CN115786054A - 一种悬挂式八轴机器人地缸醅料取料系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明克服了现有技术存在的不足,提供了一种悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料系统及方法,为了解决上述技术问题,取料机构安装于六轴机器人末端,通过推杆装置控制挖斗翻转,视觉传感器安装于六轴机器人末端的特定位置,用于识别并定位地缸缸口,还用于定期检测并获取缸内醅料的高度。运料小车上安装有提示灯,有红绿黄三种颜色,可以通过颜色提示工人将运料小车放置到六轴机器人的合适位置,运料小车上安装语音播放模块,可以播放用来指示工人操作的语音提示音。八轴机器人和运料小车上均安装定位传感器,工人只需将运料小车推到八轴机器人的工作范围内,八轴机器人可以获取到运料小车的位置数据,将醅料合理的放置于运料小车上。
Description
技术领域
本发明一种悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料系统及方法,属于酿酒设备技术领域。
背景技术
酿酒或酿醋过程中需要将原料醅料放入地缸,经过多天的发酵后,然后通过人工将地缸中发酵后的原料取出蒸馏、配比,最后转化为市场中销售的酒或醋。
生产过程中,地缸中的原料需要工人用铁锹逐锹挖出。由于地缸的结构特殊且数量多,造成人工挖取酒醅劳动强度大且生产效率低的问题,进而引起行业劳动力缺乏,因此自动化设备挖取来代替。工人实时操作的半机械化的取料装置自动化程度低,无法实现单地缸的自动连续作业;传统桁架取料方案难以安装于顶部和边缘空间小的传统车间中,而且桁架边缘的地缸也难以挖取,灵活性较差。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的不足,提供了一种悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料系统及方法。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:一种悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料系统,包括八轴机器人、取料机构、视觉传感器、运料小车、总控制器。八轴机器人包括二轴桁架和六轴机器人。二轴桁架的横向导轨的一侧设置有纵向驱动电机,用于驱动横向导轨沿第一轴方向进行纵向往复移动;所述六轴机器人倒装于横向导轨,且通过设置于横向导轨上的横向驱动电机沿第二轴方向进行横向往复移动。六轴机器人为可倒装的工业六轴机器人,并配有电气控制柜,均安装于桁架的横向导轨上。取料机构安装于六轴机器人末端,通过推杆装置控制挖斗翻转。视觉传感器安装于六轴机器人末端的特定位置,用于识别并定位地缸缸口,还用于定期检测并获取缸内醅料的高度。运料小车上安装有提示灯,有红绿黄三种颜色,可以通过颜色提示工人将运料小车放置到六轴机器人的合适位置。运料小车上安装语音播放模块,可以播放用来指示工人操作的语音提示音。八轴机器人和运料小车上均安装定位传感器,工人只需将运料小车推到八轴机器人的工作范围内,八轴机器人可以获取到运料小车的位置数据,将醅料合理的放置于运料小车上。总控制器处理视觉传感器的数据,同步控制二轴桁架和六轴机器人实现挖斗的轨迹运动,使得挖斗可以进行缸内醅料挖取,同时不会碰到缸口。总控制器配置有手持无线操作器,工人通过手持无线操作器远程控制八轴机器人的上电断电,紧急停止,点动模式、关节模式、直线模式和圆弧模式以及待取料地缸的位置,工人可以输入单个待取料地缸的行数和列数,也可以输入多个待取料地缸的行数和列数,八轴机器人自动进行地缸取料规划,并将地缸中的醅料依次取出放置到运料小车中。
本发明一种悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料方法,按下述步骤实施:
1)工人通过手持无线操作器为系统上电,输入待取料地缸的行数和列数,或者依次输入多个待取料地缸的行数和列数;
