CN208020187U - 一种用于多工位气阀装配机器人的工作平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型属装配机器人附属设备领域，尤其涉及一种用于多工位气阀装配机器人的工作平台,包括工作台（1）、电控箱（2）、蜗轮丝杆升降机（3）、麦克纳姆轮（4）、车架（6）及电气控制模块；电气控制模块包括参数输入与选择模块（10）、传感器单元、计数器单元（16）、图像处理模块、PLC控制器、供电系统及执行机构；参数输入与选择模块（10）、传感器单元、计数器单元（16）及图像处理模块的信号传输端口分别与PLC控制器信号传输端口相接；执行机构包括A伺服电机（17）及B伺服电机（18）。本实用新型运动准确，工作可靠，效率高，可实现任意方向移动，工作平台不仅可以设定提升高度，而且可调水平。

Description

一种用于多工位气阀装配机器人的工作平台

技术领域

本实用新型属装配机器人附属设备领域，尤其涉及一种用于多工位气阀装配机器人的工作平台。

背景技术

目前市面上的装配机器人多是单工位工作型的，每个机器人只能在一个工位下完成一套装配动作，且只能装配一种压缩机机型，因此需要多台机器人才能完成整个装配任务，成本较高，并且在工作空间有限的情况下，多台机器人不宜布置且工作时会相互干扰，使用不方便，工作环境差，效率低。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种结构简单，使用方便，工作可靠，效率高，成本低廉，可实现不同压缩机机型、不同工位及不同气阀在同一工作平台下完成装配任务的用于多工位气阀装配机器人的工作平台。

为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的。

一种用于多工位气阀装配机器人的工作平台，包括工作台、电控箱、蜗轮丝杆升降机、麦克纳姆轮、车架及电气控制模块；所述工作台固定设于车架中心区域；所述电控箱置于工作台的侧面；所述蜗轮丝杆升降机垂直固定设于车架四角；所述电气控制模块包括参数输入与选择模块、传感器单元、计数器单元、图像处理模块、PLC控制器、供电系统及执行机构；所述参数输入与选择模块、传感器单元、计数器单元及图像处理模块的信号传输端口分别与PLC控制器信号传输端口相接；所述计数器单元设于蜗轮丝杆升降机的输入轴上；所述执行机构包括A伺服电机及B伺服电机；所述A伺服电机固定设于麦克纳姆轮安装架之上，其动力输出端与麦克纳姆轮动力输入端相接；所述B伺服电机固定置于车架的底部，其动力输出端与蜗轮丝杆升降机动力输入端相接；所述A伺服电机及B伺服电机的信号传输端口分别经驱动器与PLC控制器的信号传输端口相接；所述供电系统分别向PLC控制器、A伺服电机、B伺服电机提供电源。

作为一种优选方案，本实用新型在所述车架与麦克纳姆轮之间固定设有阻尼弹簧减震器。

进一步地，本实用新型所述图像处理模块固定设于蜗轮丝杆升降机（3）的顶部。

进一步地，本实用新型还设有无线遥控器及无线接收器；所述无线接收器的信号传输端口与PLC控制器的信号传输端口相接。

进一步地，本实用新型还设有音频模块；所述音频模块的信号传输端口与PLC控制器的信号传输端口相接。

进一步地，本实用新型所述传感器单元包括红外测距传感器、水平传感器、超声波模块、电子罗盘及码盘；所述红外测距传感器固定设于工作台底部中心区域；所述超声波模块与红外测距传感器同侧，且置于工作台两端。

进一步地，本实用新型还设有伸缩支腿及摇把；所述伸缩支腿收缩后置于车架两端的导轨内；所述摇把的工作端设于伸缩支腿上。

本实用新型结构简单，运动准确，使用方便，工作可靠，效率高，成本低廉，可实现任意方向移动，工作平台不仅可以设定提升高度，而且可调水平。本实用新型通过一个机器人在多个工位下执行不同的机器人程序完成机械部件的装配任务。在多台机器人联合工作空间不足的情况下，使用单台机器人在多工位下进行工作以节约工作空间，有更深远的现实意义。由于使用单台机器人完成多工位工作，能大大节约机器人使用成本，所以使装配机器人不仅能用于装配生产中，并且也可用于机械设备维护中。提高了设备使用率，减少企业资金投入。

