CN221351984U - 一种焊接工作站的搬运机器人运动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及运动系统技术领域，尤其是一种焊接工作站的搬运机器人运动系统，包括主控芯片、雷达装置、超声波传感模块、地磁传感器、驱动电路、供电系统、NB‑IoT通讯模块和屏幕模块；所述主控芯片传输信号给屏幕模块，与雷达装置、超声波传感模块、地磁传感器、驱动电路和NB‑IoT通讯模块双向联通；所述NB‑IoT通讯模块通过网关与上位机双向联通；所述雷达装置设置在搬运机器人前侧；所述超声波传感模块和地磁传感器设置在搬运机器人库中；所述驱动电路驱动搬运机器人底部的轮子。本设计基于NB‑IoT通讯模块，能够提高路径选择和研判的能力和搬运效率效率，从而提升焊接工作站整体工作效率。

Description

一种焊接工作站的搬运机器人运动系统

技术领域

本实用新型涉及运动系统技术领域，尤其是一种焊接工作站的搬运机器人运动系统。

背景技术

大功率变压器等工业产品的结构件种类多，形状各异，难于实现自动化焊接，目前主要依靠手工焊接或大量模架固定后再进行机器人焊接。人工焊接对工人的经验要求比较高，质量不稳定；机器人焊接大部分属于刚性焊接，只能实现部分自动化。特别在精密焊接中良品率低、耗时长，无法满足结构件的大批量生产要求，而且现场粉尘、高温的环境也会对工人健康带来威胁。将多种类结构件拼装焊接通过焊接工作站产业化具有焊接质量稳定、焊接强度好、劳动生产率高、可改善工人劳动条件等特点。如图5所示，其技术方案为：首先利用搬运机器人将经检测完好的槽钢件放置到变位机器人上，并采用相机进行定位；然后搬运机器人夹取经检测完好的待焊零件到达与槽钢件焊接位置配合处，再利用相机标定获取多机器人和相机之间的相对位置关系，引导焊接机器人进行拼装焊接。

而搬运机器人在运动过程中缺少对入库和出库的感应，市场上一些机器人自动入库技术采用ZigBee组网比较多，但ZigBee功耗相对较高、在外面容易受到外界天气干扰导致组网信号差，存在一些缺陷，且在运动系统的设置中，对于路径的研判和选择，遇到突发情况的处理还有待提高。

实用新型内容

为了克服现有的不足，本实用新型提供了一种焊接工作站的搬运机器人运动系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种焊接工作站的搬运机器人运动系统，包括主控芯片、雷达装置、超声波传感模块、地磁传感器、驱动电路、供电系统、NB-IoT通讯模块和屏幕模块；所述主控芯片传输信号给屏幕模块，与雷达装置、超声波传感模块、地磁传感器、驱动电路和NB-IoT通讯模块双向联通；所述NB-IoT通讯模块通过网关与上位机双向联通；所述雷达装置设置在搬运机器人前侧；所述超声波传感模块和地磁传感器设置在搬运机器人库中；所述驱动电路驱动搬运机器人底部的轮子；所述供电系统给主控芯片、雷达装置、超声波传感模块、地磁传感器、驱动电路、NB-IoT通讯模块和屏幕模块供电。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括，所述主控芯片为STM32F103C8T6；所述屏幕模块选用HDMI显示器；所述地磁传感器为HMC5983。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括，所述雷达装置包括用于建立地图模型、结合里程计进行导航及自主规划路线的SLAM激光雷达和用于扫描障碍的摄像头；所述SLAM激光雷达和摄像头采集信息传输至主控芯片。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括，所述超声波传感模块选用HC-SR04超声波模块，包括超声波发射驱动电路、超声波传感器、信号放大电路和信号比较电路；所述主控芯片产生PWM方波给超声波发射驱动电路；所述超声波发射驱动电路将PWM方波传输给超声波传感器；所述超声波传感器将障碍物信息通过信号放大电路传输给信号比较电路；所述信号比较电路将方波信号传回主控芯片。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括，所述驱动电路采用集成芯片L298N，分别连接左直流减速电机和右直流减速电机；所述左直流减速电机驱动驱动左侧两组轮子；所述右直流减速电机驱动右侧两组轮子。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括，所述供电系统电源采用三节3.7V可充电的锂电池，直接驱动驱动电路并通过降压/稳压电路后连接主控芯片、NB-IoT通讯模块、雷达装置、超声波传感模块、地磁传感器和屏幕模块。

本实用新型的有益效果：1、SLAM激光雷达实时扫描、更新搬运路径环境情况，控制芯片控制轮子灵活移动，再结合网络摄像头，准确规避障碍物，提高了路径选择和研判的能力，也提升了搬运效率，提升焊接工作站整体工作效率；

