CN112388632A - 一种远程Delta机器人分拣监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种远程Delta机器人分拣监控系统，它包括应用层、传输层、感知层，应用层包括远程监控平台、云托管服务器，远程监控平台与云托管服务器连接，用层以远程监控平台为载体来设计监控界面和实现各类管理功能，同时基于云托管服务器与传输层进行数据交互；传输层包括工业网关、工业交换机，工业网关与云托管服务器连接，工业网关与工业交换机连接，传输层在感知层和应用层之间起信息传递枢纽的作用，其主要任务是将感知层和应用层中的数据进行双向传输，并进行安全可靠的协议转换；感知层包括PAC模块、Delta机器人模块、传送带模块、视觉模块，PAC模块、Delta机器人模块、传送带模块、视觉模块均与工业交换机进行连接。

Description

一种远程Delta机器人分拣监控系统
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，特别是涉及一种远程Delta机器人分拣监控系统。
背景技术
随着工业4.0的发展，个性化生产已逐渐进入到了具体的工业生产过程中，同一生产线中货物的种类也越来越多，产品的最后一道分拣和装箱任务越来越繁重，而且还要考虑货物的出入库先后顺序。然而，很多企业分拣工序还是停留在非机械化水平，人工分拣过程中操作工所承受劳动强度往往较高，且分拣的正确率会随着长时间的作业而降低，生产成本也较高。因此，设计一种简单高效的机器人分拣系统是非常有意义和具有挑战性的课题。
远程监控借助于工业物联网技术进行远距离监控，能替代传统人为监控方式，有效提高工作效率。远程监控系统一般以工业物联网软件平台为主体，加上系统感知层的采集设备和执行机构，与生产过程共同构成一个整体。在该系统中可实现管理人员随时随地对生产过程的状态进行查看、设备监测和控制。远程监控的主要功能有：实时工况数据采集、故障诊断与预测维护、设备远程操控、历史数据统计显示等。
考虑到Delta机器人因具有高速、轻载和强度高的特点，结合机器视觉技术可对不同产品生产线进行高速、智能分拣，因此设计一种结合基于工业物联网监控平台的Delta机器人分拣系统，通过视觉系统识别判断不同的工件类别，再由Delta机器人根据视觉获取的工件坐标信息进行分拣，最后再通过以太网交换机和工业网关将数据传输到云托管服务器，对分拣过程和分拣货物信息进行监控，所以该系统具有广泛的应用前景和推广价值。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种远程Delta机器人分拣监控系统，着力分析和解决当前工厂人工分拣的效率低、成本高、流水线占地面积大、信息化程度低的问题，设计一种可以远程监控、数据管控、故障预测和系统资源管理的远程Delta机器人分拣系统。该系统不仅可以在设备层实现货物分拣，而且可以对货物分拣信息进行远程数字化管控，实现了机器人控制技术、通信技术和机器视觉技术的有机结合，能有效提高分拣效率和降低分拣成本，对于货物远程分拣有着重要的研究价值和实际意义。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种远程Delta机器人分拣监控系统，包括应用层、传输层、感知层，所述应用层包括远程监控平台、云托管服务器，所述远程监控平台与云托管服务器连接，所述用层以远程监控平台为载体来设计监控界面和实现各类管理功能，同时基于云托管服务器与传输层进行数据交互；
所述传输层包括工业网关、工业交换机，所述工业网关与云托管服务器连接，所述工业网关与工业交换机连接，所述传输层在感知层和应用层之间起信息传递枢纽的作用，其主要任务是将感知层和应用层中的数据进行双向传输，并进行安全可靠的协议转换；
所述感知层包括PAC模块、Delta机器人模块、传送带模块、视觉模块，所述PAC模块、Delta机器人模块、传送带模块、视觉模块均与工业交换机进行连接。
