CN112550521B - 一种智慧工厂的智能上下料机器人、系统和控制方法 - Google Patents

一种智慧工厂的智能上下料机器人、系统和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智慧工厂的智能上下料机器人，用于在工厂内运输料框，包括通信模块、控制模块、底座、安装于底座下方的驱动轮、安装于底座侧面的激光扫描传感器、超声波传感器和3D相机，以及安装于底座上方的料架和支架，所述的支架设置于料架上，用于放置控制终端，所述的料架内开设多个凹槽，用于放置料框，所述的凹槽与料框底部形状配合，所述的通信模块和控制模块分别设置于底座内部，所述的通信模块与控制终端连接，所述的控制模块分别与激光扫描传感器、超声波传感器和3D相机连接，与现有技术相比，本发明具有结构简单、灵活高效等优点。

Description

一种智慧工厂的智能上下料机器人、系统和控制方法
技术领域
本发明涉及智慧工厂领域，尤其是涉及一种智慧工厂的智能上下料机器人、系统和控制方法。
背景技术
智能机器人在工厂生产场景的应用备受关注。其中利用智能机器人与生产线配合，实现自动取料上料作业，由于其自动化程度、工作效率及准确性高，对原有生产线低成本改造等优点，成为智能工厂建设的热门应用。
但现有机器人取料上料的控制方法比较单一和固化，大多需要安装轨道或激光导航设备，对路径、环境的要求较高，机器人与设备的对接较复杂，成本高效率低。因此，如何提供一种应用结构简单、灵活、高效、安全的取料上料控制方法，是本领域中亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、高效灵活的智慧工厂的智能上下料机器人、系统和控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种智慧工厂的智能上下料机器人，用于在工厂内运输料框，包括通信模块、控制模块、底座、安装于底座下方的驱动轮、安装于底座侧面的激光扫描传感器、超声波传感器和3D相机，以及安装于底座上方的料架和支架，所述的支架设置于料架上，用于放置控制终端，所述的料架内开设多个凹槽，用于放置料框，所述的凹槽与料框底部形状配合，所述的通信模块和控制模块分别设置于底座内部，所述的通信模块与控制终端连接，所述的控制模块分别与激光扫描传感器、超声波传感器和D相机连接。
进一步地，所述的3D相机设置于底座前部侧面，用于记录前方障碍物和环境信息。
进一步地，所述的激光扫描传感器设置于底座两侧面的后部；所述的超声波传感器设置于底座两侧面的前部，分别用于探测机器人两侧障碍物。
进一步地，所述的控制终端包括手机、平板和电脑。
进一步地，所述的料架内开设两个凹槽，用于存放两个料框。
进一步地，所述的控制模块内存储作业环境内部地图，用于路径规划，所述的内部地图包括地点和通道，所述的地点包括待命充电区、物料区(、)成品区、上板机、大厅和成品库，所述的通道包括厂门和库门。
进一步地，所述的控制模块内存储平面图CAD系统或地图导航工具，用于路径规划。
一种智慧工厂的智能上下料机器人系统，包括多个如权利要求-任一项所述的智能上下料机器人和控制调度单元，所述的控制调度单元分别通过唯一对应的控制网络与智能上下料机器人的通信模块连接，所述的控制调度单元用于读取各智能上下料机器人的电池电量和工作负载，并控制各智能上下料机器人执行作业工作或充电工作。
一种如权利要求所述的智慧工厂智能上下料机器人是智能上料控制方法，包括以下步骤：
S11：智能上下料机器人处于待命充电区充电；
S12：接收智能上料任务，智能上下料机器人移动至物料区领取物料；
S13：智能上下料机器人领料确认后，移动至上板机进行上料；
S14：智能上下料机器人上料确认后，将空框带回物料区，并移动至待命充电区继续充电。
一种如权利要求所述的智慧工厂智能上下料机器人的成品入库控制方法，包括以下步骤：
S21：智能上下料机器人处于待命充电区充电；
S22：接收成品入库任务，智能上下料机器人移动至成品区领取成品；
S23：智能上下料机器人领取确认后，移动经过厂门；
S24：智能上下料机器人继续移动经过库门；
S25：智能上下料机器人移动至成品库，放入成品；
S26：智能上下料机器人返回待命充电区继续充电。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明设置多个传感器，使得机器人可以在行进中发现障碍物，作业区域不需要铺设轨道、不需要外设围栏，允许小车在一个密集的工作环境或者人来人往的环境中工作，同时小车内部有陀螺仪和电机编码器，能确保运动和停止的精度，投入少，占用场地空间小，实施周期短，能够独立运行，可以替代人工和部分设备烦重而复杂的作业，节省工作环节，提高效率，降低生产成本，提高作业的安全性；
