器输出第三检测信号；PLC控制器70根据第一检测信号、第二检测信号以及第三检测信号确定装配时用户所处的位置区域，并将该位置区域信息通知协作机器人50。根据常见的装配台10的长度以及协作机器人50机械臂的长度，第一距离范围可设置为0-0.7m，第二距离范围可设置为0.7m-1.5m，1.5m以外即可认为用户未站立在安全地毯802上。

具体的，扫描仪801通过激光技术进行人员或者物体的检测，可具有275度的扫描角度和范围宽达5.5米的保护区，从而实现三维区域监控。扫描仪801(如安全激光扫描仪)非常适合与各种应用进行集成，进行静态和移动防护。安全地毯801的特点是结构坚固，有一系列不同的形状和尺寸可供选择。将安全地毯801铺设好后，一端接终端电阻，一端接到安全监控器，控制器输出为两个延迟信号，可与安全地毯801串联至PLC。通过扫描仪801和安全地毯802相关组件的配套使用，可实现人员位置检测，充分保证人员的安全，达到辅助人机协同生产的作用。

进一步的，当第一检测信号、第二检测信号和第三检测信号输出均为0时，PLC控制器70确定用户处于危险区域，并通知协作机器人50调整至第一工作状态，该第一工作状态可以是协作机器人50停止动作或以极低速运行；当第一检测信号输出为1、第二检测信号输出为1、第三检测信号输出为0时，PLC控制器70确定用户处于警告区域，并通知协作机器人50调整至第二工作状态，该第二工作状态可以是协作机器人50慢速运行，同时可设置协作机器人50延时2s复位；当第一检测信号输出为1、第二检测信号输出为0、第三检测信号输出为1，PLC控制器70确定用户处于安全区域，并通知协作机器人50调整至第三工作状态，该第三工作状态可以使协作机器人正常运行(速度大于慢速)或全速运行。

进一步的，如图4所示，安全显示区可以由第三显示区903和第四显示区904组成，其中第三显示区903可以是扫描仪显示区，第四显示区904可以是安全地毯显示区，而第二显示区902可以是用于显示物料颜色或形状的显示区，具体可根据实际产品进行设置。例如，当用户进入危险区域查看物料或进行调整时，扫描仪显示区显示第四颜色(如蓝色)，安全地毯显示区显示第七颜色(如蓝色)，协作机器人50则会收到PLC控制器70的通知停止或以极低速动作；当用户处于警告区域时，扫描仪显示区显示第五颜色(如黄色)，安全地毯显示区显示第七颜色(如蓝色)，协作机器人50的抓取速度也降低50％，从而保证人员安全；当用户处于安全区域时，扫描仪显示区显示第六颜色(如绿色)，安全地毯显示区显示第八颜色(如绿色)，协作机器人50可全速动作。另一方面，扫描仪801的显示屏也可根据检测到的位置区域信息显示对应的安全标识。例如，当用户进入危险区域时，扫描仪801的显示屏可显示红色的“STOP”标识，当用户进入警告区域时，扫描仪801的显示屏可显示黄色的“WARNING”标识，当用户进入安全区域时，扫描仪801的显示屏可显示绿色的“GO”标识。

另一些实施方式中，还可以通过PLC控制器70识别安全防护系统中的任一信号，并做特定设计，实现与机器人的进一步交互。如当用户站上安全地毯802且处于扫描仪801警告区域内时，可以直接激活协作机器人50回到初始位置，即通过安全感应实现机器人的抓取初始化。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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 (15)

1.一种用户协作型机器人控制系统，其特征在于，包括：

装配台；

上料装置，设置在所述装配台的周围，所述上料装置上放置有装配物料；

信息可视化系统，用于获取订单信息并根据所述订单信息显示动态作业指导书；

本地服务器，与所述信息可视化系统连接，用于存储所述订单信息；

PLC控制器，与所述信息可视化系统和协作机器人通信，所述PLC控制器用于根据所述订单信息通知所述协作机器人将正确的装配物料从所述上料装置抓取至所述装配台供用户装配；以及，

安全防护系统，与所述PLC控制器连接，用于在装配时将用户所处的位置区域信息发送至所述PLC控制器，以使所述PLC控制器通知所述协作机器人根据所述位置区域信息调整工作状态。

2.根据权利要求1所述的用户协作型机器人控制系统，其特征在于，还包括：

安灯系统，与所述PLC控制器连接，所述安灯系统至少具有上料显示区和安全显示区，所述上料显示区用于显示所述上料装置上的装配物料与所述订单信息中的物料的匹配情况，所述安全显示区用于显示用户所处的位置区域的安全等级。

3.根据权利要求2所述的用户协作型机器人控制系统，其特征在于，所述上料装置包括：

装配料架，所述装配料架上放置有多个第一装配物料，并设置有用于识别所述多个第一装配物料种类的物料识别器；以及，

备货料架，所述备货料架上放置有多个第二装配物料；

所述PLC控制器与所述物料识别器连接，用于判断所述多个第一装配物料是否与所述订单信息中的物料匹配；

若匹配，则通知所述协作机器人将所述多个第一装配物料从所述上料装置抓取至所述装配台供用户装配；

若不匹配，则通知所述协作机器人根据所述订单信息从所述多个第二装配物料中抓取正确的装配物料放置在所述装配料架上。

4.根据权利要求3所述的用户协作型机器人控制系统，其特征在于，在所述PLC控制器判定所述多个第一装配物料与所述订单信息中的物料不匹配时，继续根据所述订单信息判断所述多个第一装配物料中是否有错误的装配物料；