进一步地，所述PAC模块包括现场PAC、模拟量拓展模块、高速计数器拓展模块、数字量拓展模块，所述PAC模块用于采集现场各类传感器信号并通过传输层实时传送到系统应用层，同时控制Delta机器人工件分拣和传送带传输运动过程；
所述Delta机器人模块包括伺服驱动器、伺服电机、Delta机械手臂，Delta机器人从传送带上抓取带分拣工件并放置到指定位置；
所述视觉模块包括智能相机、光源，视觉模块用于采集不同类型工件类别信息和抓取中心坐标信息；
所述传送带模块包括变频器、电机、传送带、编码器，所述传送带模块用于运送待分拣的工件。
进一步地，所述应用层包括系统监控、数据管理与预测、报警提示和系统管理四大功能，所述系统监控功能分为运行状态显示和设备控制两个子模块，所述数据管理与预测模块分为系统数据管理和系统故障预测两个子模块，所述报警提示模块分为系统故障报警和数据超限报警两个子模块，所述系统管理模块分为权限管理和资源管理两个子模块。
进一步地，所述视觉模块包括视觉信息采集步骤，所述视觉信息采集步骤分为编程准备、设置工具和配置结果三部分。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
一、本发明基于云存储技术、工业互联网技术、可编程控制等多种技术手段，实现集数据采集、数据传输和客户端于一体的远程监控系统，开放性好，集成度高，有一定的推广价值；
二、本发明提供可视化远程客户端监控界面，可以远程控制Delta机器人、传送带、视觉系统等设备启动、停止，也可以显示货物分拣实时和统计信息，感知层设备的工作状态和故障等信息，系统功能完善，扩展性强。
附图说明
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明的系统结构图；
图2是本发明中应用层的功能结构图；
图3是本发明中感知层的结构图；
图4是本发明中视觉检测步骤的流程图；
图5是本发明中分拣步骤的流程图。
图中，1、应用层；101、监控平台；102、云托管服务器；2、传输层；201、工业网关；202、工业交换机；3、感知层；301、PAC模块；3011、现场PAC；3012、模拟量拓展模块；3013、高速计数器拓展模块；3014、数字量拓展模块；302、Delta机器人模块；3021、伺服驱动器；3022、伺服电机；3023、Delta机械手臂；303、传送带模块；3031、变频器；3032、电机；3033、传送带；3034、编码器；304、视觉模块；3041、智能相机；3042、光源；4、系统监控；5、数据管理与预测；6、报警提示；7、系统管理。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图5对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
实施例1：如图1所示，一种远程Delta机器人分拣监控系统分为应用层、传输层、感知层三个层次。
应用层包括远程监控平台和云托管服务器。应用层以远程监控平台为载体来设计监控界面和实现各类管理功能，同时基于云托管服务器与传输层进行数据交互。
远程监控平台采用ThingWorx工业物联网平台，该平台具有开放性、可扩展性的体系结构，可将工具集中在一个事物模型上，具有快速性、易开发、易部署、灵活性强和延伸性强等特点。
云托管服务器可采用Microsoft Azure云平台，Microsoft Azure云平台是一个开放而灵活的平台，可进行数据的存储、查找和筛选，云存储性能高，稳定性强，扩展灵活，同时可通过 IaaS + PaaS 帮助用户加快发展步伐，提高工作效率并节省运营成本。
传输层包括工业网关和工业交换机，传输层在感知层和应用层之间起信息传递枢纽的作用，其主要任务是将感知层和应用层中的数据进行双向传输，并进行安全可靠的协议转换。