2)在智能上下料机器人身上制作适配的料架，根据产品和行业的不同定制框架，灵活切换，便于动态控制上下料，保证了SMT产线首末端原料和成品框的适配和稳定性，实现柔性化、自动化作业，同时料架易于更换，可以重新部署分配不同任务，灵活性高；
3)机器人控制模块存储内部地图，在智能上料和成品入库中实现路径规划，并且在工作结束后自动返回充电，整个上料和入库的作业步骤简单明了，在人员和障碍物四周安全移动，运送效率高；
4)路径规划还可直接平面图CAD系统或地图导航工具，使用简单无需事先具有编程经验，同时任务易于修改，通过使用连接到网络的智能手机、平板电脑或计算机即可实现；
5)在料架上装配了一个PAD支架，操作简单灵活，可随时随地执行任务。
附图说明
图1为智能机器人结构示意图；
图2为本发明在工厂SMT生产线的作业环境；
图3为本发明在工厂SMT生产线作业的智能上料流程图；
图4为本发明在工厂SMT生产线作业的成品入库流程图。
其中，1、底座，2、激光扫描传感器，3、支架，4、料框，5、料架，6、3D 相机，7、超声波传感器，8、驱动轮，100、待命充电区，101、物料区，102、上板机，103、成品区，104、厂门，105、大厅，106、库门，107、成品库。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
本发明的自主移动智能机器人可以通过编程、路径规划和装置改造，灵活地进行取料、上料、成品入库等任务，替代部分传统机械和人工作业，可实现智能化、柔性化、多任务作业。自主移动机器人可以在工厂、医院、商场、超市和其他工业场所内自动搬运材料。在工厂SMT生产线上，智能上下料机器人能够有效提高整个生产线的效率，SMT生产厂房生产工艺包括上料、打标、锡膏印刷、贴装、回流焊、AOI检测、插件、波峰焊、成品检测、包装、入库等作业。
如图1所示，智慧工厂的智能上下料机器人用于在工厂SMT生产线上运输料框4，该智能上下料机器人是可以自主移动机器人小车，包括通信模块、控制模块、底座1、安装于底座下方的驱动轮8、安装于底座1侧面的激光扫描传感器2、超声波传感器7和3D相机6，以及安装于底座1上方的料架5和支架3，支架3设置于料架5上，用于放置控制终端，料架5内开设多个凹槽，用于放置料框4，凹槽与料框4底部形状配合，通信模块和控制模块分别设置于底座1内部，通信模块与控制终端连接，控制模块分别与激光扫描传感器2、超声波传感器7和3D相机 6连接。
在智能上下料机器人身上制作适配的料架5，根据产品和行业的不同定制框架，灵活切换，便于动态控制上下料，保证了SMT产线首末端原料和成品框的适配和稳定性。料框4是电子生产工厂承装PCB电路板的容器。
3D相机6设置一个，安装于底座1前部侧面，用于记录前方障碍物和环境信息，激光扫描传感器2为SICK激光安全系统，设置两个，安装于底座1两侧面的后部；超声波传感器7设置4个，安装于底座1两侧面的前部，分别用于探测机器人两侧障碍物，无需轨道、条码、反射装置等，可以实现柔性作业、智能避障。控制终端包括手机、平板和电脑，料架5内开设两个凹槽，用于存放两个料框4。通过这些传感器，小车可以在行进中发现障碍物，允许小车在一个密集的工作环境或者人来人往的环境中工作；小车内部有陀螺仪和电机编码器，并能确保运动和停止的精度。
控制模块内存储作业环境内部地图和对应控制程序，内部地图可以在第一次使用车辆时编辑，用于路径规划，内部地图包括地点和通道，地点包括待命充电区 100、物料区101、成品区103、上板机102、大厅105和成品库107，通道包括厂门104和库门106。
控制模块内还可以存储平面图CAD系统或地图导航工具，用于路径规划。
机器人可以设置一个固定的运行路线执行特种作业，在操作时它会根据车辆总体规划线路并结合随机出现的路况调整路径，自动避免地图中没有事先标注的障碍，包括人和物品等。路线规划时，可使用内部地图规划，也可以使用一个平面图CAD 系统或用户自行创建的地图导航手动工具。
本发明还提供一种智慧工厂的智能上下料机器人系统，包括多个智能上下料机器人和控制调度单元，控制调度单元分别通过唯一对应的控制网络与智能上下料机器人的通信模块连接，每个机器人都有自己的专用控制网络，通过它可以看到每个机器人的单独设置表，控制调度单元用于读取各智能上下料机器人的电池电量和工作负载，并控制各智能上下料机器人执行作业工作或充电工作。
智能上下料机器人的控制可以通过个人电脑、智能手机或平板电脑，通过访问一个web界面，实现简单和直观的操作并监控车辆。