若有，则通知所述协作机器人将所述错误的装配物料从所述装配料架抓回至所述备货料架，并从所述多个第二装配物料中抓取正确的装配物料放置在所述装配料架上；

若无，则判定所述多个第一装配物料中缺少装配物料，并通知所述协作机器人从所述多个第二装配物料中抓取该部分缺少的装配物料放置在所述装配料架上。

5.根据权利要求4所述的用户协作型机器人控制系统，其特征在于，

当所述PLC控制器判定所述多个第一装配物料与所述订单信息中的物料匹配时，所述上料显示区显示第一颜色；

当所述PLC控制器判定所述多个第一装配物料中缺少装配物料时，所述上料显示区显示第二颜色；

当所述PLC控制器判定所述多个第一装配物料中存在错误的装配物料时，所述上料显示区显示第三颜色；

其中所述第三颜色的优先级大于所述第二颜色，所述第二颜色的优先级大于所述第一颜色。

6.根据权利要求3或4所述的用户协作型机器人控制系统，其特征在于，所述装配料架和所述备货料架上均设置有多个物料托盘，每个所述物料托盘具有多个物料孔位，用于放置若干所述第一装配物料或若干所述第二装配物料；且，

所述物料识别器包括若干RFID读取器，每个所述RFID读取器均与所述PLC控制器连接，用于扫描所述物料托盘上的RFID标签，并将所述RFID标签中储存的物料信息传送至所述PLC控制器。

7.根据权利要求6所述的用户协作型机器人控制系统，其特征在于，所述备货料架上设置有倾斜的流利条，所述流利条上放置有所述物料托盘，相邻的所述流利条之间设置有隔板。

8.根据权利要求1所述的用户协作型机器人控制系统，其特征在于，所述信息可视化系统包括：

订单获取模块，与所述本地服务器连接，用于获取所述订单信息并将所述订单信息存入所述本地服务器；以及，

作业指导模块，与所述本地服务器连接，用于向所述PLC控制器发送所述订单信息，并显示所述动态作业指导书。

9.根据权利要求8所述的用户协作型机器人控制系统，其特征在于，所述本地服务器还用于存储订单的完成数据；所述信息可视化系统还包括绩效展示模块，所述绩效展示模块与所述本地服务器连接，用于根据所述订单的完成数据进行绩效展示。

10.根据权利要求6所述的用户协作型机器人控制系统，其特征在于，所述协作机器人包括：

基座；

机械臂，所述机械臂的一端连接至所述基座，另一端连接有夹爪；以及，

机器人控制器，与所述PLC控制器通信且与所述机械臂连接，所述机器人控制器用于在接收到所述PLC控制器的通知后驱动所述机械臂将所述第一装配物料或所述第二装配物料抓取至目标位置。

11.根据权利要求10所述的用户协作型机器人控制系统，其特征在于，所述物料托盘的侧面设置有凹槽，所述凹槽的宽度与所述夹爪底部的宽度相匹配，所述夹爪底部的边缘部分设置为平面，该平面沿所述夹爪底部的宽度方向延伸，所述夹爪底部的中间部分设置为凹陷的弧面。

12.根据权利要求10所述的用户协作型机器人控制系统，其特征在于，所述夹爪设置有摄像头，所述摄像头用于获取所述装配料架和所述备货料架上的物料图像。

13.根据权利要求2所述的用户协作型机器人控制系统，其特征在于，

所述安全防护系统包括：

扫描仪，与所述PLC控制器连接，用于检测用户距所述扫描仪的距离，当检测到用户处于第一距离范围内时，输出第一检测信号，当用户处于第二距离范围内时，输出第二检测信号；所述第一距离范围的上限小于或等于所述第二距离范围的下限；以及，

安全地毯控制器和与所述安全地毯控制器连接的安全地毯，所述安全地毯控制器与所述PLC控制器连接，当用户站立在所述安全地毯上时，所述安全地毯控制器输出第三检测信号；

所述PLC控制器根据所述第一检测信号、所述第二检测信号以及所述第三检测信号确定装配时用户所处的位置区域，并将该位置区域信息通知所述协作机器人。

14.根据权利要求13所述的用户协作型机器人控制系统，其特征在于，

当所述第一检测信号、所述第二检测信号和所述第三检测信号输出均为0时，所述PLC控制器确定用户处于危险区域，并通知所述协作机器人调整至第一工作状态；

当所述第一检测信号输出为1、所述第二检测信号输出为1、所述第三检测信号输出为0时，所述PLC控制器确定用户处于警告区域，并通知所述协作机器人调整至第二工作状态；

当所述第一检测信号输出为1、所述第二检测信号输出为0、所述第三检测信号输出为1，所述PLC控制器确定用户处于安全区域，并通知所述协作机器人调整至第三工作状态。

15.根据权利要求14所述的用户协作型机器人控制系统，其特征在于，所述安全显示区包括扫描仪显示区和安全地毯显示区；

当用户处于所述危险区域时，所述扫描仪显示区显示第四颜色，所述安全地毯显示区显示第七颜色；

当用户处于所述警告区域时，所述扫描仪显示区显示第五颜色，所述安全地毯显示区显示第七颜色；

当用户处于所述安全区域时，所述扫描仪显示区显示第六颜色，所述安全地毯显示区显示第八颜色。

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