CN115092671A - 上下料复合机器人及相应的上下料控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种上下料复合机器人及相应的上下料控制方法，上下料复合机器人包括移动底盘、控制组件、机械手以及上料台，待加工产品定位放置在上料台上，移动底盘在工装台的周侧活动，工装台上设置有第一信标和定位待加工产品的第一定位件，机械手和上料台均设置在移动底盘上，机械手的抓取组件包括固定件、相机、上料夹爪及下料夹爪。本发明的上下料复合机器人将机械手设置在移动底盘上，并在机械手上设置相机，通过拍摄定位，使其能在多个工装台之间进行移动上下料，在机械手上设置一号六维力传感器，配合轴孔定位法进行主动调整柔顺装配，且通过在抓取组件上同时设置上料夹爪和下料夹爪，能进一步提高上下料的效率。

Description

上下料复合机器人及相应的上下料控制方法

技术领域

本发明涉及上下料设备领域，特别涉及一种上下料复合机器人及相应的上下料控制方法。

背景技术

目前国内大部分企业的上下料作业依靠人工来完成，生产效率低，工人劳动强度大，人身伤害事故难以避免。随着工业4.0、智能制造时代的到来，工厂的自动化程度越来越高，传统的人工上下料生产方式已经无法满足高速发展的工业需要，在生产中采用机器人代替人工进行上下料是进行高效、高速、高质量生产的一种有效方法。

但在现有技术中，工厂主要采用一台加工中心配备一台工业机器人进行上下料，这种方式的缺点是每台工业机器人只能服务一台加工中心，在整个工作过程中，工业机器人存在大量闲置时间，造成了设备利用率低下，效率低。

故需要提供一种上下料复合机器人及相应的上下料控制方法来解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供一种上下料复合机器人及相应的上下料控制方法，以解决现有技术中的上下料机器人的设备利用率低下，效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种上下料复合机器人，其包括：移动底盘、控制组件、机械手以及上料台，待加工产品定位放置在所述上料台上，所述上下料复合机器人用于将所述上料台上的待加工产品上料至工装台上；

其中，所述控制组件设置在所述移动底盘内部，所述移动底盘在所述工装台的周侧活动，所述工装台上设置有第一信标和用于定位待加工产品的第一定位件，所述机械手和所述上料台均设置在所述移动底盘上，所述机械手包括活动模组以及连接在所述活动模组一端的抓取组件，所述抓取组件包括固定件、相机、上料夹爪以及下料夹爪，所述相机设置在所述固定件的底端，所述相机用于拍摄所述第一信标，所述上料夹爪和下料夹爪设置在所述固定件的周侧，所述抓取组件和所述活动模组之间连接有一号六维力传感器。

在本发明中，多个待加工产品放置在物料盘上，在所述物料盘上设置有用于定位待加工产品的第二定位件，所述物料盘上设置有第二信标，或在所述上料台上设置有用于定位所述物料盘的定位槽。

其中，所述上料台上固定设置有固定定位条、滑动设置有活动定位条以及用于限制所述活动定位条滑动的锁紧件，所述活动定位条的滑动方向垂直于所述固定定位条的延伸方向，所述固定定位条和所述活动定位条之间形成所述定位槽。

进一步的，所述定位槽的两端均设置有用于所述物料盘滑入所述定位槽的开口，所述固定定位条和所述活动定位条的中间位置均设置有定位块，所述物料盘的两侧中间位置均设置有用于与所述定位块定位连接的定位孔。

进一步的，所述固定定位条和所述活动定位条的内侧均设置有用于限制所述物料盘上下活动的凸边，所述固定定位条和所述活动定位条的中间位置均设置有容纳槽，所述定位块通过弹性件滑动连接在所述容纳槽内，且所述弹性件挤压所述定位块延出至外部以与所述定位孔进行定位配合；

所述定位块对向两个所述开口的两侧均设置有锁紧面、以及连接在所述锁紧面远离所述通纳槽一端的受压斜面，所述物料盘的两端均设置有用于挤压所述受压斜面的挤压块，以所述固定定位条的延伸方向为长度方向，以所述定位块的滑动方向为宽度方向，所述受压斜面在宽度方向的投影宽度大于等于所述锁紧面的宽度，所述挤压块的凸出尺寸大于等于所述受压斜面的在所述长度方向的投影长度。

