CN209774652U - 一种协作机器人及加工系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种协作机器人和加工系统，协作机器人包括机器人主体、机械臂及机械手；所述机械臂设置于所述机器人主体上，所述机械手设置于所述机械臂末端；所述机器人主体包括通讯单元、控制单元、机器人定位单元、移动单元和障碍物检测单元；所述机器人通讯单元、定位单元、移动单元和障碍物检测单元分别与控制单元连接，所述通讯单元与上位机通讯连接。本实用新型的协作机器人障碍物检测单元能够根据环境信息确定行进路线上的障碍物，并进行动态避障，扩大了协作机器人的工作范围，且在协作机器人行进过程中，操作人员可以对协作机器人运输的工件进行检查，而不影响其正常运行。

Description

一种协作机器人及加工系统

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种协作机器人及加工系统。

背景技术

随着经济、技术的发展，智能化设备已经广泛应用于人们的生产和生活当中，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。而随着智能化设备的带来，机器人技术也得到了长足的发展，机器人也已经逐步开始进入了人们的生产和生活。

现有的自动化单元一般是使用工业机器人，所有的加工按照事先排好的工作列表进行生产加工，加工设备和检测设备利用工业机器人串联在一起，行成一个加工线。为了保证机器人在工作过程中对操作人员及周围人员的安全性，需要用安全围栏将加工设备、机器人和检测设备围起来，围成一个封闭的区域，在这个封闭区域内，机器人与机床在运行时间内，是不允许有操作人员与其他人员进入这个封闭区域，否则会有安全事故发生的隐患。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种协作机器人及加工系统，能够扩大协作机器人的工作范围，同时提高操作人员的安全性。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种协作机器人，包括机器人主体、机械臂及机械手；

所述机械臂设置于所述机器人主体上，所述机械手设置于所述机械臂末端；

所述机器人主体包括通讯单元、控制单元、机器人定位单元、移动单元和障碍物检测单元；

所述机器人通讯单元、定位单元、移动单元和障碍物检测单元分别与控制单元连接，所述通讯单元与上位机通讯连接。

可选的，该协作机器人还包括机械手定位单元，所述机械手定位单元与所述控制单元连接，用于确定所述机械手的位置。

可选的，所述机器人主体上还设置有载物台，用于承载工件，所述载物台设置有限位结构，用于固定所述工件。

可选的，所述障碍物检测单元包括激光扫描雷达、超声波传感器和深度相机中的至少一种。

可选的，机械手定位单元包括视觉检测传感器，用于检测位于目标设备上的定位标记。

可选的，所述机器人定位单元包括激光定位传感器或视觉定位传感器。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种加工系统，基于本实用新型第一方面所述的协作机器人，包括上位机和目标设备，所述协作机器人和目标设备分别与上位机通讯连接。

可选的，所述目标设备至少包括加工设备和检测设备。

本实用新型实施例提供的协作机器人，机器人主体包括障碍物检测单元，用于检测在协作机器人行进过程中，获取协作机器人预设范围内的环境信息，并传输至控制单元，控制单元基于环境信息确定行进路线上的障碍物，并向移动单元发送避障指令，移动单元调整协作机器人的行进方向，完成动态避障，扩大了协作机器人的工作范围，且在协作机器人行进过程中，操作人员可以对协作机器人运输的工件进行检查，而不影响其正常运行。

附图说明

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例提供的一种协作机器人的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种协作机器人的连接框图；

图3为本实用新型实施例提供的一种加工系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本实用新型实施例提供了一种协作机器人，图1为本实用新型实施例提供的一种协作机器人的结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的一种协作机器人的连接框图，如图1和图2所示，该协作机器人包括机器人主体100、机械臂210及机械手220。

机械臂210设置于机器人主体100上，包括竖直固定在机器人主体100上的用于支撑的第一部分211，以及与第一部分211活动连接的第二部分212，其中，第一部分211和第二部分212可通过万向接头连接，机械手220活动连接于第二部分212的末端，机械手220用于抓取工件。可选的，第一部分211和第二部分212为可伸缩的杆状结构。

