CN109976328A - 一种复合机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种复合机器人，该复合机器人包括于分析和计算传感器所采集的传感数据并做出相应控制方式的指令的中央处理器，用于控制安全回路的接通和断开的安全控制板，用于采集传感器信号并将传感器信号传输给所述中央处理器的系统IO板，用于驱动所述复合机器人的关节运动的关节驱动系统，用于进行上下料操作的末端夹爪系统，用于对所述末端夹爪系统进行精确定位的末端定位单元，用于引导所述复合机器人进行移动的复合导航系统，用于驱动驱动轮运转以及控制所述复合机器人的位姿的底盘驱动系统。本发明实施例提供的复合机器人既能实现搬运物料又能实现上下料功能，进而适合在狭小空间环境中应用且成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及机器人的技术领域，具体涉及一种不仅可以运输物料且可以自动上下料的复合机器人。
背景技术
随着工业自动化水平的不断提高，搬运物料的AGV小车(也称机器人)在工业自动化生产线上得到了广泛应用。目前，AGV小车只能实现搬运物料的功能，生产线上的上下料还是需要人工操作。当从一条生产线上下来的装有物料的AGV小车到达终点式，通常需要人工将物料从生产线上取下再推放至下一个工位的AGV小车上。这种操作方式不仅占用了车间宝贵的空间，还增加了设备投入及维护的成本。
因此，针对现有搬运物料的AGV小车所存在的问题，需要提供一种既能实现搬运物料又能实现上下料功能的复合机器人，进而适合在狭小空间环境中应用且成本低廉。
发明内容
针对现有搬运物料的AGV小车所存在的问题，本发明实施例提出一种既能实现搬运物料又能实现上下料功能的复合机器人。本发明实施例中所提供的复合机器人通过末端夹爪系统和末端定位单元有效地实现上下料的功能，进而使得复合机器人适合在狭小空间环境中应用且成本低廉。
该复合机器人的具体方案如下：一种复合机器人，包括中央处理器，用于分析和计算传感器所采集的传感数据，并做出相应控制方式的指令；安全控制板，用于控制安全回路的接通和断开；系统IO板，与所述中央处理器电连接，用于采集传感器信号并将传感器信号传输给所述中央处理器；关节驱动系统，用于驱动所述复合机器人的关节运动；末端夹爪系统，用于进行上下料操作；末端定位单元，用于对所述末端夹爪系统进行精确定位；复合导航系统，用于引导所述复合机器人进行移动；底盘驱动系统，用于驱动驱动轮运转以及控制所述复合机器人的位姿。
优选地，所述中央处理器采用RC控制器。
优选地，所述复合导航系统包括激光导航传感器系统，所述激光导航传感器系统包括前激光传感器和后激光传感器。
优选地，所述复合导航系统包括磁导航传感器系统，所述磁导航传感器系统检测环境中的磁体区域的导航信息对所述复合机器人进行导航。
优选地，所述末端定位单元包括智能相机传感器。
优选地，所述关节驱动系统集成在所述复合机器人的关节内部。
优选地，所述复合机器人还包括无线装置，用于将所述复合机器人的状态参数和图像发送至远程客户端。
优选地，所述复合机器人还包括人机交互单元，用于接收操作人员对上下料作业参数的组态指令。
优选地，所述复合机器人还包括气泵系统，用于为安装在所述复合机器人末端的气动工具提供动力源。
优选地，所述复合机器人还包括电池电量监控板，用于监控所述复合机器人的电池电量并实现充放电管理。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例提供一种复合机器人，该复合机器人不仅具有传统AGV小车的运输物料功能，还通过末端夹爪系统和末端定位单元有效地实现上下料的功能，进而使得复合机器人适合在狭小空间环境中应用且成本低廉。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种复合机器人的框图示意图；
图2为本发明实施例中提供的一种复合机器人的组成框架示意图；
图3为本发明实施例中提供的一种复合机器人上料过程的步骤流程示意图。