与现有技术相比，本实用新型有以下优点:

1、移动方式采用麦克纳姆轮，实现了任意方向的移动，运动准确，精度高；

2、工作平台采用蜗轮丝杆升降机，不仅可以设定工作平台提升高度来弥补机器人工作高度，而且实现了平台的调平，确保机器人坐标系准确；

3、采用优化算法，确保机器人坐标系与装配体坐标系X轴重合；优化算法可采用初代产品，涉及一个简单的闭环控制，根据测距传感器的返回值，在PLC程序里进入一个比较器，不停的与比较器里设定的期望值进行比较，修正。可依据经典控制理论推出的一个传递函数的多项式；

4、制造成本低廉，使用方便，工作可靠，与传统的单工位装配机器人比较，移动式工作平台实现了机器人的多工位工作，亦可装配不同型号的压缩机机型的气阀，不仅能用于装配生产中，并且也可用于机械设备维护中。提高了设备使用率，大大减少了企业资金投入。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。本实用新型的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本实用新型的机械部分俯视方向立体结构示意图。

图2为本实用新型的机械部分仰视方向立体结构示意图。

图3为本实用新型的电气部分原理框图。

图4为本实用新型电气部分的各单元与PLC控制器连接示意图。

图5为升降系统控制流程图。

图中：1、工作台；2、电控箱；3、蜗轮丝杆升降机；4、麦克纳姆轮；5、阻尼弹簧减震器；6、车架；7、伸缩支腿；8、摇把；9、控制盒；10、参数输入与选择模块；11、亚克力板；12、机器人安装位置；13、超声波测距传感器；141、水平传感器；142、电子罗盘；143、码盘；15、红外测距传感器；16、计数器单元；17、A伺服电机；18、B伺服电机；19是槽钢；20、图像处理模块。

具体实施方式

如图所示，用于多工位气阀装配机器人的工作平台，包括工作台1、电控箱2、蜗轮丝杆升降机3、麦克纳姆轮4、车架6及电气控制模块；所述工作台1固定设于车架6中心区域；所述电控箱2置于工作台1的侧面；所述蜗轮丝杆升降机3垂直固定设于车架6四角；所述电气控制模块包括参数输入与选择模块10、传感器单元、计数器单元16、图像处理模块、PLC控制器、供电系统及执行机构；所述参数输入与选择模块10、传感器单元、计数器单元16及图像处理模块的信号传输端口分别与PLC控制器信号传输端口相接；所述计数器单元16设于蜗轮丝杆升降机3的输入轴上；所述执行机构包括A伺服电机17及B伺服电机18；所述A伺服电机17固定设于麦克纳姆轮4安装架之上，其动力输出端与麦克纳姆轮4动力输入端相接；所述B伺服电机18固定置于车架6的底部，其动力输出端与蜗轮丝杆升降机动力输入端相接；所述A伺服电机17及B伺服电机18的信号传输端口分别经驱动器与PLC控制器的信号传输端口相接；所述供电系统分别向PLC控制器、A伺服电机17、B伺服电机18提供电源。

本实用新型在所述车架6与麦克纳姆轮4之间固定设有阻尼弹簧减震器5。本实用新型所述图像处理模块固定设于蜗轮丝杆升降机3的顶部。根据设计需要，本实用新型还设有无线遥控器及无线接收器；所述无线接收器的信号传输端口与PLC控制器的信号传输端口相接。本实用新型还设有音频模块；所述音频模块的信号传输端口与PLC控制器的信号传输端口相接。

本实用新型所述传感器单元包括红外测距传感器15、水平传感器141、超声波模块13、电子罗盘142及码盘143（码盘143集成在四个A伺服电机17尾部，如图2所示）；所述红外测距传感器15固定设于工作台1底部中心区域；所述超声波模块13与红外测距传感器15同侧，且置于工作台1两端。本实用新型还设有伸缩支腿7及摇把8；所述伸缩支腿7收缩后置于车架6两端的导轨内；所述摇把8的工作端设于伸缩支腿7上。