控制调度单元可以控制智能上下料机器人在电池电力低于设定标准时，自主返回充电站，也可以通过编程控制智能上下料机器人在作业过程中定期进行充电，比如在其返回至物料区101或者成品库107时，以让机器人能够几乎不间断运行。另外，还可以评估多个机器人电池电量和工作负载情况，控制整个机器人系统的最优化使用和充电，保持机器人群全天候处于工作状态。
本发明还提供智慧工厂智能上下料机器人控制方法，包括智能上料和成品入库，如图2和图3，控制过程包括如下：
智能上料步骤：
S11：智能上下料机器人处于待命充电区100充电；
S12：接收智能上料任务，智能上下料机器人移动至物料区101领取物料；
S13：智能上下料机器人领料确认后，移动至上板机102进行上料；
S14：智能上下料机器人上料确认后，将空框带回物料区101，并移动至待命充电区100继续充电。
成品入库步骤：
S21：智能上下料机器人处于待命充电区100充电；
S22：接收成品入库任务，智能上下料机器人移动至成品区103领取成品；
S23：智能上下料机器人领取确认后，移动经过厂门104；
S24：智能上下料机器人继续移动经过库门106；
S25：智能上下料机器人移动至成品库107 ，放入成品；
S26：智能上下料机器人返回待命充电区100继续充电。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种智慧工厂的智能上下料机器人，用于在工厂内运输料框(4)，其特征在于，包括通信模块、控制模块、底座(1)、安装于底座下方的驱动轮(8)、安装于底座(1)侧面的激光扫描传感器(2)、超声波传感器(7)和3D相机(6)，以及安装于底座(1)上方的料架(5)和支架(3)，所述的支架(3)设置于料架(5)上，用于放置控制终端，所述的料架(5)内开设多个凹槽，用于放置料框(4)，所述的凹槽与料框(4)底部形状配合，所述的通信模块和控制模块分别设置于底座(1)内部，所述的通信模块与控制终端连接，所述的控制模块分别与激光扫描传感器(2)、超声波传感器(7)和3D相机(6)连接；
所述的控制模块内存储作业环境内部地图，用于路径规划，所述的内部地图包括地点和通道，所述的地点包括待命充电区(100)、物料区(101)、成品区(103)、上板机(102)、大厅(105)和成品库(107)，所述的通道包括厂门(104)和库门(106)；
所述的控制模块内存储平面图CAD系统或地图导航工具，用于路径规划；
上述智慧工厂智能上下料机器人的上料控制方法包括以下步骤：
S11：智能上下料机器人处于待命充电区(100)充电；
S12：接收智能上料任务，智能上下料机器人移动至物料区(101)领取物料；
S13：智能上下料机器人领料确认后，移动至上板机(102)进行上料；
S14：智能上下料机器人上料确认后，将空框带回物料区(101)，并移动至待命充电区(100)继续充电；
上述智慧工厂智能上下料机器人的成品入库控制方法包括以下步骤：
S21：智能上下料机器人处于待命充电区(100)充电；
S22：接收成品入库任务，智能上下料机器人移动至成品区(103)领取成品；
S23：智能上下料机器人领取确认后，移动经过厂门(104)；
S24：智能上下料机器人继续移动经过库门(106)；
S25：智能上下料机器人移动至成品库(107 )，放入成品；
S26：智能上下料机器人返回待命充电区(100)继续充电。
2.根据权利要求1所述的一种智慧工厂的智能上下料机器人，其特征在于，所述的3D相机(6)设置于底座(1)前部侧面，用于记录前方障碍物和环境信息。
3.根据权利要求2所述的一种智慧工厂的智能上下料机器人，其特征在于，所述的激光扫描传感器(2)设置于底座(1)两侧面的后部；所述的超声波传感器(7)设置于底座(1)两侧面的前部，分别用于探测机器人两侧障碍物。
4.根据权利要求1所述的一种智慧工厂的智能上下料机器人，其特征在于，所述的控制终端包括手机、平板和电脑。
5.根据权利要求1所述的一种智慧工厂的智能上下料机器人，其特征在于，所述的料架(5)内开设两个凹槽，用于存放两个料框(4)。
6.一种智慧工厂的智能上下料机器人系统，其特征在于，包括多个如权利要求1-5任一项所述的智能上下料机器人和控制调度单元，所述的控制调度单元分别通过唯一对应的控制网络与智能上下料机器人的通信模块连接，所述的控制调度单元用于读取各智能上下料机器人的电池电量和工作负载，并控制各智能上下料机器人执行作业工作或充电工作。
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