基于NB-IoT技术的远距离无线地磁传感器，有效地避免了搬运机器人入库误判的可能性，能精准实现对搬运机器人入库、出库的统计功能；

上传信息至上位机，能够有效远程控制，并对数据进行记录存储；

4、通过基于物联网，提升搬运机器人工作效率，甚至可以多组机器人同事工作，能够适应不同使用场合，投资回报率高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的电气连接图；

图2是地磁传感器位置示意图；

图3是Gmapping信息流向图；

图4是超声波系统原理图；

图5是焊接工序及焊接工作站内部示意图。

图中1、主控芯片，2、雷达装置，3、超声波传感模块，4、地磁传感器，5、驱动电路，6、供电系统，7、NB-IoT通讯模块，8、屏幕模块，9、上位机，10、搬运机器人，11、轮子，12、搬运机器人库。

具体实施方式

如图1是本实用新型的结构示意图，一种焊接工作站的搬运机器人运动系统，包括主控芯片1、雷达装置2、超声波传感模块3、地磁传感器4、驱动电路5、供电系统6、NB-IoT通讯模块7和屏幕模块8；所述主控芯片1传输信号给屏幕模块8，与雷达装置2、超声波传感模块3、地磁传感器4、驱动电路5和NB-IoT通讯模块7双向联通；所述NB-IoT通讯模块7通过网关与上位机9双向联通；所述雷达装置2设置在搬运机器人10前侧；所述超声波传感模块3和地磁传感器4设置在搬运机器人库12中；所述驱动电路5驱动搬运机器人底部的轮子11；所述供电系统6给主控芯片1、雷达装置2、超声波传感模块3、地磁传感器4、驱动电路5、NB-IoT通讯模块7和屏幕模块8供电。

具体而言，NB-IoT通讯模块7具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量的特点，解决布线困难、维护成本高的特点；与超声波传感模块3、地磁传感器4配合有效地避免了误判搬运机器人库12的可能性，提高搬运机器人10运动的准确性。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括，所述主控芯片1为STM32F103C8T6，安装有Linux系统，在Linux系统上搭建ROS机器人开源操作系统，主控芯片1负责接收上位机发送过来的指令、通过雷达装置2执行雷达建图和导航算法、通过超声波模块3和地磁传感器4确认搬运机器人库12内情况、通过驱动电路5驱动轮子11运动，并搭配HDMI显示屏显示数据；所述屏幕模块8选用HDMI显示器；所述地磁传感器4为HMC5983，如图2所示，设有两组分别设置在搬运机器人库12进库和出库的升降杆上，通过STM32F103C8T6自带计数功能进行对内部数量计数。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括，所述雷达装置2包括用于建立地图模型、结合里程计进行导航及自主规划路线的SLAM激光雷达和用于扫描障碍的摄像头；所述SLAM激光雷达和摄像头采集信息传输至主控芯片1。

具体而言，所述SLAM激光雷达配合Gmapping算法，实现了自动导航和自主规划路线的目标。Gmapping算法根据SLAM激光雷达扫描获取到的地图数据和里程计提供的信息，对地图进行构建，并且可以估计搬运机器人10的位置信息。Gmapping信息流向图如图3所示。输入端的/td和/tf_static为坐标变换的数据，即里程计的信息，输入端的/scan为雷达扫描的数据；输出端的/map是雷达构建出来的地图模型，/map_matedata为地图模型的信息。即通过给机器人输入里程计信息和雷达扫描的信息，结合Gmapping算法输出构建的地图模型以及地图模型的相关信息。所述摄像头的作用是扫描障碍、用于识别动态物体，摄像头识别动态物体是基于帧数差算法，即摄像头识别前后的图像帧数，先将图像二值化后，再通过图像的帧数检测动态物体。对于移动较快的物体，雷达的反馈比较慢，所以采用“SLAM激光雷达配合摄像头”识别模式。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括，如图4所示，所述超声波传感模块3选用HC-SR04超声波模块，包括超声波发射驱动电路、超声波传感器、信号放大电路和信号比较电路；所述主控芯片1产生PWM方波给超声波发射驱动电路；所述超声波发射驱动电路将PWM方波传输给超声波传感器；所述超声波传感器将障碍物信息通过信号放大电路传输给信号比较电路；所述信号比较电路将方波信号传回主控芯片1。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括，所述驱动电路5采用集成芯片L298N，分别连接左直流减速电机和右直流减速电机；所述左直流减速电机驱动左侧两组轮子11；所述右直流减速电机驱动右侧两组轮子11。