2)八轴机器人运动到第一个地缸的取料准备状态,语音提示工人“请将取料小车推到合适的放料位置”;
3)工人通过指示灯的提示将运料小车推到合适的放料位置;
4)八轴机器人运动至视觉传感器图像拍摄位置,获取地缸中醅料的深度数据;
5)八轴机器人带动挖斗进行轨迹运动进入地缸中挖取醅料,依次在四个方位分别进行挖取并将挖取到的醅料放置到运料小车上;
6)八轴机器人重复以上步骤4)、5)将大部分醅料取出;
7)然后工人将运料小车中的醅料进行后续处理作业后,重新进行步骤2进行其余地缸的取料作业。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是:本发明针对现有的人工取料方式劳动强度大,需要工人实时操作的半机械化的设备难以实现单地缸的自动连续作业,传统桁架取料方法灵活性差,智能化程度不高的问题,通过代替人工取料可以降低人工劳动强度;通过使用机器人和视觉编程可以实现自动连续作业,同时提高设备的自动化和智能化水平;通过使用八轴机器人的结构形式,提高取料设备的灵活性,更容易满足大多数环境的取料要求。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明的主视结构示意图。
图3为本发明的取料机构切入醅料状态示意图。
图4为本发明的取料机构翻起醅料状态示意图。
图5为本发明的运料小车示意图。
图中:1为二轴桁架、11为横梁悬挂机构、12为纵向导轨、13为纵向驱动电机、14为横向导轨、15为横向驱动电机、16为限位传感器、2为六轴机器人、3为取料取料机构、31为提拉电缸、32为挖斗、4为视觉传感器、5为运料小车、51为定位传感器、52为提示灯、53为指示灯和定位传感器的处理器、6为总控制器、61为电气控制柜。
具体实施方式
如图1~图5所示,本发明一种悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料系统及方法,包括八轴机器人、取料机构3、视觉传感器4,所述八轴机器人包括二轴桁架1和六轴机器人2,所述二轴桁架1通过横梁悬挂机构11悬挂于车间横梁上,所述二轴桁架1包括:横梁悬挂机构11、纵向导轨12、纵向驱动电机13、横向导轨14、横向驱动电机15、限位传感器16,所述纵向导轨12通过横梁悬挂机构11悬挂于车间横梁上,所述横向导轨14的一侧设置有纵向驱动电机13,用于驱动横向导轨14沿第一轴方向进行纵向往复移动;所述六轴机器人2竖向垂直设置在横向导轨14上,且通过设置于横向导轨14上的横向驱动电机15沿第二轴方向进行横向往复移动;纵向导轨12和横向导轨14上均安装有限位传感器16进行限位检测,所述六轴机器人2是可倒装的工业六轴机器人,可实现机器人末端三维位置和姿态的运动,所述取料机构3安装于六轴机器人2末端,所述取料机构3为加长式挖斗,通过提拉电缸31控制挖斗32翻转,所述视觉传感器4安装于六轴机器人2末端,用于识别定位缸口,还用于定期检测并获取缸内醅料的平均高度。
所述纵向驱动电机13和横向驱动电机15上均设置有位置编码器用于定位,使用周期同步位置模式进行电机的运动规划。
所述提拉电缸31推动挖斗翻转时采用杠杆结构,将挖斗翻转需要的力和形成配置到一个合理的范围。
所述视觉传感器4为RGB-D相机,可以获取彩色图像和深度图像,进而获取点云图像。
所述二轴桁架1下方的地缸地面上设置有运料小车5,所述运料小车5上安装有提示灯52,有红绿黄三种颜色,通过颜色提示工人将运料小车5放置到六轴机器人2的合适位置,所述运料小车5上安装语音播放模块,用于播放用来指示工人操作的语音提示音,所述八轴机器人和运料小车5上均安装定位传感器51,工人只需将运料小车5推到八轴机器人的工作范围内,八轴机器人可以获取到运料小车5的位置数据,将醅料合理的放置于运料小车5上。
所述横向导轨14上设置有总控制器6,所述总控制器6用于处理视觉传感器4的数据,控制二轴桁架1的动作,并控制电气控制柜61中的控制模块,进而控制六轴机器人的动作,所述总控制器6配置有手持无线操作器,工人通过手持无线操作器远程控制八轴机器人的上电断电,紧急停止,点动模式、关节模式、直线模式和圆弧模式以及待取料地缸的位置,工人可以输入单个待取料地缸的行数和列数,也可以输入多个待取料地缸的行数和列数,八轴机器人自动进行地缸取料规划,并将地缸中的醅料依次取出放置到运料小车5中。