本发明还包括一种上下料控制方法，其控制上述上下料复合机器人进行上下料操作，包括以下步骤：

步骤S11：控制组件根据上料信号控制所述移动底盘移动至上料位；

步骤S12：控制组件控制所述上料夹爪抓取所述上料台上的待加工产品；

步骤S13：控制组件控制所述机械手移动使得所述相机位于所述工装台的上方，所述相机对所述第一信标拍照，根据所述相机拍摄的第一信标的图像信息，确定所述抓取组件与所述工装台的相对位置；

步骤S14：控制组件控制所述机械手移动并控制所述下料夹爪抓取加工完毕的产品，根据一号六维力传感器的感应数据调整下料夹爪的位姿以拆卸加工完毕的产品，控制机械手移动并根据一号六维力传感器的感应数据调整上料夹爪的位姿安放待加工产品；

步骤S15：控制组件控制机械手移动至上料台的上方，控制所述下料夹爪将抓取的加工完毕的产品放置到上料台上。

其中，所述步骤S13具体包括：

控制组件根据所述相机的位置信息确定相机坐标系，根据所述相机拍摄的第一信标的图像信息确定信标坐标系，同时计算获得所述信标坐标系和所述相机坐标系的第一坐标变换矩阵，所述第一定位件相对所述信标坐标系的位置是固定的，所述上料夹爪和所述下料夹爪相对所述相机坐标系的位置是固定的，进而可计算获得所述上料夹爪和所述下料夹爪相对所述第一定位件的第二坐标变换矩阵。

在本发明中，所述步骤S14具体包括：所述下料夹爪沿Z正向拆卸加工完毕的产品，所述上料夹爪沿Z负向安放待加工产品；

拆卸加工完毕的产品时，控制组件上预设有Z正向拆卸力预警值、以及所述下料夹爪抓紧加工完毕的产品后需沿Z正向移动的拆卸移动值，所述上料夹爪移动拆卸移动值之前，实时将所述一号六维力传感器反馈的Z正向实际拆卸力与所述Z正向拆卸力预警值比较，若Z正向实际拆卸力大于所述Z正向拆卸力预警值，则根据所述一号六维力传感器的感应数据调整所述下料夹爪的位姿，再进行拆卸；

安放待加工产品时，控制组件上预设有Z负向接触力预警值，根据所述第二坐标变换矩阵计算所述上料夹爪需沿Z负向移动的装配移动值，且所述上料夹爪移动装配移动值之前，实时将所述一号六维力传感器反馈的Z负向实际接触力与所述Z负向接触力预警值比较，若Z负向实际接触力大于所述Z负向接触力预警值，则根据所述一号六维力传感器的感应数据调整所述上料夹爪的位姿，再进行安放。

在本发明中，控制组件上预设有滑动警报值、失衡警报值以及倾覆停机值，所述滑动警报值由第一安全系数与地面的最大静摩擦力的乘积而定，所述失衡警报值由第二安全系数与上下料复合机器人的倾覆力矩的乘积而定，所述倾覆停机值由第三安全系数与上下料复合机器人的倾覆力矩的乘积而定，所述第三安全系数大于所述第二安全系数，所述第三安全系数小于0.9；

所述机械手和所述移动底盘之间连接有二号六维力传感器，根据所述二号六维力传感器的位置确定基座坐标系，根据所述二号六维力传感器的感应数据计算出基座标系下的三维力和三维力矩；

当所述三维力的水平方向的合力大于所述滑动警报值时，所述上下料复合机器人与地面之间会发生相对滑动，控制组件控制所述上下料复合机器人停止工作并触发滑动警报；

当所述三维力矩的水平方向的力矩大于所述失衡警报值时，所述上下料复合机器人存在失衡风险，控制组件控制所述上下料复合机器人停止工作并触发失衡警报；

当所述三维力矩的水平方向的力矩大于所述倾覆警报值时，所述上下料复合机器人存在倾覆风险，控制组件控制所述上下料复合机器人停止工作并触发倾覆警报。

在本发明中，步骤S14具体还包括：

控制组件控制所述上料夹爪移动使得待加工产品的侧面与所述第一定位件接触，通过计算待加工产品移动至接触的过程中的移动距离，从而检验待加工产品的规格；

控制机械手移动并根据一号六维力传感器的感应数据调整上料夹爪的位姿安放确认规格后的待加工产品。

本发明相较于现有技术，其有益效果为：本发明的上下料复合机器人将机械手设置在移动底盘上，并在机械手上设置相机，使其能在多个工装台之间进行移动上下料，设备利用率高，在机械手上设置一号六维力传感器，配合轴孔定位法进行主动调整柔顺装配，上下料稳定、精度高，且通过在抓取组件上同时设置上料夹爪和下料夹爪，能进一步提高上下料的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，下面描述中的附图仅为本发明的部分实施例相应的附图。