上述用于多工位气阀装配机器人工作平台的使用方法，包括如下步骤实施：

（1）将电气控制模块中的数据接口与机器人控制柜的数据相连；打开工作平台开关后再启动机器人；

（2）在参数输入与选择模块的人机交互界面中选择本次装配的压缩机型号，选择本次安装的气阀型号，选择所需的装配工位，选择对应工位下执行的机器人装配程序；

（3）在参数输入与选择模块的人机交互界面中设置机器人距离工件的距离，设置工作平台移动路线及位姿，设置工作平台提升高度，设置工作平台的工作角度；

（4）工作平台到达指定工位后，启动位置定位程序，先由红外测距传感器控制达到所设定的距离，并使工作平台与装配体X轴重合，再由两个超声波测距传感器通过算法控制调整工作平台Y轴与装配体Y轴平行；

（5）启动升降程序，先由计数器单元控制涡轮丝杆升降机提升至所设定高度，再由水平传感器控制涡轮丝杆升降机，调整至所设定工作平台的工作角度；

（6）工作平台完成基础工作，向机器人发出预先选择的装配程序，机器人开始工作；

（7）机器人工作完成后，返回工作平台信号，涡轮丝杆升降机收回；

（8）本工位完成后，工作平台执行下一工位程序，重复步骤（4）～步骤（7），直至所有工位全部完成。

本实用新型如需手动操作，采用无线遥控器进行操作；将参数输入与选择模块中的移动路线和位姿参数设置为“-1”，使用无线遥控器进行各个子程序的手动操作。

本实用新型可用于多工位装配机器人的移动、定位、控制。在具体设计时，本实用新型包括机械部分和电气控制部分；其中，机械部分包括：工作台1、电控箱2、蜗轮丝杆升降机3、麦克纳姆轮4、阻尼弹簧减震器5、车架6、伸缩支腿7、摇把8、控制盒9及亚克力板11；工作台1固定于车架6中心区域，电控箱2分别放置于工作台1两侧，蜗轮丝杆升降机3固定安装在车架6四角，阻尼弹簧减震器5用于连接车架6与麦克纳姆轮4，伸缩支腿7收缩放置于车架6两端的导轨内，摇把8安装在伸缩支腿7上，控制盒9及参数输入与选择模块10分别放置于两个电控箱2的底侧，控制盒9上方铰接亚克力板11，车架6为矩形管焊接，中空部分均可用作电气线路的通道。电气控制部分包括：终端设备（参数输入与选择模块10以及无线遥控器）、传感器单元、计数器单元、图像处理模块、PLC控制器、供电系统、执行机构及音频模块；终端设备的通讯端口与PLC控制器的通讯端口相连，传感器单元的信号输出端与PLC控制器的数字输入模组相连，计数器单元的信号输出端与PLC控制器的数字输入模组相连，图像处理模块的信号输出端与PLC控制器的数字输入模组相连，供电系统的信号输出端与PLC控制器、电机等各用电设备相连，PLC控制器的输出端子与驱动器相连，驱动器与各执行机构相连，PLC控制器的另一输出端子与音频模块相连。PLC控制器置于电控箱2内。

本实用新型所述终端设备为参数输入与选择模块10（七寸工业触摸屏）与无线遥控器，无线接收器与PLC控制器的数字输入模组相连。工业触摸屏主要用于参数的输入与选择，无线遥控器主要用于工作平台的手动控制；终端设备输入的参数，包括机器人距离工件的距离，移动路线，位姿，平台提升高度，平台工作角度；终端设备选择的参数，包括压缩机型号、气阀型号、装配工位、机器人装配程序。以上所述终端设备仅为本实用新型的优选示例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种改变和变化。例如将所述终端设备改为手机、电脑、平板等电子产品中的一种或几种，具体是哪种电子产品，对于终端设备并没有很严格的要求。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、同等替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护保护范围之内。

