CN107745960A - 物料输送设备及物料输送方法 - Google Patents

物料输送设备及物料输送方法 Download PDF

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丁新峰
原馨
陈作庆
梁冲充
李斌
凌程祥
王光能
高云峰
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Abstract

本发明涉及一种物料输送设备及物料输送方法。所述物料输送设备包括移动底座、激光雷达导航器、机械臂、夹爪以及图像获取部件；所述激光雷达导航器设置于所述移动底座上并位于所述移动底座的一侧；所述机械臂安装于所述移动底座的顶部；所述夹爪安装于所述机械臂的末端；所述图像获取部件设置于所述机械臂的末端，用于采集物料载盘的图像以获取所述物料载盘的位置信息。所述物料输送设备能够节省人力且提高运输效率。

Description

物料输送设备及物料输送方法
技术领域
本发明涉及一种物料输送设备及物料输送方法。
背景技术
随着工业4.0的提出，机器人在工业上的应用越来广泛，目前工业上应用最广泛的机器人分别是四轴机器人、六轴机器人以及移动机器人。工厂在生产过程中经常有这样的需求，一个机台A生产的物料要运送到多个机台B进行二次加工，现有的技术中，为了把物料从A机台运到多个B机台，一般采用人工上下料，比较耗费人力，且人工容易出错，影响运输效率。
发明内容
基于此，有必要提供一种节省人力且运输效率较高的物料输送设备及物料输送方法。
一种物料输送设备，包括移动底座、激光雷达导航器、机械臂、夹爪以及图像获取部件；所述激光雷达导航器设置于所述移动底座上并位于所述移动底座的一侧；所述机械臂安装于所述移动底座的顶部；所述夹爪安装于所述机械臂的末端；所述图像获取部件设置于所述机械臂的末端，用于采集物料载盘的图像以获取所述物料载盘的位置信息。
在其中一个实施方式中，所述图像获取部件为工业相机。
在其中一个实施方式中，还包括照明灯具，所述照明灯具设置于所述机械臂的末端，并邻近所述夹爪；所述照明灯具为环形状，其上形成有穿设孔，所述图像获取部件穿设于所述穿设孔中。
在其中一个实施方式中，所述机械臂中设置有处理器，所述处理器与所述图像获取部件电性连接。
在其中一个实施方式中，所述移动底座的底部设置有四个支撑轮与两个移动轮，所述四个支撑轮分别设置于所述移动底座的四个角部，所述两个移动轮位于所述移动底座的中部。
在其中一个实施方式中，所述移动底座上设置有物料载盘，所述物料载盘上形成有物料定位槽，所述机械臂的末端邻近所述物料载盘。
在其中一个实施方式中，所述移动底座为无人搬运车，所述激光雷达导航器为激光SLAM导航仪，所述机械臂为六轴机械臂。
在其中一个实施方式中，所述物料输送设备还包括呼叫终端，所述呼叫终端与所述移动底座无线连接，用于向所述移动底座发送叫料指令。
一种如上所述的物料输送设备的物料输送方法，包括以下步骤：往所述移动底座上装载物料载盘；所述激光雷达导航器对所述移动底座进行导航，引导所述移动底座移动至预定的工位；所述机械臂的末端移动至所述移动底座上的物料载盘处；所述图像获取部件获取所述物料载盘的图像以辅助所述机械臂对所述物料载盘进行定位；以及所述机械臂带动所述夹爪抓取所述物料载盘并放置于所述预定的工位上。
在其中一个实施方式中，在所述机械臂的末端移动至所述移动底座上的物料载盘处的步骤之后还包括以下步骤：所述机械臂的末端上的照明灯具启动以照明所述物料载盘。
由于所述物料输送设备能够实现物料的全自动搬运，因此比较节省人力，而且采用了图像获取部件对物料载盘进行定位，因此不容易出错，提高了运输效率。另外，所述移动底座移动时采用所述激光雷达导航器进行导航，其定位精度因受到周边环境的反射率的影响，会产生一定的偏差，而在抓取物料时采用所述图像获取部件获取物料载盘的图像以确定所述物料载盘的位置，从而弥补了上述偏差带来的错位，提高定位精准度。
附图说明
图1为一实施例的物料输送设备的立体示意图。
图2为图1中II处的局部放大图。