图1为本发明的上下料复合机器人的优选实施例的结构示意图。

图2为本发明的上下料复合机器人的物料盘与定位块挤压前的结构示意图。

图3为图2中的物料盘与定位块挤压时的结构示意图。

图4为待加工产品为回转体时的示意图。

图5为本发明的上下料控制方法的流程图。

图6为拆卸加工完毕的产品的流程图。

图7为安放待加工产品的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」、「顶部」以及「底部」等词，仅是参考附图的方位，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

本发明术语中的“第一”“第二”等词仅作为描述目的，而不能理解为指示或暗示相对的重要性，以及不作为对先后顺序的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，连接可以是可拆卸连接，或一体结构的连接；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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在现有技术中，工厂主要采用一台加工中心配备一台工业机器人进行上下料，这种方式的缺点是每台工业机器人只能服务一台加工中心，在整个工作过程中，工业机器人存在大量闲置时间，造成了设备利用率低下，效率低。

并且随着精密机械的发展，机械加工产品的精度要求越来越高，上下料的精度好坏将直接影响产品的加工精度，许多精密零件的上下料系统要求控制在微米级别的误差范围，传统辅助上下料的工业机器人无法满足这一精度要求。

如下为本发明提供的一种能解决以上技术问题的上下料复合机器人的优选实施例。

请参照图1，其中图1为本发明的上下料复合机器人的优选实施例的结构示意图。

在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。

本发明提供一种上下料复合机器人，其包括移动底盘11、控制组件12、机械手13以及上料台14，待加工产品17定位放置在上料台14上，上下料复合机器人用于将上料台14上的待加工产品17上料至工装台18上，工装台18上可以设置多个工位。

其中，控制组件12设置在移动底盘11内部，用于控制移动底盘11的移动以及机械手13的上下料操作。移动盘11上可设置超声传感器、视觉传感器、红外传感器、激光传感器等传感器获取周围环境信息，实现避障与导航，能自动导航至目标加工中心的上下料位置，移动盘11的自动移动为现有技术此处不进行赘述。移动底盘11在工装台18的周侧活动，工装台18上设置有第一信标181和用于定位待加工产品17的第一定位件182。

机械手13和上料台14均设置在移动底盘11上，且本实施例中机械手13设置在上料台14上，机械手13包括活动模组以及连接在活动模组一端的抓取组件，抓取组件包括固定件131、相机134、上料夹爪132以及下料夹爪133，固定件131包括固定板以及位于固定板周侧连接板，相机134设置在固定板的底端，相机134用于拍摄第一信标181，上料夹爪132和下料夹爪133与连接板连接，抓取组件在抓取待加工产品时，可以将抓取到的加工完毕的产品放置到上料台上，同时在将待加工产品进行上料时，可以同时抓取工装台18上加工完毕的产品，上下料效率高。

需要说明的是，活动模组可如图1根据据使用场景选择不同规格的机械手类型的机器人，如五轴工业机器人、六轴工业机器人。或者还可以选用带旋转功能的XYZ多轴直线模组。

请参照图1，在本实施例中，多个待加工产品17放置在物料盘16上，在物料盘16上设置有用于定位待加工产品17的第二定位件，物料盘16上设置有第二信标。可以使用物料盘16将多个待加工产品17放置到上料台14上。可将物料盘16放置在上料台14上的设定位置，机械手13抓取待加工产品时先通过第二信标定位，然后再进行抓取，通过拍照定位来消除物料盘16在上料台14上的位置误差。物料盘16需要经常取出放，因此物料盘13与机械手13的相对位置不固定，但物料盘13与待加工产品17的相对位置是固定的。此时可采用基于视觉的定位信标的方式进行定位抓取。

第一信标和第二信标的外部有一圈线框，内部可以是非对称的任意特征图形，从而能根据拍摄信标的图像判断方位。

在本实施例中，抓取组件和活动模组之间连接有一号六维力传感器135，检测物料在轴孔装配和拆卸时的作用力，根据力学原理计算出作用力与轴孔相对位姿之间的关系，从而调节机械手上下料时的位姿偏差，进而实现待加工产品的柔顺装配，一号六维力传感器配合轴孔定位法进行主动调整柔顺装配，上下料稳定、精度高。