本实用新型所述传感器单元包括红外测距传感器15、水平传感器141、超声波模块13、电子罗盘142及码盘143。其中，红外测距传感器15用来测控机器人距离工件的距离，由所需装配机型自行在终端设备里设置，同时保证平台X轴与装配体X轴共线；水平传感器141用以平台调平工作，其反馈的X轴与Y轴角度量输入至PLC控制器，控制涡轮丝杆升降机3的转动圈数，达到终端设备里所设定的平台工作角度；超声波模块为两个超声波测距传感器13，放置在工作台1的两端，与红外测距传感器15同侧，其作用是控制两超声传感器所获数值相等，以达到平台Y轴与装配体Y轴平行，同时补偿红外测距传感器的精度；电子罗盘142控制平台的转动方向，码盘143用来测控平台的移动距离，因为电子罗盘142产生的误差不会叠加，用以补偿码盘143的精度。以上所述传感器单元仅为本实用新型的优选实施例，并不限制本实用新型。各个传感器部分可根据需要安装在不同位置。

本实用新型所述图像处理模块采用实时热成像视频摄像头，实时热成像视频摄像头采集到的图片送到视觉传感器驱动器进行处理，并将处理结果反馈至PLC控制器，实时热成像视频摄像头采集到的热像图片，进行时域对比，当检测到有热源移动时，传感器认定在工作区域有人为活动，机器报警，向机器人发出暂停工作信号，起到安全保护作用。图像处理模块（热成像视频摄像头）安装在蜗轮丝杆升降机3的顶部。

本实用新型所述计数器单元16安装在蜗轮丝杆升降机3的输入轴上，主要监控平台的升降与调平工作。其信号实时反馈至PLC控制器，根据输入轴旋转圈数计算得出升降机的提升高度，最终达到终端设备里所设定的平台提升高度，而后再与水平传感器通讯，进行调平工作。

本实用新型所述音频模块为扬声器及其驱动器，用于关键工作状态播报和报警提醒。

本实用新型所述执行机构包括：A伺服电机17及B伺服电机18。其中A伺服电机17连接麦克纳姆轮4，控制平台的移动与转弯等基本动作；B伺服电机18连接蜗轮丝杆升降机3，负责升降机的升降和调平工作。麦克纳姆轮4有其专用的驱动器，与PLC控制器相连。

本实用新型所述四台A伺服电机17固定在四个轮子安装架上，分别控制四个麦克纳姆轮4。麦克纳姆轮驱动器、阻尼弹簧减震器5、A伺服电机17、麦克纳姆轮4均安装在各自的轮子安装架上。四个B伺服电机18安装在车架6底部，与蜗轮丝杆升降机3相连，控制蜗轮丝杆升降机3的运动，负责工作台1升降高度和调平工作。麦克纳姆轮4实现工作平台的任意方向移动。

本实用新型所述机械部分的工作台1下方有两条槽钢19于车架6焊接，起到增加负载能力与稳定车身的作用。伸缩支腿7用于增加承载能力，防止平台倾覆。

本实用新型所述供电系统，包括充电器、逆变器、电池组、24V恒压源、逆流保护器，实现了电池供电与电源供电的双向调节，同时提供不同电压予以工作使用。

下面介绍本实用新型用于多工位气阀装配机器人的工作平台的使用方法，其具体步骤包括：

1）将电气控制模块中的RJ45接口与机器人控制柜的RJ45接口通过网线相连；连接电源（或采用电池供电），打开工作平台开关后再启动机器人；

2）在工业触摸屏的人机交互界面中选择本次装配的压缩机型号，选择本次安装的气阀型号，选择所需的装配工位，选择对应工位下执行的机器人装配程序；

3）在工业触摸屏的人机交互界面中设置机器人距离工件的距离，设置平台移动路线及位姿，设置平台提升高度，设置平台工作角度；

4）平台到达指定工位后，启动位置定位程序，先由红外测距传感器控制达到所设定距离，并使平台与装配体X轴重合，再由两个超声波测距传感器通过算法控制调整平台Y轴与装配体Y轴平行；