图3为一实施例的物料输送方法的步骤流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明涉及一种物料输送设备。例如，所述物料输送设备包括移动底座、激光雷达导航器、机械臂、夹爪以及图像获取部件。例如，所述激光雷达导航器设置于所述移动底座上并位于所述移动底座的一侧。例如，所述机械臂安装于所述移动底座的顶部；所述夹爪安装于所述机械臂的末端；所述图像获取部件设置于所述机械臂的末端并穿设于所述照明灯具中。例如，所述图像获取部件用于采集物料载盘的图像以获取所述物料载盘的位置信息。又如，一种物料输送设备，包括移动底座、激光雷达导航器、机械臂、夹爪以及图像获取部件。例如，所述激光雷达导航器设置于所述移动底座上并位于所述移动底座的一侧；所述机械臂安装于所述移动底座的顶部；所述夹爪安装于所述机械臂的末端。例如，所述图像获取部件设置于所述机械臂的末端并穿设于所述照明灯具中。例如，所述图像获取部件用于采集物料载盘的图像以获取所述物料载盘的位置信息。例如，一种如上所述的物料输送设备的物料输送方法，包括以下步骤：往所述移动底座上装载物料载盘；所述激光雷达导航器对所述移动底座进行导航，引导所述移动底座移动至预定的工位；所述机械臂的末端移动至所述移动底座上的物料载盘处；所述图像获取部件获取所述物料载盘的图像以辅助所述机械臂对所述物料载盘进行定位；以及所述机械臂带动所述夹爪抓取所述物料载盘并放置于所述预定的工位上。又如，一种物料输送方法，其采用本文中任一实施例所述物料输送设备实现；例如，一种物料输送方法，包括以下步骤：往所述移动底座上装载物料载盘；所述激光雷达导航器对所述移动底座进行导航，引导所述移动底座移动至预定的工位；所述机械臂的末端移动至所述移动底座上的物料载盘处；所述图像获取部件获取所述物料载盘的图像以辅助所述机械臂对所述物料载盘进行定位。
请参阅图1及图2，一种物料输送设备100，包括移动底座10、激光雷达导航器20、机械臂30、夹爪40以及图像获取部件50。例如，所述激光雷达导航器设置于所述移动底座上并位于所述移动底座的一侧；所述机械臂安装于所述移动底座的顶部；所述夹爪安装于所述机械臂的末端；所述图像获取部件设置于所述机械臂的末端，用于采集物料载盘的图像以获取所述物料载盘的位置信息。
当需要运送物料时，所述机械臂将物料载盘及其上的物料夹持搬运至所述移动底座上，所述移动底座在所述激光雷达导航器的引导下移动至预定的工位处，所述机械臂带动所述夹爪移动至所述物料载盘处，并利用所述图像获取部件对所述物料载盘进行精准定位，然后所述夹爪夹持所述物料载盘并将所述物料载盘移动至所述预定的工位上，从而实现了物料的搬运。由于所述物料输送设备能够实现物料的全自动搬运，因此比较节省人力，而且采用了图像获取部件对物料载盘进行定位，因此不容易出错，提高了运输效率。另外，所述移动底座移动时采用所述激光雷达导航器进行导航，其定位精度因受到周边环境的反射率的影响，会产生一定的偏差，而在抓取物料时采用所述图像获取部件获取物料载盘的图像以确定所述物料载盘的位置，从而弥补了上述偏差带来的错位，提高定位精准度。
例如，激光雷达导航导航器为激光SLAM(simultaneous localization andmapping，即时定位与地图构建)导航，而激光SLAM导航仪采用激光对周围环境进行轮廓扫描，并进行特征匹配而实现定位。这种定位方式避免使用磁带等标记物，以自然环境为特征进行定位。然而，由于环境物体对激光的反射率不一样，导致的激光定位精度有偏差。因此，在抓取物料载盘时，先采用所述图像获取部件获取所述物料载盘的位置，从而避免了上述激光导航定位精度的偏差所带来的影响。
例如，为了便于提高定位精度，所述图像获取部件为工业相机。所述物料输送设备还包括照明灯具60，所述照明灯具设置于所述机械臂的末端，并邻近所述夹爪；所述照明灯具为环形状，其上形成有穿设孔61，所述图像获取部件穿设于所述穿设孔中。例如，一种物料输送设备，包括移动底座、激光雷达导航器、机械臂、夹爪以及图像获取部件；所述激光雷达导航器设置于所述移动底座上并位于所述移动底座的一侧；所述机械臂安装于所述移动底座的顶部；所述夹爪安装于所述机械臂的末端；所述图像获取部件设置于所述机械臂的末端，用于采集物料载盘的图像以获取所述物料载盘的位置信息，所述图像获取部件为工业相机。还包括照明灯具，所述照明灯具设置于所述机械臂的末端，并邻近所述夹爪；所述照明灯具为环形状，其上形成有穿设孔，所述图像获取部件穿设于所述穿设孔中。由于所述机械臂的末端安装有照明灯具，所述图像获取部件能够在所述照明灯具的照射下进行拍照，从而提高对所述物料载盘的定位精度。