另外，还可以在上料台14上设置有用于定位物料盘16的定位槽，从而定位物料盘16的位置。

其中，在本实施例中，上料台14上固定设置有固定定位条152、滑动设置有活动定位条151以及用于限制活动定位条151滑动的锁紧件1511，活动定位条151的滑动方向垂直于固定定位条152的延伸方向，固定定位条152和活动定位条151之间形成定位槽,从而通过调整活动定位条151的位置，可以对不同尺寸规格的物料盘16进行定位。

其中固定定位条152和活动定位条151的内侧均设置有用于限制物料盘16上下活动的凸边(如固定定位条152上的凸边1521)，使得物料盘16不能上下活动。

定位槽的两端均设置有用于物料盘16滑入定位槽的开口，如图1中开口位于定位槽的前侧和背侧，方便物料盘16从不同的方位放置到定位槽内。固定定位条152和活动定位条151的中间位置均设置有定位块19，物料盘16的两侧中间位置均设置有用于与定位块19定位连接的定位孔162，使得不同规格的物料盘16都能定位设置在上料台14的中部位置。

具体的，固定定位条152和活动定位条151的中间位置均设置有容纳槽，定位块19通过弹性件1A滑动连接在容纳槽内，且弹性件1A挤压定位块19延出至外部以与定位孔162进行定位配合。

定位块19对向两个开口的两侧均设置有锁紧面191、以及连接在锁紧面191远离通纳槽一端的受压斜面192。物料盘16的两端均设置有用于挤压受压斜面192的挤压块161。以固定定位条152的延伸方向为长度方向，以定位块19的滑动方向为宽度方向，受压斜面192在宽度方向的投影宽度大于等于锁紧面191的宽度，挤压块161的凸出尺寸大于等于受压斜面192的在长度方向的投影长度。

这样当物料盘16通过开口滑入定位槽内时，能先通过挤压块161挤压受压斜面192，使得定位块19向容纳槽内滑动，锁紧面191收纳至容纳槽内，然后物料盘16的侧边会进一步的挤压受压斜面192，使得定位块19完全收缩至容纳槽内，直到定位块19与定位孔162对位时，定位块19弹出并与定位孔162卡接。且定位块19两侧均有锁紧面191和受压斜面192，使得物料盘16从两侧均能滑入定位槽内，操作方便。

还需要说明的是，其中定位孔162沿物料盘16的厚度方向贯穿，解锁时可透过定位孔挤压定位块19进行解锁。

在本实施例中，若待加工产品17为回转体，如图4，其不需要束绕Z轴和绕Z轴旋转的Rz方向的自由度，则第一定位件182和第二定位件为一个定位轴。若待加工产品17为非回转体，则第一定位件182和第二定位件为两个定位轴。

当然，第一定位件181和第二定位件还可以为其他形式的结构，例如可设置为凹槽对产品进行定位。

在本实施例中，固定件131与活动模组转动连接，固定件131的一端设置有上料夹爪132，相对的另一端设置有下料夹爪133，固定板与两端的连接板连接成工字状结构。

还可选的，固定件131与活动模组转动连接，固定件131相对的两端均设置有上料夹爪132，相对的另外两端均设置有下料夹爪133。

本发明的工作时，控制组件12根据上料需求信号控制移动底盘11移动到相应的工装台18的一侧，然后控制机械手13抓取物料盘16上的待加工产品17,抓取组件移动到工装台18的上方，由相机134获取第一信标181的图像，对第一信标181的图像进行图像处理可以得到第一信标181的坐标信息。由于第一定位件182与工装台18的相对位置固定，故经过相应的坐标转换后可以得到定位轴与机械手13的位姿关系矩阵，进而可根据位姿关系控制机械手13运动，将待加工产品17于第一定位件182进行高精度的轴孔装配，即完成上料。

其中，若工装台18上具有加工完毕的产品时，下料夹爪133可同时抓取工装台18上加工完毕的产品以进行下料。

本优选实施例的上下料复合机器人将机械手设置在移动底盘上，并在机械手上设置相机，使其能在多个工装台之间进行移动上下料，并且，通过在抓取组件上同时设置上料夹爪和下料夹爪，能进一步提高上下料的效率。