附图中标号说明：
100、复合机器人 10、中央处理器 20、安全控制板
30、底盘驱动系统 40、复合导航系统 50、系统IO板
60、末端定位系统 70、关节驱动系统 80、末端夹爪系统
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示，本发明实施例中提供的一种复合机器人的框图示意图。在该实施例中，复合机器人100包括用于分析和计算传感器所采集的传感数据并做出相应控制方式的指令的中央处理器10，用于控制安全回路的接通和断开的安全控制板20，与中央处理器10电连接且用于采集传感器信号并将传感器信号传输给中央处理器10的系统IO板50，用于驱动复合机器人10的关节运动的关节驱动系统70，用于进行上下料操作的末端夹爪系统80，用于对末端夹爪系统80进行精确定位的末端定位单元60，用于引导复合机器人100进行移动的复合导航系统40，用于驱动驱动轮运转以及控制复合机器人100的位姿的底盘驱动系统30。
在该实施例中，中央处理器10搭载复合机器人控制算法，复合机器人控制算法主要包括实现复合机器人移动控制及复合机器人在预设位置处进行上下料控制等功能。中央处理器10对传感器采集到的数据进行分析和计算，并根据内置的算法，给出相应的处理方式的控制指令。在一具体实施例中，中央处理器10可采用RC控制器。
安全控制板20作为复合机器人100的安全控制系统，可避免复合机器人由于操作不当或其他原因造成的人员或财务损失。安全控制板20通过实时检测复合机器人100的状态参数，一旦状态参数存在异常情况，则控制安全回路断开，使得复合机器人暂停。优选地，安全控制板20也可根据中央处理器10所发出的指令，控制安全回路断开。优选地，安全控制板20还包括人机互动界面，通过显示屏或按钮等操作方式，用户可输入急停命令或系统故障，安全控制板20接收到急停命令或系统故障后断开安全回路。
底盘驱动系统30用于驱动驱动轮运转以及控制复合机器人100的位姿。底盘驱动系统30驱动驱动轮运转，从而实现复合机器人100运输物料的功能。底盘驱动系统30还可以接收中央处理器10的控制命令来实时地控制复合机器人100的位姿。在具体实施例中，复合机器人100可包括一个底盘驱动系统30分时实现上述功能，也可包括多个底盘驱动系统以分别实现上述功能。
复合导航系统40用于引导复合机器人100进行移动。在该实施例中，复合导航系统40包括激光导航传感器系统和磁导航传感器系统。当复合机器人100进入无磁条铺设的工作环境中时，激光导航传感器系统使用内建的激光地图对复合机器人进行导航，并且有效地进行避障。优选地，激光导航传感器系统包括前激光传感器和后激光传感器，从而可以有效地进行全方位导航。磁导航传感器系统通过检测环境中的磁体区域的导航信息对所述复合机器人进行导航。当复合机器人100所在的工作环境中存在磁条时，复合机器人100采用磁导航传感器系统可简单地沿着磁条所规划地轨迹进行导航，从而大幅地提高复合机器人的运行效率。
系统IO板50可采集传感器信号并将传感器信号传输给中央处理器10。传感器信号包括离散传感器信号和模拟传感器信号，在该实施例中，传感器信号采用离散传感器信号。离散传感器信号有助于中央处理器10的处理和分析。传感器信号具体可包括位姿信号、速度信号、电流信号、电压信号、距离信号或环境信号等。系统IO板50也可将复合机器人100的工作状态传输至示教盒或者显示终端(电脑、移动手机、pad等)，以供监控工作人员实时了解复合机器人100的工作状态。
末端定位单元60和末端夹爪系统80主要用于完成复合机器人100的上下料功能。末端定位单元60用于对末端夹爪系统80进行精确定位，使得末端夹爪系统80可精确地位于所需上下料的位置处。在一实施例中，末端定位单元60可采用智能相机传感器，通过智能相机传感器所获得的图像信息来判断末端夹爪系统80是否处于预设位置，进而完成对末端夹爪系统80的位置纠偏工作。当然，末端定位单元60也可以采用其他定位方式，如红外定位、激光定位等方式。末端夹爪系统80主要用于进行上下料操作的。末端夹爪系统80属于复合机器人100的末端执行工具。中央处理器10控制末端夹爪系统80处于力控制模式，通过选取合适的夹持力，从而进行无损地上下料作业。