例如，为了便于移动所述移动底座，所述机械臂中设置有处理器，所述处理器与所述图像获取部件电性连接。所述移动底座的底部设置有四个支撑轮与两个移动轮，所述四个支撑轮分别设置于所述移动底座的四个角部，所述两个移动轮位于所述移动底座的中部。所述移动底座上设置有物料载盘，所述物料载盘上形成有物料定位槽，所述机械臂的末端邻近所述物料载盘。例如，一种物料输送设备，包括移动底座、激光雷达导航器、机械臂、夹爪以及图像获取部件；所述激光雷达导航器设置于所述移动底座上并位于所述移动底座的一侧；所述机械臂安装于所述移动底座的顶部；所述夹爪安装于所述机械臂的末端；所述图像获取部件设置于所述机械臂的末端，用于采集物料载盘的图像以获取所述物料载盘的位置信息，所述机械臂中设置有处理器，所述处理器与所述图像获取部件电性连接。所述移动底座的底部设置有四个支撑轮与两个移动轮，所述四个支撑轮分别设置于所述移动底座的四个角部，所述两个移动轮位于所述移动底座的中部。所述移动底座上设置有物料载盘，所述物料载盘上形成有物料定位槽，所述机械臂的末端邻近所述物料载盘。由于所述移动底座下设置有两个移动轮，因此方便所述移动底座的移动。
例如，为了便于及时地进行物料输送，所述移动底座为AGV(Automatic GuidedVehicle，无人搬运车)，所述激光雷达导航器为激光SLAM导航仪，所述机械臂为六轴机械臂。所述物料输送设备还包括呼叫终端，所述呼叫终端与所述移动底座无线连接，用于向所述移动底座发送叫料指令。例如，一种物料输送设备，包括移动底座、激光雷达导航器、机械臂、夹爪以及图像获取部件；所述激光雷达导航器设置于所述移动底座上并位于所述移动底座的一侧；所述机械臂安装于所述移动底座的顶部；所述夹爪安装于所述机械臂的末端；所述图像获取部件设置于所述机械臂的末端，用于采集物料载盘的图像以获取所述物料载盘的位置信息，所述移动底座为无人搬运车，所述激光雷达导航器为激光SLAM导航仪，所述机械臂为六轴机械臂。所述物料输送设备还包括呼叫终端，所述呼叫终端与所述移动底座无线连接，用于向所述移动底座发送叫料指令。由于所述物料输送送设备还包括呼叫终端，因此能够及时地向所述移动底座发送叫料指令，从而促使所述物料输送设备及时地进行物料输送。
请参阅图3，例如，一种如上所述的物料输送设备的物料输送方法，包括以下步骤：
于步骤S101中，往所述移动底座上装载物料载盘；
于步骤S102中，所述激光雷达导航器对所述移动底座进行导航，引导所述移动底座移动至预定的工位；
于步骤S103中，所述机械臂的末端移动至所述移动底座上的物料载盘处；
于步骤S104中，所述图像获取部件获取所述物料载盘的图像以辅助所述机械臂对所述物料载盘进行定位；以及
于步骤S105中，所述机械臂带动所述夹爪抓取所述物料载盘并放置于所述预定的工位上。
由于所述物料输送设备能够实现物料的全自动搬运，因此比较节省人力，而且采用了图像获取部件对物料载盘进行定位，因此不容易出错，提高了运输效率。另外，所述移动底座移动时采用所述激光雷达导航器进行导航，其定位精度因受到周边环境的反射率的影响，会产生一定的偏差，而在抓取物料时采用图像获取部件获取物料载盘的位置，从而弥补了上述偏差带来的错位，提高定位精准度。
例如，为了提高定位精度，在所述机械臂的末端移动至所述移动底座上的物料载盘处的步骤之后还包括以下步骤：所述机械臂的末端上的照明灯具启动以照明所述物料载盘。通过启动照明灯具，使得所述图像获取部件能够更为清楚地拍摄所述物料载盘，从而提高定位精度。
例如，现有的技术为了把物料从A机台运到多个B机台，多采用人工上下料。现有技术方案的缺点：工厂生产期间，一般环境比较的恶劣，会影响工人的身体健康；劳动强度大，易造成工人疲劳；人工容易出错，影响运输效率。本发明的目的是用移动机器人取代人力，完成物料的中转。下面再给出一个应用的例子，假设工厂生产中共包含4个站点，其中有1个总工位，A站点3个分装工位，B、C、D站点。从A工位为起始工位，所有的物料箱装满后从该工位开始运输到B、C、D工位中任一一个工位。并将加工完的空物料箱运输到A工位，重新装箱，以此往复循环。移动机器人上部配置一个轻量型六轴机械臂，末端带有夹持装置和机械视觉定位。