请参照图5，使用本实施例中上下料复合机器人进行上下料操作包括以下步骤：

步骤S11：控制组件根据上料信号控制移动底盘移动至上料位，即靠近需要上料的工装台18的位置。

步骤S12：控制组件控制上料夹爪132抓取上料台上的待加工产品，上料台上设置有物料盘16，物料盘16上设置有多个待加工产品17。其中在物料盘16定位精准的情况下，物料盘16相对机械手13的位置是固定的，可控制上料夹爪132直接抓取待加工产品。若物料盘16的位置定位不精准的情况下，可在物料盘16上设置第二信标，相机134拍摄第二信标，然后确定抓取组件与物料盘的相对位置后，再控制上料夹爪132抓取待加工产品。

步骤S13：控制组件控制机械手移动使得相机134位于工装台18的上方，相机134对第一信标拍照，根据相机134拍摄的第一信标的图像信息，确定抓取组件与工装台18的相对位置。

步骤S14：控制组件控制机械手移动并控制下料夹爪133抓取加工完毕的产品，根据一号六维力传感器135的感应数据调整下料夹爪133的位姿以拆卸加工完毕的产品，控制机械手移动并根据一号六维力传感器135的感应数据调整上料夹爪132的位姿安放待加工产品。

步骤S15：控制组件控制机械手移动至上料台的上方，控制下料夹爪133将抓取的加工完毕的产品放置到上料台的料盘16内，这样即完成了上下料的过程。

其中，步骤S13具体包括：

控制组件根据相机134的位置信息确定相机坐标系，根据相机134拍摄的第一信标的图像信息确定信标坐标系，同时计算获得信标坐标系和相机坐标系的第一坐标变换矩阵，第一定位件相对信标坐标系的位置是固定的，上料夹爪132和下料夹爪133相对相机坐标系的位置是固定的，进而可计算获得上料夹爪132和下料夹爪133相对第一定位件的第二坐标变换矩阵。

坐标转换的具体方法如下：信标坐标系为{D}，相机坐标系为{S}，上料夹夹爪和下料夹爪的坐标系为{B},第一定位件的坐标系为{G}。对拍摄第一信标的图像进行图像处理后可得到信标坐标系{D}和相机的坐标系{S}的坐标变换矩阵

同时第一信标与第一定位件的相对位置是固定的，且已知第一定位件的坐标系{G}与信标坐标系{D}的坐标变换矩阵

由公式

可得知相机与第一定位件的相对坐标系

同理相机与上料夹爪、下料夹爪的相对位置是固定的，且已知相机坐标系{S}与上料夹夹爪和下料夹爪的坐标系{B}的坐标变换矩阵

由公式

可得知上料夹爪和下料夹爪与第一定位件的相对坐标系

在本发明中，步骤S14具体包括：下料夹爪133沿Z正向拆卸加工完毕的产品，即如图1视图方位中，下料夹爪133抓取加工完毕的产品向上移动拆卸，上料夹爪132沿Z负向安放待加工产品，即如图1视图方位中，上料夹爪132抓取待加工产品向下安放。

请参照图6，拆卸加工完毕的产品时，控制组件上预设有Z正向拆卸力预警值、以及下料夹爪133抓紧加工完毕的产品后需沿Z正向移动的拆卸移动值。即正常情况下，下料夹爪133只需使用小于Z正向拆卸力预警值的力，向上移动拆卸移动值的距离即可完成拆卸。

拆卸操作过程中，上料夹爪132移动拆卸移动值之前，实时将一号六维力传感器135反馈的Z正向实际拆卸力与Z正向拆卸力预警值比较，若Z正向实际拆卸力大于Z正向拆卸力预警值，说明下料夹爪133抓取产品进行拆卸的方向与第一定位件的轴向延伸方向存在偏差，为了避免产品损坏，则需要根据一号六维力传感器135的感应数据调整下料夹爪133的位姿，再进行拆卸。

请参照图7，安放待加工产品时，控制组件上预设有Z负向接触力预警值，根据第二坐标变换矩阵计算上料夹爪132需沿Z负向移动的装配移动值，即正常情况下，上料夹爪132只需使用小于Z负向接触力预警值的力，向下移动装配移动值的距离即可完成待加工产品的安放。

安放操作过程中，上料夹爪132移动装配移动值之前，实时将一号六维力传感器135反馈的Z负向实际接触力与Z负向接触力预警值比较，若Z负向实际接触力大于Z负向接触力预警值，说明上料夹爪132抓取待加工产品进行安放的方向与第一定位件的轴向延伸方向存在偏差，为了避免产品损坏，则需要根据一号六维力传感器135的感应数据调整上料夹爪132的位姿，再进行安放。