5）启动升降程序，先由计数器控制涡轮丝杆升降机提升至所设定高度，再由水平传感器控制涡轮丝杆升降机调整至所设定平台工作角度；

6）平台完成基础工作，向机器人发出预先选择的装配程序，机器人开始工作；

7）机器人工作完成后，返回平台信号，涡轮丝杆升降机收回；

8）本工位完成后，平台执行下一工位程序，重复步骤4-步骤7，直至所有工位全部完成；

9）在整个工作流程中，音频模块进行关键工作状态播报，如：“开始工作”、“定位完成”、“升降完成”、“调平完成”、“开始装配”、“工作完成”等；

10）在整个工作流程中，如图像处理模块检测到工作区域有人为活动，机器报警，并向机器人发出暂停工作信号；

11）如需手动操作，可用无线遥控器进行操作；将工业触摸屏中的移动路线和位姿参数设置为“-1”，即可使用无线遥控器进行各个子程序的手动操作；

12）手动操作中，如承载能力过大，或工位伸出距离太长，可打开伸缩支腿，以防止平台倾覆。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于多工位气阀装配机器人的工作平台，其特征在于：包括工作台（1）、电控箱（2）、蜗轮丝杆升降机（3）、麦克纳姆轮（4）、车架（6）及电气控制模块；所述工作台（1）固定设于车架（6）中心区域；所述电控箱（2）置于工作台（1）的侧面；所述蜗轮丝杆升降机（3）垂直固定设于车架（6）四角；所述电气控制模块包括参数输入与选择模块（10）、传感器单元、计数器单元（16）、图像处理模块、PLC控制器、供电系统及执行机构；所述参数输入与选择模块（10）、传感器单元、计数器单元（16）及图像处理模块的信号传输端口分别与PLC控制器信号传输端口相接；所述计数器单元（16）设于蜗轮丝杆升降机（3）的输入轴上；所述执行机构包括A伺服电机（17）及B伺服电机（18）；所述A伺服电机（17）固定设于麦克纳姆轮（4）安装架之上，其动力输出端与麦克纳姆轮（4）动力输入端相接；所述B伺服电机（18）固定置于车架（6）的底部，其动力输出端与蜗轮丝杆升降机动力输入端相接；所述A伺服电机（17）及B伺服电机（18）的信号传输端口分别经驱动器与PLC控制器的信号传输端口相接；所述供电系统分别向PLC控制器、A伺服电机（17）、B伺服电机（18）提供电源。

2.根据权利要求1所述的用于多工位气阀装配机器人的工作平台，其特征在于：在所述车架（6）与麦克纳姆轮（4）之间固定设有阻尼弹簧减震器（5）。

3.根据权利要求2所述的用于多工位气阀装配机器人的工作平台，其特征在于：所述图像处理模块固定设于蜗轮丝杆升降机（3）的顶部。

4.根据权利要求3所述的用于多工位气阀装配机器人的工作平台，其特征在于：还设有无线遥控器及无线接收器；所述无线接收器的信号传输端口与PLC控制器的信号传输端口相接。

5.根据权利要求4所述的用于多工位气阀装配机器人的工作平台，其特征在于：还设有音频模块；所述音频模块的信号传输端口与PLC控制器的信号传输端口相接。

6.根据权利要求5所述的用于多工位气阀装配机器人的工作平台，其特征在于：所述传感器单元包括红外测距传感器（15）、水平传感器（141）、超声波模块（13）、电子罗盘（142）及码盘（143）；所述红外测距传感器（15）固定设于工作台（1）底部中心区域；所述超声波模块（13）与红外测距传感器（15）同侧，且置于工作台（1）两端。

7.根据权利要求6所述的用于多工位气阀装配机器人的工作平台，其特征在于：还设有伸缩支腿（7）及摇把（8）；所述伸缩支腿（7）收缩后置于车架（6）两端的导轨内；所述摇把（8）的工作端设于伸缩支腿（7）上。