所述横向导轨14上设置有电气控制柜61,所述电气控制柜61内设置控制模块以及提拉电缸31的驱动器,所述控制模块用于控制六轴机器人2和提拉电缸,实现挖斗32的轨迹运动,使得挖斗32可以进行缸内醅料挖取,同时不会碰到缸口。
所述视觉传感器4拍摄一次地缸和醅料的图像并处理,在挖斗32不碰地缸的安全范围内的四个方向进行醅料挖取,重复以上操作直至将大部分醅料挖出。
本发明一种悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料方法,按下述步骤实施:
1)工人通过手持无线操作器为系统上电,输入待取料地缸的行数和列数,或者依次输入多个待取料地缸的行数和列数;
2)八轴机器人运动到第一个地缸的取料准备状态,语音提示工人“请将取料小车推到合适的放料位置”;
3)工人通过指示灯的提示将运料小车推到合适的放料位置,语音提示工人“请远离设备工作范围”;
4)八轴机器人运动至视觉传感器图像拍摄位置,获取地缸中醅料的深度数据;
5)八轴机器人带动挖斗进行轨迹运动进入地缸中挖取醅料,依次在四个方位分别进行挖取并将挖取到的醅料放置到运料小车上;
6)八轴机器人重复以上步骤4)、5)将大部分醅料取出;
7)然后工人将运料小车5中的醅料进行后续处理作业后,重新进行步骤2进行其余地缸的取料作业。
下面结合具体实施方式,进行进一步的阐述。
一种悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料系统,包括:八轴机器人、取料机构3、视觉传感器4、运料小车5、总控制器6,所述八轴机器人包括二轴桁架1和六轴机器人2,所述二轴桁架1包括:横梁悬挂机构11、纵向导轨12、纵向驱动电机13、横向导轨14、横向驱动电机15、限位传感器16,所述横向导轨14的一侧设置有纵向驱动电机13,用于驱动横向导轨14沿第一轴方向进行纵向往复移动;所述六轴机器人2竖向垂直设置在横向导轨14上,且通过设置于横向导轨14上的横向驱动电机15沿第二轴方向进行横向往复移动;纵向驱动电机13和横向驱动电机15上均设置有位置编码器用于定位,使用周期同步位置模式进行电机的运动规划;纵向导轨12和横向导轨14上均安装有限位传感器16进行限位检测,通过横梁悬挂机构11将桁架悬挂于车间横梁上。六轴机器人2是可倒装的工业六轴机器人,并配有电气控制柜61,均安装于桁架的横向导轨14上,可实现机器人末端三维位置和姿态的运动。取料机构3安装于六轴机器人2末端,该取料机构3为加长式挖斗,通过提拉电缸31控制挖斗32翻转;提拉电缸31推动挖斗翻转时采用杠杆结构,将挖斗翻转需要的力和形成配置到一个合理的范围。
当取料机构3挖取时挖斗32竖直切入醅料,如图3所示,以减小切入阻力,当切入足够深度时挖斗32翻起挖出,如图4所示。
本发明中视觉传感器4为RGB-D相机,可以获取彩色图像和深度图像,进而获取点云图像。该视觉传感器4安装于六轴机器人2末端,用于识别定位缸口,还用于定期检测并获取缸内醅料的平均高度。
具体实施方式如下:
1、首先对彩色图像进行边缘检测大致分割出地缸口边缘。
2、使用椭圆拟合重新拟合地缸口,获取地缸口的圆心坐标。
3、由于挖料过程相同高度醅料下降较为均匀,但总体呈中心高度低边缘高度高的趋势,获取上述圆心坐标为中心的一块圆形区域的平均高度作为当前醅料高度进行挖取。
4、由于地缸边缘没有了支撑也会落到地缸底部,最终将均被取料机构3挖出。
本发明中运料小车上安装有提示灯,有红绿黄三种颜色,可以通过颜色提示工人将运料小车5放置到六轴机器人的合适位置。八轴机器人和运料小车5上均安装定位传感器51,工人只需将运料小车5推到八轴机器人的工作范围内,八轴机器人可以获取到运料小车5的位置数据,将醅料合理的放置于运料小车5上。
具体实施方式如下:
1、工人将运料小车5推到六轴机器人2的取料可达的大致范围内。