机器人主体100包括通讯单元110、控制单元120、机器人定位单元130、移动单元140和障碍物检测单元150，控制单元120、机器人定位单元130、移动单元140和障碍物检测单元150分别与通讯单元110连接，通讯单元110用于与上位机通讯连接。机器人主体100包括外罩，通讯单元110、机器人定位单元130与控制单元120可以集成在主控电路板上，主控电路板设置于外罩内部。其中，机器人定位单元130用于实时获取机器人主体100的位置信息，移动单元140可以包括驱动电机(图中未示出)和驱动轮141，用于驱动机器人主体100运动，障碍物检测单元150用于在协作机器人按行进路线行进的过程中，获取协作机器人预设范围(略大于机器人主体自身的宽度范围)内的环境信息，并传输至控制单元120，控制单元120基于获得环境信息确定行进路线上的障碍物，并向移动单元140发送避障指令，移动单元140调整协作机器人的行进方向，完成动态避障。在避开障碍物后，机器人定位单元130将更新后的机器人主体100的位置信息发送给控制单元120，控制单元120根据更新后的位置信息和目标位置的位置信息，重新确定行进路线。其中，目标位置为协作机器人与目标设备(例如加工设备)交接时的交接位置。

在有些加工过程中，无法避免需要人为的干涉其中，来检查与判断加工质量与加工结果。现有的自动化线体在加工过程中无法人为干预生产过程，有些加工可能在第一步生产过程中就已经报废，没有必要进行接下来的加工工序，这样造成了加工时间、机床及加工刀具的浪费。本实用新型实施例提供的协作机器人，在协作机器人行进过程中，操作人员可以对协作机器人运输的工件进行检查，而不影响其正常运行。

本实用新型实施例提供的协作机器人，机器人主体包括障碍物检测单元，用于检测在协作机器人行进过程中，获取协作机器人预设范围内的环境信息，并传输至控制单元，控制单元基于环境信息确定行进路线上的障碍物，并向移动单元发送避障指令，移动单元调整协作机器人的行进方向，完成动态避障，扩大了协作机器人的工作范围，且在协作机器人行进过程中，操作人员可以对协作机器人运输的工件进行检查，而不影响其正常运行。

机械手220要与目标设备完成工件交接，将工件放置在目标设备上的预设工位上，就需要控制单元120获取机械手220的实时位置信息，并根据机械手220的实时位置和预设工位的位置信息，通过调整机械臂210和机械手220，将工件精准地放置在预设工位上。示例性的，该协作机器人还包括机械手定位单元160，机械手定位单元160与控制单元120连接，用于确定机械手220的位置。

示例性的，机械手定位单元160包括视觉检测传感器161，视觉检测传感器161可以是工业CCD相机，设置于机械手220上，目标设备上设置有相应的定位标记，示例性的，定位标记可以是标记二维码，视觉检测传感器161用于在协作机器人到达目标位置后，检测位于目标设备上的定位标记，进而确定机械手220的位置。控制单元120根据机械手220的位置和预设工位的位置信息，通过调整机械臂210和机械手220的位置，将工件精准地放置在预设工位上或从预设工位上取出工件。

在本实用新型的一个实施例中，机器人主体100上还设置有载物台170，用于承载工件，载物台170设置有限位结构，限位结构可以是突出于载物台表面的凸起，用于固定工件。协作机器人通过机械手220抓取工件放置在载物台170上，能够一次运输多个相同或不同的工件。

示例性的，障碍物检测单元150可以包括激光扫描雷达、超声波传感器和深度相机中的至少一种。激光扫描雷达、超声波传感器或深度相机设置在机器人主体100的四个侧壁靠下的位置处，用于探测协作机器人预设范围(略大于机器人主体自身的宽度范围)内的环境信息。

示例性的，机器人定位单元130包括激光定位传感器或视觉定位传感器。在本实用新型的一个实施例中，激光定位传感器或视觉定位传感器可以设置在机器人主体100的四个侧壁靠上的位置处，基于激光同步定位与地图构建或视觉同步定位与地图构建，确定机器人主体100在空间中的位置。在本实用新型的另一实施例中，激光定位传感器可以复用为激光扫描雷达。

本实用新型实施例还提供了一种加工系统，基于本实用新型上述实施例所述的协作机器人，图3为本实用新型实施例提供的一种加工系统的结构示意图，如图3所示，该加工系统包括协作机器人10、上位机20和目标设备，协作机器人10和目标设备分别与上位机20通讯连接。示例性的，目标设备包括加工设备31和检测设备32，加工设备31可以是5轴立式加工机床或电火花机等，用于对工件进行相应的加工处理，检测设备32可以是三坐标测量仪，用于工件尺寸、形状和相互位置的检测。协作机器人10的具体结构在上述实施例中已有详细记载，在此不再赘述。