安放过程中的力学原理为：一号六维力传感器135可以能够测量到物料在任何坐标系下的三维力(F_x，F_y，F_s)和三维力矩(M_x，M_y，M_s)。F₀和M₀分别称为力的死区值和力矩的死区值，即位于这个值时，会造成装配卡死。为避免力传感器测量数据波动的影响，当Fx,y＜F₀或Mx,y,z＜M₀时，不对下料夹爪133的位姿进行调整。当物料某个方向受到的力或力矩过大时，即力的大小超过F₀，或力矩的大小超过M₀时，继续装配下去可能会发生轴与孔之间卡死的状态，所以当Fx,y≥F₀或Mx,y,z≥M₀时，控制组件控制机械手进行相应的位置和姿态的调整。当Z负向实际接触力大于Z负向接触力预警值，且Fx,y＜F₀或Mx,y,z＜M₀时，控制上料夹爪132沿Z负向移动的装配移动值，即可完成上料。

拆卸过程中的力学原理与上述安放过程类似，此处不进行赘述。其中，上述根据感应数据调整运动位置以及调整姿态均基于导纳公式控制。公式如下：

公式中V_x，V_y，V_z分别是物料在x，y，z方向的移动速度，b₁是位置导纳系数，Fset为事先设定的Z轴方向的接触力最大值；ω_x，ω_y，ω_z分别是物料在x，y，z方向的角速度，b₂是姿态导纳系数。b₁,b₂的值越小，工件调整速度对外力响应更快，但过小的b1,b2值可能引起工件在上料过程中抖动，b1,b2会设置成适中的数值。

在本实施例中，当机械手的抓取组件工作时外力过大或发生某些意外碰撞时可能会导致复合机器人与地面相对滑动甚至导致复合机器人倾覆，因此需要通过对工作外力进行监控以防止意外状况发生导致的设备受损。

因此，上下料复合机器人在上下料过程中还具有如下警报程序：

控制组件上预设有滑动警报值、失衡警报值以及倾覆停机值，滑动警报值由第一安全系数与地面的最大静摩擦力的乘积而定，失衡警报值由第二安全系数与上下料复合机器人的倾覆力矩的乘积而定，倾覆停机值由第三安全系数与上下料复合机器人的倾覆力矩的乘积而定，第三安全系数大于第二安全系数，第三安全系数小于0.9。

机械手和移动底盘之间连接有二号六维力传感器136，根据二号六维力传感器136的位置确定基座坐标系，根据二号六维力传感器136的感应数据计算出基座标系下的三维力和三维力矩。

当三维力的水平方向的合力大于滑动警报值时，上下料复合机器人与地面之间会发生相对滑动，控制组件控制上下料复合机器人停止工作并触发滑动警报。

当三维力矩的水平方向的力矩大于失衡警报值时，上下料复合机器人存在失衡风险，控制组件控制上下料复合机器人停止工作并触发失衡警报。

当三维力矩的水平方向的力矩大于倾覆警报值时，上下料复合机器人存在倾覆风险，控制组件控制上下料复合机器人停止工作并触发倾覆警报。

具体的警报原理为：当机械臂末端受到外力时，根据二号六维力传感器136的感应数据可测量出基座坐标系{C}下的三维力(F_x，F_y，F_z)和三维力矩(M_x，M_y，M_z)。当F_x、F_y的合力F′(即水平方向的合力)大于在F_z作用下复合机器人与地面的最大静摩擦力f_0max时，复合机器人与地面之间发生相对滑动，因此我们需要根据使用场景设置安全系数S₁，且S₁的最大值不超过0.9。

当F′≤S₁*f_0max时复合机器人处于安全工作状态，当F′＞S₁*f_0max时复合机器人存在与地面发生相对滑动的风险，需自动紧急停止并触发黄色滑动警报。

同理当M_x或M_y大于复合机器人的最大倾覆力矩M_xmax或M_ymax时，复合机器人会发生倾覆，对复合机器人本体造成严重损坏。因此我们需要根据使用场景设置安全系数S₂和S₃，S₃＞S₂，且S₂和S₃的最大值不超过0.9。

当M_x≤S₂*M_xmax且M_y≤S₂*M_ymax时复合机器人处于安全工作状态，当S₂*M_xmax＜M_x≤S₃*M_xmax且S₂*M_ymax＜M_y≤S₃*M_ymax时，复合机器人有失衡风险但不会倾覆，此时复合机器人需自动紧急停止并触发黄色失衡警报。当M_x＞S₃*M_xmax或M_y＞S₃*M_ymax时复合机器人存在倾覆风险，需紧急停止生产线上的所有设备并触发红色倾覆警报。