工业网关采用ThingWorx 工业连接软件，主要用于应用层和感知层数据通信协议之间的转换，实现客户端应用程序、工业设备和系统之间实现精确通信和快速设置，其目的是缩小各硬件和软件应用之间的差距，将多个源的数据和信息整合到一个连接平台中，为几百种类型的自动化控制器和150种不同的驱动器提供连接，具有较高的统一性，同时采用多种算法减少网络拥堵和降低设备和系统资源的使用，减低系统的延时性。
工业交换机可采用SF95D-08交换机作为数据中转站，SF95D-08具有8个RJ-45接口，是一款交换能力强、转发速度快、功耗低、工作温度范围宽和抗干扰能力强的交换机，工业交换机主要是将通过EtherNet/IP通信的设备进行数据交换，用于感知层设备之间的数据的通信，同时也通过交换机和工业网关将感知层的数据传输到应用层。
如图3所示，感知层包括PAC模块、Delta机器人模块、传送带模块、视觉模块。
PAC模块包括现场PAC、模拟量拓展模块、高速计数器拓展模块、数字量拓展模块，PAC模块用于采集现场各类传感器信号并通过传输层实时传送到系统应用层，同时控制Delta机器人工件分拣和传送带传输运动过程，
现场PAC可采用罗克韦尔CompactLogix 5370 L3系列，具体型号为1769-L30ERM，该控制器支持EtherNet/IP数据通信协议，相对于PLC控制器来讲具有可扩展离散化模块、多领域控制的特点，选用4端口模拟量输入模块1769-IF4作为模拟量拓展模块，选用12端口的高速输入模块1769-HSC作为高速计数器拓展模块，选用8端口数字量输出模块1769-OB8作为数字量拓展模块。
Delta机器人模块包括伺服驱动器、伺服电机、Delta机械手臂，Delta机器人从传送带上抓取带分拣工件并放置到指定位置。
伺服驱动可采用Kinetix5500系列，具体型号为2198-H008-ERS，可与PAC控制器配合实现机器人的运动集成控制，支持EtherNet/IP 数据通信协议，驱动器可通过单条电缆提供数字反馈，使用负载观测器实时调整技术，减少调整每个轴的工作量、自动补偿未知机械装置特性、提高机器性能。
视觉模块包括智能相机、光源，视觉模块用于采集不同类型工件类别信息和抓取中心坐标信息。
工业相机可采用智能相机In-Sight Micro 1020，该设备将工业相机、镜头和图像采集卡集成于一体，极大的降低了各部分选型的时间，支持EtherNet/IP 数据通信协议，具有丰富的高性能处理工具。
传送带模块包括变频器、电机、传送带、编码器，传送带模块用于运送待分拣的工件。
变频器可采用PowerFlex525变频器,该变频器内嵌了预充电继电器可极大程度上抑制浪涌电流，高达16kHz可调节PWM频率确保系统的安静运行，支持EtherNet/IP 通信协议，可通过网络方便地配置、控制变频器数据。
如图2所示，一种远程Delta机器人分拣监控系统应用层包含系统监控、数据管理与预测、报警提示和系统管理四大功能。
系统监控功能分为运行状态显示和设备控制两个子模块。
运行状态显示模块所实现的功能为：显示监控系统、控制器、机器人、传送带的运行状态和运行模式，同时采用图表形式显示系统历史报警信息和货物分拣信息。
设备控制模块所实现的功能为：根据授权权限实现监控系统的启动、停止和复位，以及对系统各子模块的启动、停止、复位和运行状态的控制。
数据管理与预测模块分为系统数据管理和系统故障预测两个子模块。
系统数据管理模块所实现的功能为：对所分拣货物的种类、货物分拣时间进行记录，并可对历史数据进行查找、修改。
系统故障预测模块所实现的功能为：根据设备安装的振动传感器获得当前系统运行过程中的振动数据量，并通过所训练的数据模型来诊断系统故障。
报警提示模块分为系统故障报警和数据超限报警两个子模块组成。
系统故障报警模块所实现的功能为：通过当前数据获得故障信息时，为防止管理人员无法立即得知故障报警信息，可利用ThingWorx工业物联网平台中的邮箱插件实现故障信息实时发送提示功能。