该加工系统的工作原理如下：

上位机20通过通讯单元110向协作机器人10发布工作任务，协作机器人10的控制单元120解析该工作任务，获取目标设备的目标位置以及料库的位置，控制单元120根据协作机器人10的当前位置、目标位置以及料库的位置规划行进路线，可选的，该行进路线可以是最短路径；控制单元120控制移动单元140运动，驱动协作机器人10按照行进路线去料库取工件，并到达目标位置；在协作机器人10到达加工设备31的目标位置后，机械手定位单元160检测位于加工设备31上的定位标记，进而确定机械手220的位置，控制单元120根据机械手220的位置和预设工位的位置信息，通过调整机械臂210和机械手220的位置，将工件精准地放置在加工设备31的预设工位；机械手220退出加工设备31的预设工位，协作机器人10可以在加工设备31的目标位置待命，上位机20向加工设备31发送加工指令，加工设备31执行该加工指令，对工件进行相应的加工处理。在加工处理完成后，上位机20向协作机器人发送取件指令，从加工设备31的预设工位上取出加工好的工件，并按照行进路线到达检测设备32的目标位置，机械手定位单元160检测位于检测设备32上的定位标记，进而确定机械手220的位置，控制单元120根据机械手220的位置和预设工位的位置信息，通过调整机械臂210和机械手220的位置，将工件精准地放置在检测设备32的预设工位；机械手220退出检测设备32的预设工位，协作机器人10可以在检测设备32的目标位置待命，上位机20向检测设备32发送检测指令，检测设备32执行该检测指令，对工件进行相应的检测，并将检测数据发送至上位机20，上位机20将检测数据与参考数据进行对比，若二者差距超出预设值，则判定该工件为不合格工件；若二者差距在预设值范围内，则判定该工件为合格工件；上位机20根据检测结果，控制协作机器人10将工件分别送至合格品存放区和不合格品存放区。

在协作机器人10行进过程中，障碍物检测单元150用于在协作机器人按行进路线行进的过程中，获取协作机器人预设范围(略大于机器人主体自身的宽度范围)内的环境信息，并传输至控制单元120，控制单元120基于获得环境信息确定行进路线上的障碍物，并向移动单元140发送避障指令，移动单元140调整协作机器人的行进方向，完成动态避障。在避开障碍物后，机器人定位单元130将更新后的机器人主体100的位置信息发送给控制单元120，控制单元120根据更新后的位置信息和目标位置的位置信息，重新确定行进路线。

本实用新型实施例提供的加工系统，包括协作机器人、上位机和目标设备，协作机器人的机器人主体包括障碍物检测单元，用于检测在协作机器人行进过程中，获取协作机器人预设范围内的环境信息，并传输至控制单元，控制单元基于环境信息确定行进路线上的障碍物，并向移动单元发送避障指令，移动单元调整协作机器人的行进方向，完成动态避障，扩大了协作机器人的工作范围，且在协作机器人行进过程中，操作人员可以对协作机器人运输的工件进行检查，而不影响其正常运行。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种协作机器人，其特征在于，包括机器人主体、机械臂及机械手；

所述机械臂设置于所述机器人主体上，所述机械手设置于所述机械臂末端；

所述机器人主体包括通讯单元、控制单元、机器人定位单元、移动单元和障碍物检测单元；

所述机器人通讯单元、定位单元、移动单元和障碍物检测单元分别与控制单元连接，所述通讯单元与上位机通讯连接。

2.根据权利要求1所述的协作机器人，其特征在于，还包括机械手定位单元，所述机械手定位单元与所述控制单元连接，用于确定所述机械手的位置。

3.根据权利要求1所述的协作机器人，其特征在于，所述机器人主体上还设置有载物台，用于承载工件，所述载物台设置有限位结构，用于固定所述工件。

4.根据权利要求1所述的协作机器人，其特征在于，所述障碍物检测单元包括激光扫描雷达、超声波传感器和深度相机中的至少一种。

5.根据权利要求2所述的协作机器人，其特征在于，机械手定位单元包括视觉检测传感器，用于检测位于目标设备上的定位标记。

6.根据权利要求1所述的协作机器人，其特征在于，所述机器人定位单元包括激光定位传感器或视觉定位传感器。

7.一种加工系统，其特征在于，基于权利要求1-6任一所述的协作机器人，包括上位机和目标设备，所述协作机器人和目标设备分别与上位机通讯连接。

8.根据权利要求7所述的加工系统，其特征在于，所述目标设备至少包括加工设备和检测设备。