需要说明的是物料盘16上可设置多个不同规格的待加工产品17，以将不同规格的待加工产品17上料至不同的加工设备上进行加工。因此本发明的步骤S14具体还可以包括：

为了进一步避免各种可能的原因导致机械手将待加工产品错误上料至相应的加工设备上。机械手驱动上料夹爪132安放待加工产品之前，还会进行如下操作：

控制组件控制上料夹爪132移动使得待加工产品的侧面与第一定位件接触，可通过一号六维力传感器135的感应信号确认是否接触，通过计算待加工产品移动至接触的过程中的移动距离，从而检验待加工产品的规格。检测之后，控制机械手再移动并根据一号六维力传感器135的感应数据调整上料夹爪132的位姿，将确认规格后的待加工产品安放至工装台上。

其中，若待加工产品为图1所示的长方形结构，且安放时与两个第一定位件进行双轴定位，此情况下，可控制上料夹爪132移动使得待加工产品相邻的两个侧面一一对应的与两个第一定位件进行接触，从而确认规格。

若待加工产品为图4所示的回转体结构，安放时与一个第一定位件进行单轴定位，此情况下，可控制上料夹爪132移动使得待加工产品的任一侧面与第一定位件接触即可完成规格确认。

本实施例的上下料控制方法采用轴孔定位法，可实现微米级高精度上下料。采用视觉高精度快速定位法，可以快速且准确地得到工作台和物料的位置数据，节省上下料时间并且容错率高、鲁棒性强。依靠一号六维力传感器的柔顺拆卸或装配，可以保证上下料的成功率，提升作业操作的稳定性。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种上下料复合机器人，其特征在于，包括：移动底盘、控制组件、机械手以及上料台，待加工产品定位放置在所述上料台上，所述上下料复合机器人用于将所述上料台上的待加工产品上料至工装台上；

其中，所述控制组件设置在所述移动底盘内部，所述移动底盘在所述工装台的周侧活动，所述工装台上设置有第一信标和用于定位待加工产品的第一定位件，所述机械手和所述上料台均设置在所述移动底盘上，所述机械手包括活动模组以及连接在所述活动模组一端的抓取组件，所述抓取组件包括固定件、相机、上料夹爪以及下料夹爪，所述相机设置在所述固定件的底端，所述相机用于拍摄所述第一信标，所述上料夹爪和下料夹爪设置在所述固定件的周侧，所述抓取组件和所述活动模组之间连接有一号六维力传感器。

2.根据权利要求1所述的上下料复合机器人，其特征在于，多个待加工产品放置在物料盘上，在所述物料盘上设置有用于定位待加工产品的第二定位件，所述物料盘上设置有第二信标，或在所述上料台上设置有用于定位所述物料盘的定位槽。

3.根据权利要求2所述的上下料复合机器人，其特征在于，所述上料台上固定设置有固定定位条、滑动设置有活动定位条以及用于限制所述活动定位条滑动的锁紧件，所述活动定位条的滑动方向垂直于所述固定定位条的延伸方向，所述固定定位条和所述活动定位条之间形成所述定位槽。

4.根据权利要求3所述的上下料复合机器人，其特征在于，所述定位槽的两端均设置有用于所述物料盘滑入所述定位槽的开口，所述固定定位条和所述活动定位条的中间位置均设置有定位块，所述物料盘的两侧中间位置均设置有用于与所述定位块定位连接的定位孔。

5.根据权利要求4所述的上下料复合机器人，其特征在于，所述固定定位条和所述活动定位条的内侧均设置有用于限制所述物料盘上下活动的凸边，所述固定定位条和所述活动定位条的中间位置均设置有容纳槽，所述定位块通过弹性件滑动连接在所述容纳槽内，且所述弹性件挤压所述定位块延出至外部以与所述定位孔进行定位配合；

所述定位块对向两个所述开口的两侧均设置有锁紧面、以及连接在所述锁紧面远离所述通纳槽一端的受压斜面，所述物料盘的两端均设置有用于挤压所述受压斜面的挤压块，以所述固定定位条的延伸方向为长度方向，以所述定位块的滑动方向为宽度方向，所述受压斜面在宽度方向的投影宽度大于等于所述锁紧面的宽度，所述挤压块的凸出尺寸大于等于所述受压斜面的在所述长度方向的投影长度。