数据超限报警模块所实现的功能：根据感知层上传的当前运行环境的温湿度和烟雾等信息，判断是否超过设定的限度，提醒管理人员及时进行处理。
系统管理模块分为权限管理和资源管理两个子模块。
权限管理模块所实现的功能为：权限管理主要是系统管理员对各级管理员和用户的权限进行设置。
资源管理模块所实现的功能为：资源管理主要对应用层的资源进行管理，对系统所需记录的数据所占的存储空间进行分配，系统运行日志记录进行管理。
如图4所示，视觉信息采集分为编程准备、设置工具和配置结果三部分。
首先进行具体编程前的设置，包括建立工程、根据设备网络选择所使用的设备和添加所需要标定的图像。
其次是进行图像分析工具设置，选择PatMax图案工具获取现场工件的定位特征并报告找到的特征位置；选择线性边缘定位工具找到边缘中点的X、Y及其角度方向；选择产品识别工具的PatMax算法模型，报告所找到图案的名称及其与所训练模型的比较得分，编写相应的判断程序，若满足得分要求则输出相应的图像坐标。
最后进行配置相关的输出变量和所需的通信设备和协议，进行视觉模块保存和运行。
如图5所示，机器人分拣程序首先要对机器人运动轴进行配置，包括轴复位、轴清错、电机使能和坐标转化等初始化任务，接着机器人运动到待机位置，等待传送带入口上方的工业相机检测到目标工件，同时采集目标工件的类型和坐标数据并传送至控制器，待传送带将工件送至抓取位置后，机器人根据工件类型执行对应的抓取任务并放置指定位置，完成一次分拣任务后，机器人回到待机位置等待下一次分拣任务。
以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种远程Delta机器人分拣监控系统，其特征在于：包括应用层、传输层、感知层，所述应用层包括远程监控平台、云托管服务器，所述远程监控平台与云托管服务器连接，所述用层以远程监控平台为载体来设计监控界面和实现各类管理功能，同时基于云托管服务器与传输层进行数据交互；
所述传输层包括工业网关、工业交换机，所述工业网关与云托管服务器连接，所述工业网关与工业交换机连接，所述传输层在感知层和应用层之间起信息传递枢纽的作用，其主要任务是将感知层和应用层中的数据进行双向传输，并进行安全可靠的协议转换；
所述感知层包括PAC模块、Delta机器人模块、传送带模块、视觉模块，所述PAC模块、Delta机器人模块、传送带模块、视觉模块均与工业交换机进行连接。
2.根据权利要求1所述的一种远程Delta机器人分拣监控系统，其特征在于：所述PAC模块包括现场PAC、模拟量拓展模块、高速计数器拓展模块、数字量拓展模块，所述PAC模块用于采集现场各类传感器信号并通过传输层实时传送到系统应用层，同时控制Delta机器人工件分拣和传送带传输运动过程；
所述Delta机器人模块包括伺服驱动器、伺服电机、Delta机械手臂，Delta机器人从传送带上抓取带分拣工件并放置到指定位置；
所述视觉模块包括智能相机、光源，视觉模块用于采集不同类型工件类别信息和抓取中心坐标信息；
所述传送带模块包括变频器、电机、传送带、编码器，所述传送带模块用于运送待分拣的工件。
3.根据权利要求2所述的一种远程Delta机器人分拣监控系统，其特征在于：所述应用层包括系统监控、数据管理与预测、报警提示和系统管理四大功能，所述系统监控功能分为运行状态显示和设备控制两个子模块，所述数据管理与预测模块分为系统数据管理和系统故障预测两个子模块，所述报警提示模块分为系统故障报警和数据超限报警两个子模块，所述系统管理模块分为权限管理和资源管理两个子模块。
4.根据权利要求3所述的一种远程Delta机器人分拣监控系统，其特征在于：所述视觉模块包括视觉信息采集步骤，所述视觉信息采集步骤分为编程准备、设置工具和配置结果三部分。
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