2、如果满足六轴机器人2配合取料装置3可将醅料放置到运料小车5的所有位置,即点亮绿色提示灯;如果不满足运料小车的所有位置但部分可以放置醅料,即点亮黄色提示灯;如果运料小车5的任何位置都无法放置醅料,即点亮红色提示灯,以此辅助工人将运料小车5布置到放置醅料合理的位置。
3、运料小车5上至少安装2个定位传感器,可以用来获取运料小车5在六轴机器人坐标系下的位置和姿态,再根据运料小车常数尺寸,即可定位到运料小车上的任意位置进行醅料放置。
本发明中总控制器6处理视觉传感器4的数据,并控制二轴桁架1的动作,,并控制电气控制柜61内的控制模块控制六轴机器人2,保证桁架1和机器人2同时启停,实现挖斗32轨迹运动,使得挖斗32可以进行缸内醅料挖取,同时不会碰到缸口。
具体实施方式如下:
1、首先测量挖斗32在缸口和在缸底时二轴桁架在XY方向的位置,并求距离。
2、获取挖斗32在缸口和在缸底时挖斗32在六轴机器人2坐标系下的位置,并求距离。
3、给定运动速度下,获取六轴机器人2的加速时间、匀速时间和减速时间,并规划二轴桁架1的拥有同样的加速时间、匀速时间和减速时间。
4、使用毫秒级控制周期控制二轴桁架1运动与六轴机器人2轨迹运动同时启停,即实现缸内醅料挖取。
本发明中工人通过手持无线操作器远程控制八轴机器人的上电断电,紧急停止,点动模式、关节模式、直线模式和圆弧模式以及待取料地缸的位置,工人可以输入单个待取料地缸的行数和列数,也可以输入多个待取料地缸的行数和列数,八轴机器人自动进行地缸取料规划,并将地缸中的醅料依次取出放置到运料小车5中。
本方法挖取方式的具体实施方式如下:
为了提高醅料挖取效率,视觉传感器4拍摄一次地缸和醅料的图像并处理,在挖斗32不碰地缸的安全范围内的四个方向进行醅料挖取,重复以上操作直至将大部分醅料挖出。
本发明中醅料取料流程如下:
1、工人通过手持无线操作器为系统上电,输入待取料地缸的行数和列数,或者依次输入多个待取料地缸的行数和列数。
2、八轴机器人运动到第一个地缸的取料准备状态,语音提示工人“请将取料小车推到合适的放料位置”。
3、工人通过指示灯的提示将运料小车推到合适的放料位置。
4、八轴机器人运动至视觉传感器图像拍摄位置,获取地缸中醅料的深度数据。
5、八轴机器人带动挖斗进行轨迹运动进入地缸中挖取醅料,依次在四个方位分别进行挖取并将挖取到的醅料放置到运料小车上。
6、八轴机器人重复以上步骤4、5将大部分醅料取出。
7、然后工人将运料小车5中的醅料进行后续处理作业后,重新进行步骤2进行其余地缸的取料作业。
本发明同时也适用于其他散料挖取工作。
本发明中通过总控制器6属于最上层控制器,负责协同包括电气控制柜61和视觉传感器4在内的所有可控模块进行动作。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (9)
1.一种悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料系统及方法,其特征在于,包括八轴机器人、取料机构(3)、视觉传感器(4),所述八轴机器人包括二轴桁架(1)和六轴机器人(2),所述二轴桁架(1)通过横梁悬挂机构(11)悬挂于车间横梁上,所述二轴桁架(1)包括:横梁悬挂机构(11)、纵向导轨(12)、纵向驱动电机(13)、横向导轨(14)、横向驱动电机(15)、限位传感器(16),所述纵向导轨(12)通过横梁悬挂机构(11)悬挂于车间横梁上,所述横向导轨(14)的一侧设置有纵向驱动电机(13),用于驱动横向导轨(14)沿第一轴方向进行纵向往复移动;所述六轴机器人(2)竖向垂直设置在横向导轨(14)上,且通过设置于横向导轨(14)上的横向驱动电机(15)沿第二轴方向进行横向往复移动;纵向导轨(12)和横向导轨(14)上均安装有限位传感器(16)进行限位检测,所述六轴机器人(2)是可倒装的工业六轴机器人,可实现机器人末端三维位置和姿态的运动,所述取料机构(3)安装于六轴机器人(2)末端,所述取料机构(3)为加长式挖斗,通过提拉电缸(31)控制挖斗(32)翻转,所述视觉传感器(4)安装于六轴机器人(2)末端,用于识别定位缸口,还用于定期检测并获取缸内醅料的平均高度。