6.一种上下料控制方法，其特征在于，控制权利要求1-5中任一所述的上下料复合机器人进行上下料操作，包括以下步骤：

步骤S11：控制组件根据上料信号控制所述移动底盘移动至上料位；

步骤S12：控制组件控制所述上料夹爪抓取所述上料台上的待加工产品；

步骤S13：控制组件控制所述机械手移动使得所述相机位于所述工装台的上方，所述相机对所述第一信标拍照，根据所述相机拍摄的第一信标的图像信息，确定所述抓取组件与所述工装台的相对位置；

步骤S14：控制组件控制所述机械手移动并控制所述下料夹爪抓取加工完毕的产品，根据一号六维力传感器的感应数据调整下料夹爪的位姿以拆卸加工完毕的产品，控制机械手移动并根据一号六维力传感器的感应数据调整上料夹爪的位姿安放待加工产品；

步骤S15：控制组件控制机械手移动至上料台的上方，控制所述下料夹爪将抓取的加工完毕的产品放置到上料台上。

7.根据权利要求6所述的上下料控制方法，其特征在于，所述步骤S13具体包括：

控制组件根据所述相机的位置信息确定相机坐标系，根据所述相机拍摄的第一信标的图像信息确定信标坐标系，同时计算获得所述信标坐标系和所述相机坐标系的第一坐标变换矩阵，所述第一定位件相对所述信标坐标系的位置是固定的，所述上料夹爪和所述下料夹爪相对所述相机坐标系的位置是固定的，进而可计算获得所述上料夹爪和所述下料夹爪相对所述第一定位件的第二坐标变换矩阵。

8.根据权利要求6所述的上下料控制方法，其特征在于，所述步骤S14具体包括：所述下料夹爪沿Z正向拆卸加工完毕的产品，所述上料夹爪沿Z负向安放待加工产品；

拆卸加工完毕的产品时，控制组件上预设有Z正向拆卸力预警值、以及所述下料夹爪抓紧加工完毕的产品后需沿Z正向移动的拆卸移动值，所述上料夹爪移动拆卸移动值之前，实时将所述一号六维力传感器反馈的Z正向实际拆卸力与所述Z正向拆卸力预警值比较，若Z正向实际拆卸力大于所述Z正向拆卸力预警值，则根据所述一号六维力传感器的感应数据调整所述下料夹爪的位姿，再进行拆卸；

安放待加工产品时，控制组件上预设有Z负向接触力预警值，根据所述第二坐标变换矩阵计算所述上料夹爪需沿Z负向移动的装配移动值，且所述上料夹爪移动装配移动值之前，实时将所述一号六维力传感器反馈的Z负向实际接触力与所述Z负向接触力预警值比较，若Z负向实际接触力大于所述Z负向接触力预警值，则根据所述一号六维力传感器的感应数据调整所述上料夹爪的位姿，再进行安放。

9.根据权利要求6所述的上下料控制方法，其特征在于，控制组件上预设有滑动警报值、失衡警报值以及倾覆停机值，所述滑动警报值由第一安全系数与地面的最大静摩擦力的乘积而定，所述失衡警报值由第二安全系数与上下料复合机器人的倾覆力矩的乘积而定，所述倾覆停机值由第三安全系数与上下料复合机器人的倾覆力矩的乘积而定，所述第三安全系数大于所述第二安全系数，所述第三安全系数小于0.9；

所述机械手和所述移动底盘之间连接有二号六维力传感器，根据所述二号六维力传感器的位置确定基座坐标系，根据所述二号六维力传感器的感应数据计算出基座标系下的三维力和三维力矩；

当所述三维力的水平方向的合力大于所述滑动警报值时，所述上下料复合机器人与地面之间会发生相对滑动，控制组件控制所述上下料复合机器人停止工作并触发滑动警报；

当所述三维力矩的水平方向的力矩大于所述失衡警报值时，所述上下料复合机器人存在失衡风险，控制组件控制所述上下料复合机器人停止工作并触发失衡警报；

当所述三维力矩的水平方向的力矩大于所述倾覆警报值时，所述上下料复合机器人存在倾覆风险，控制组件控制所述上下料复合机器人停止工作并触发倾覆警报。

10.根据权利要求6所述的上下料控制方法，其特征在于，步骤S14具体还包括：

控制组件控制所述上料夹爪移动使得待加工产品的两侧面与所述第一定位件接触，通过计算待加工产品移动至接触的过程中的移动距离，从而检验待加工产品的规格；

控制机械手移动并根据一号六维力传感器的感应数据调整上料夹爪的位姿安放确认规格后的待加工产品。

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