具体而言，所述轮子11采用直流减速电机，该电机转速小、功耗低、调速性能较好、力矩大。为了减少对控制器和电源的干扰，在电机内部增加环形压敏电阻。集成芯片L298N是专用的驱动集成电路，可同时驱动2个直流电机。集成芯片L298N控制左直流减速电机正转、右直流减速电机正转时，轮子11带动搬运机器人10前进；左直流减速电机正转、右直流减速电机停止时，轮子11带动搬运机器人10左转；左直流减速电机停止、右直流减速电机正转时，轮子11带动搬运机器人10右转；左直流减速电机反转、右直流减速电机反转时，轮子11带动搬运机器人10后退。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括，所述供电系统6电源采用三节3.7V可充电的锂电池，直接驱动驱动电路5并通过降压/稳压电路后连接主控芯片1、NB-IoT通讯模块7、雷达装置2、超声波传感模块3、地磁传感器4和屏幕模块8。

具体而言，电源是系统稳定工作的前提，主控芯片1、NB-IoT通讯模块7、雷达装置2、超声波传感模块3、地磁传感器4和屏幕模块8的工作电压基本都为5V，而驱动直流电机需要12V。因此电源采用三节3.7V可充电的锂电池，锂电池相对于普通锌-锰干电池的优点是容量大、能提供更大的电流，电源更稳定而且可快速充电。三节锂电池电压能够达到11V，足够通过驱动电路5驱动直流减速电机，而经过降压/稳压电路后得到稳定的5V电压，为各芯片提供稳定的工作环境。降压/稳压电路的核心是三端稳压器LM7805，LM7805性能稳定，输出端能够得到稳定的5V电压，而且内部电路还具有过压、过流等保护功能。

具体操作过程，通过主控芯片1控制搬运机器人10从搬运机器人库12中出，通过超声波传感模块3和地磁传感器4配合纪录搬运机器人库12情况，然后通过雷达装置2和驱动电路5配合让搬运机器人10移动，加区零件至指定位置，同时将信息通过NB-IoT通讯模块7传输给上位机9；搬运结束后根据上位机9显示的超声波传感模块3和地磁传感器4情况，确认搬运机器人库12内部情况，再驱动搬运机器人10入库并记录。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种焊接工作站的搬运机器人运动系统，其特征是，包括主控芯片（1）、雷达装置（2）、超声波传感模块（3）、地磁传感器（4）、驱动电路（5）、供电系统（6）、NB-IoT通讯模块（7）和屏幕模块（8）；所述主控芯片（1）传输信号给屏幕模块（8），与雷达装置（2）、超声波传感模块（3）、地磁传感器（4）、驱动电路（5）和NB-IoT通讯模块（7）双向联通；所述NB-IoT通讯模块（7）通过网关与上位机（9）双向联通；所述雷达装置（2）设置在搬运机器人（10）前侧；所述超声波传感模块（3）和地磁传感器（4）设置在搬运机器人库（12）中；所述驱动电路（5）驱动搬运机器人底部的轮子（11）；所述供电系统（6）给主控芯片（1）、雷达装置（2）、超声波传感模块（3）、地磁传感器（4）、驱动电路（5）、NB-IoT通讯模块（7）和屏幕模块（8）供电。

2.根据权利要求1所述的焊接工作站的搬运机器人运动系统，其特征是，所述主控芯片（1）为STM32F103C8T6；所述屏幕模块（8）选用HDMI显示器；所述地磁传感器（4）为HMC5983。

3.根据权利要求1所述的焊接工作站的搬运机器人运动系统，其特征是，所述雷达装置（2）包括用于建立地图模型、结合里程计进行导航及自主规划路线的SLAM激光雷达和用于扫描障碍的摄像头；所述SLAM激光雷达和摄像头采集信息传输至主控芯片（1）。

4.根据权利要求1所述的焊接工作站的搬运机器人运动系统，其特征是，所述超声波传感模块（3）选用HC-SR04超声波模块，包括超声波发射驱动电路、超声波传感器、信号放大电路和信号比较电路；所述主控芯片（1）产生PWM方波给超声波发射驱动电路；所述超声波发射驱动电路将PWM方波传输给超声波传感器；所述超声波传感器将障碍物信息通过信号放大电路传输给信号比较电路；所述信号比较电路将方波信号传回主控芯片（1）。

5.根据权利要求1所述的焊接工作站的搬运机器人运动系统，其特征是，所述驱动电路（5）采用集成芯片L298N，分别连接左直流减速电机和右直流减速电机；所述左直流减速电机驱动左侧两组轮子（11）；所述右直流减速电机驱动右侧两组轮子（11）。

6.根据权利要求1所述的焊接工作站的搬运机器人运动系统，其特征是，所述供电系统（6）电源采用三节3.7V可充电的锂电池，直接驱动驱动电路（5）并通过降压/稳压电路后连接主控芯片（1）、NB-IoT通讯模块（7）、雷达装置（2）、超声波传感模块（3）、地磁传感器（4）和屏幕模块（8）。