2.根据权利要求1所述的一种悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料系统及方法,其特征在于,所述纵向驱动电机(13)和横向驱动电机(15)上均设置有位置编码器用于定位,使用周期同步位置模式进行电机的运动规划。
3.根据权利要求1所述的一种悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料系统及方法,其特征在于,所述提拉电缸(31)推动挖斗翻转时采用杠杆结构,将挖斗翻转需要的力和形成配置到一个合理的范围。
4.根据权利要求1所述的一种悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料系统及方法,其特征在于,所述视觉传感器(4)为RGB-D相机,可以获取彩色图像和深度图像,进而获取点云图像。
5.根据权利要求1所述的一种悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料系统及方法,其特征在于,所述二轴桁架(1)下方的地缸地面上设置有运料小车(5),所述运料小车(5)上安装有提示灯(52),有红绿黄三种颜色,通过颜色提示工人将运料小车(5)放置到六轴机器人(2)的合适位置,所述运料小车(5)上安装语音播放模块,用于播放用来指示工人操作的语音提示音,所述八轴机器人和运料小车(5)上均安装定位传感器(51),工人只需将运料小车(5)推到八轴机器人的工作范围内,八轴机器人可以获取到运料小车(5)的位置数据,将醅料合理的放置于运料小车(5)上。
6.根据权利要求1所述的一种悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料系统及方法,其特征在于,所述横向导轨(14)上设置有总控制器(6),所述总控制器(6)用于处理视觉传感器(4)的数据,控制二轴桁架(1)的动作,并控制电气控制柜(61)中的控制模块,进而控制六轴机器人的动作,所述总控制器(6)配置有手持无线操作器,工人通过手持无线操作器远程控制八轴机器人的上电断电,紧急停止,点动模式、关节模式、直线模式和圆弧模式以及待取料地缸的位置,工人可以输入单个待取料地缸的行数和列数,也可以输入多个待取料地缸的行数和列数,八轴机器人自动进行地缸取料规划,并将地缸中的醅料依次取出放置到运料小车(5)中。
7.根据权利要求1所述的一种悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料系统及方法,其特征在于,所述横向导轨(14)上设置有电气控制柜(61),所述电气控制柜(61)内设置控制模块以及提拉电缸(31)的驱动器,所述控制模块用于控制六轴机器人(2)实现挖斗(32)的轨迹运动,使得挖斗(32)可以进行缸内醅料挖取,同时不会碰到缸口。
8.根据权利要求1所述的一种悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料系统及方法,其特征在于,所述视觉传感器(4)拍摄一次地缸和醅料的图像并处理,在挖斗(32)不碰地缸的安全范围内的四个方向进行醅料挖取,重复以上操作直至将大部分醅料挖出。
9.一种根据权利要求1所述的悬挂式八轴机器人的地缸醅料取料方法,其特征在于,按下述步骤实施:
1)工人通过手持无线操作器为系统上电,输入待取料地缸的行数和列数,或者依次输入多个待取料地缸的行数和列数;
2)八轴机器人运动到第一个地缸的取料准备状态,语音提示工人“请将取料小车推到合适的放料位置”;
3)工人通过指示灯的提示将运料小车推到合适的放料位置,语音提示工人“请远离设备工作范围”;
4)八轴机器人运动至视觉传感器图像拍摄位置,获取地缸中醅料的深度数据;
5)八轴机器人带动挖斗进行轨迹运动进入地缸中挖取醅料,依次在四个方位分别进行挖取并将挖取到的醅料放置到运料小车上;
6)八轴机器人重复以上步骤4)、5)将大部分醅料取出;
7)然后工人将运料小车(5)中的醅料进行后续处理作业后,重新进行步骤2进行其余地缸的取料作业。
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