关节驱动系统70用于驱动复合机器人10的关节运动。复合机器人100具有多个关节，如七轴机器人具有7个关节、六轴机器人具有6个关节等。关节驱动系统70实现复合机器人100对各个关节位置数据的采集，并对各个关节进行控制，以完成不同工作的位姿需求。优选地，关节驱动系统70集成在复合机器人100的关节内部，从而不占用车体空间，使得复合机器人100适应狭小空间的工作环境。
在一具体实施例中，复合机器人100还包括无线装置(图1未示出)。无线装置用于将复合机器人100的状态参数和图像发送至远程客户端，从而有利于监控人员的实时监控。无线装置具体类型可包括3G网络、4G网络、5G网络、wifi无线网络、zigbee无线网络等。远程客户端可包括电脑、手机、ipad、专用的终端等。
在一具体实施例中，复合机器人100还包括人机交互单元(图1未示出)。人机交互单元用于接收操作人员对上下料作业参数的组态指令。人机交互单元具体可包括组态触摸屏、智能键盘等人机交互装置。
在一具体实施例中，复合机器人100还包括气泵系统(图1未示出)。气泵系统用于为安装在复合机器人100末端的气动工具提供动力源。
在一具体实施例中，复合机器人100还包括电池电量监控板(图1未示出)。电池电量监控板用于监控复合机器人100的电池电量并实现充放电管理。
在上述实施例中，仅罗列复合机器人100同时具有物料运输和上下料功能的主要部件，并未完全罗列复合机器人100所有部件。复合机器人100的一些常用的部件，如总线、电源等部件，不再一一赘述。
本发明实施例所提供的复合机器人不仅具有传统AGV小车的运输物料功能，还通过末端夹爪系统和末端定位单元有效地实现上下料的功能，进而使得复合机器人适合在狭小空间环境中应用且成本低廉。
如图2所示，本发明实施例中提供的一种复合机器人的组成框架示意图。本发明实施例以一种六轴复合机器人作为具体实施例，阐述复合机器人在实际应用中的组成框架。
如图2所示，复合机器人100包括RC控制器，安全控制板、系统IO板、以太网交换机、激光传感器、手臂相机、底盘相机、无线客户端、组态触摸屏、磁导航传感器、底盘伺服驱动板、电机、传感器采集卡、电量监控板、安全执行板、气缸电磁阀、气泵以及气泵稳压源。
在该实施例中，传感器采集板卡及IO、模拟量传感器等采集到的传感数据通过CAN总线传输给RC控制器。传感器采集板卡可采集复合机器人100的按钮信号、声纳避障信号或防碰撞信号等。复合机器人100采用48V或者60V的锂电池进行供电。电量监控板监控锂电池的电量参数，并将电量参数通过CAN总线反馈给RC控制器。根据复合机器人100内不同部件所需电压的不同，电源分配板将电压分压成5V、12V和24V等不同的电压提供给相应的部件。在该实施例中，采用两个电机和两个底盘伺服驱动板进行底盘驱动。
组态触摸屏通过Modbus通讯与RC控制器进行通信。在该实施例中，磁导航传感器系统包括两个磁导航传感器，并且都采用RS232串口与RC控制器进行通信。前激光传感器、后激光传感器、手臂相机、底盘相机和无线网客户端都通过以太网交换机与RC控制器进行通信。RC控制器通过ECAT与安全控制板通信，安全控制板也通过ECAT与系统IO板进行通信。系统IO板通过ECAT控制复合机器人100的6个关节运动，进而控制末端IO板和气缸电磁阀。通过开启和关闭气缸电磁阀，末端夹爪即可完成上料和下料的操作。在该实施例中，安全控制板和系统IO板还和安全执行板连接。安全执行板可接收外部的安全指令，具体接收的方式包括：系统急停等安全IO口、面板按钮和指示灯或预留IO口等。
如图3所示，本发明实施例中提供的一种复合机器人上料过程的步骤流程示意图。在该实施例中，复合机器人采用上述实施例所描述的复合机器人100。复合机器人100的上料过程包括六个步骤，具体如下所述：