移动机器人从A工位取满载物料框到移动机器人承载盘上，B、C、D站点需求物料时由无线发射装置给移动机器人发送叫料指令，移动机器人运行到该站点上将满载物料框放置到该工位上，同时将空物料框放置在移动机器人物料盘上，机器人将该空物料盘运输到A工位上，移动机器人在A工位上待命，物料盘中装满满载的物料箱。实现那个工位需求即往哪个工位派送。此型号移动机器人采用两轮独立差速运转，由四轮支撑。例如，上部搭载大族激光公司的MK轻量型机械臂，体积小巧，运行稳定；采用锂电续航，具备长时间续航；可以进行远程控制及呼叫；使用过程中可根据现场工作情况进行定制化应用。例如，移动机器人导航方式为激光雷达导航，除了移动机器人定位外机械臂还辅助配置机器视觉定位。
其中采用激光雷达导航，该方案中移动机器人导航定位采用激光SLAM导航仪。激光SLAM导航仪采用激光对周围环境进行轮廓扫描，并进行特征匹配，实现机器人定位。该种定位方式避免使用磁带等标记物，以自然环境为特征进行定位，由于环境物体对激光的反射率不一样，导致的激光定位精度有所偏差。再利用视觉定位引导作为辅助，当移动机器人在激光雷达的导航下到达预定的工位时，该处则需要机器视觉定位。移动机器人停止后机械臂上端开始运动到物料箱上端，机械臂末端的相机拍照并定位物料箱位置。根据反馈的位置，机械臂实现精准抓取和放置物料箱。抓取过程为首先机械臂移动到物料箱上端，相机拍照标定机械臂末端位置，将定位坐标反馈给机械臂，经过处理器计算后机械臂得到手爪的要抓取的目标坐标，机械臂带动手爪开始夹取物料并放置在承载盘上完成夹取过程。实现工厂中机台之间上下料的自动化，该视觉引导+激光雷达导航的高精度上下料的移动机器人，可以在广阔的区域内实现高精度的自动上下料，是实现智能工厂的关键一环。本发明技术方案的关键点是：移动机器人上装载六轴机械臂，采用激光雷达导航并利用视觉定位予以辅助。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种物料输送设备，其特征在于，包括移动底座、激光雷达导航器、机械臂、夹爪以及图像获取部件；
所述激光雷达导航器设置于所述移动底座上并位于所述移动底座的一侧；
所述机械臂安装于所述移动底座的顶部；
所述夹爪安装于所述机械臂的末端；
所述图像获取部件设置于所述机械臂的末端，用于采集物料载盘的图像以获取所述物料载盘的位置信息。
2.根据权利要求1所述的物料输送设备，其特征在于，所述图像获取部件为工业相机。
3.根据权利要求1所述的物料输送设备，其特征在于，还包括照明灯具，所述照明灯具设置于所述机械臂的末端，并邻近所述夹爪；所述照明灯具为环形状，其上形成有穿设孔，所述图像获取部件穿设于所述穿设孔中。
4.根据权利要求1所述的物料输送设备，其特征在于，所述机械臂中设置有处理器，所述处理器与所述图像获取部件电性连接。
5.根据权利要求1所述的物料输送设备，其特征在于，所述移动底座的底部设置有四个支撑轮与两个移动轮，所述四个支撑轮分别设置于所述移动底座的四个角部，所述两个移动轮位于所述移动底座的中部。
6.根据权利要求1所述的物料输送设备，其特征在于，所述移动底座上设置有物料载盘，所述物料载盘上形成有物料定位槽，所述机械臂的末端邻近所述物料载盘。
7.根据权利要求6所述的物料输送设备，其特征在于，所述移动底座为无人搬运车，所述激光雷达导航器为激光SLAM导航仪，所述机械臂为六轴机械臂。
8.根据权利要求7所述的物料输送设备，其特征在于，所述物料输送设备还包括呼叫终端，所述呼叫终端与所述移动底座无线连接，用于向所述移动底座发送叫料指令。
9.一种如权利要求1所述的物料输送设备的物料输送方法，其特征在于，包括以下步骤：
往所述移动底座上装载物料载盘；
所述激光雷达导航器对所述移动底座进行导航，引导所述移动底座移动至预定的工位；
所述机械臂的末端移动至所述移动底座上的物料载盘处；
所述图像获取部件获取所述物料载盘的图像以辅助所述机械臂对所述物料载盘进行定位；以及
所述机械臂带动所述夹爪抓取所述物料载盘并放置于所述预定的工位上。
10.一种如权利要求9所述的物料输送方法，其特征在于，在所述机械臂的末端移动至所述移动底座上的物料载盘处的步骤之后还包括以下步骤：所述机械臂的末端上的照明灯具启动以照明所述物料载盘。
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