步骤S1：RC控制器接收上料指令。复合机器人的总控系统通过地面无线AP向复合机器人100的无线客户端发送上料指令，复合机器人100的RC控制器接收上料指令。
步骤S2：内建SLAM导航，移动至指定工位。RC控制器接收到上料指令后，通过内建的SLAM导航算法，并结合前激光传感器和后激光传感器的传感信号，通过CAN总线向底盘伺服驱动板发送移动复合机器人100的指令。在移动的过程中，底盘相机实时检测工位的二维码信标。当底盘相机检测到指定工位的二维码信标后，RC控制器判断复合机器人100移动至指定工位。
步骤S3：精确定位。复合机器人100移至指定工位后，RC控制器切换到精确定位模式，通过底盘相机对复合机器人进行精确的二维定位，使得复合机器人100可有效地进行上下料操作。
步骤S4：抓取物料。复合机器人精确定位完成后，RC控制器调用复合机器人的控制算法，通过EtherCAT总线调度复合机器人抓取物料。在复合机器人抓取完成后，调度机器人前往预放料位置。
步骤S5：预防料位置纠偏，放置物料。当复合机器人100到达预放料位置后，RC控制器通过手臂相机获取图像信息并结合控制算法进行精确地位置纠偏，然后，再控制复合机器人的末端夹爪放置物料。
步骤S6：收回机械臂。在复合机器人100放置物料完成后，RC控制器收回机械手臂，并向总控系统发送上料完成的信息。
由于下料操作的过程与上料操作的过程类似，因此，本文不再进行下料操作过程的赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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发明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必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种复合机器人，其特征在于，所述复合机器人包括：
中央处理器，用于分析和计算传感器所采集的传感数据，并做出相应控制方式的指令；
安全控制板，用于控制安全回路的接通和断开；
系统IO板，与所述中央处理器电连接，用于采集传感器信号并将传感器信号传输给所述中央处理器；
关节驱动系统，用于驱动所述复合机器人的关节运动；
末端夹爪系统，用于进行上下料操作；
末端定位单元，用于对所述末端夹爪系统进行精确定位；
复合导航系统，用于引导所述复合机器人进行移动；
底盘驱动系统，用于驱动驱动轮运转以及控制所述复合机器人的位姿。
2.根据权利要求1所述的一种复合机器人，其特征在于，所述中央处理器采用RC控制器。
3.根据权利要求1所述的一种复合机器人，其特征在于，所述复合导航系统包括激光导航传感器系统，所述激光导航传感器系统包括前激光传感器和后激光传感器。
4.根据权利要求1所述的一种复合机器人，其特征在于，所述复合导航系统包括磁导航传感器系统，所述磁导航传感器系统检测环境中的磁体区域的导航信息对所述复合机器人进行导航。
5.根据权利要求1所述的一种复合机器人，其特征在于，所述末端定位单元包括智能相机传感器。
6.根据权利要求1所述的一种复合机器人，其特征在于，所述关节驱动系统集成在所述复合机器人的关节内部。
7.根据权利要求1所述的一种复合机器人，其特征在于，所述复合机器人还包括无线装置，用于将所述复合机器人的状态参数和图像发送至远程客户端。
8.根据权利要求1所述的一种复合机器人，其特征在于，所述复合机器人还包括人机交互单元，用于接收操作人员对上下料作业参数的组态指令。
9.根据权利要求1所述的一种复合机器人，其特征在于，所述复合机器人还包括气泵系统，用于为安装在所述复合机器人末端的气动工具提供动力源。
10.根据权利要求1所述的一种复合机器人，其特征在于，所述复合机器人还包括电池电量监控板，用于监控所述复合机器人的电池电量并实现充放电管理。
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