CN118061882A - 一种顶升式移动复合机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种顶升式移动复合机器人，包括自主移动小车、设于所述自主移动小车的协作机器人和顶升机构；还包括设于所述自主移动小车对角用于路径导航和避障的激光雷达、设于所述自主移动小车底部用于扫描导航路径二维码以进行位置纠正的定位相机、设于所述安装座用于检测载物托盘是否到达预定位置的到位传感器、设于所述自主移动小车用于检测顶升机构升起和下降时到位状态的升降传感器、以及设于所述自主移动小车的控制***。本发明的顶升式移动复合机器人，用一台设备实现对物料进行批量整体举升移载和上下料作业，提高了生产效率，节约了空间。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种顶升式移动复合机器人。
背景技术
仓储中心、企业加工车间对产品从原材料到成品的加工过程主要有两种模式，一种是完全人工操作模式，另一种是自动化生产模式。其中，完全人工操作模式是：操作人员通过操作叉车或其他中转运输设备将原材料运输到待加工缓存区域，然后工人将待加工原材料搬运至加工设备或输送线上进行加工/组装/打包，完成后再由人工将成品运输到成品库进行储存盘点出库。人工操作模式具有工作效率低，生产成本高等缺点。
随着技术的发展，自动化生产模式逐渐替代了人工操作模式，自动化生产模式是将原材料存放于高位立体仓库等区域，通过堆垛机/巷道机器人等设备将原材料放置到待转区，然后通过顶升式AGV、无人叉车或复合机器人等设备将原材料转运至待加工区域，在加工区域布置上下料/加工的工业机器人进行加工操作，加工完成后将成品放置到成品待转区，最后由无人叉车、顶升式AGV或复合机器人将成品转运至成品存放区域。其中顶升式AGV的工作方式是通过导航自主移动至货物托盘的底部，通过举升装置将货物举升脱离地面，然后将其运输至目的地；优点是体积小、作业灵活，但是只能进行举升移动作业，无法进行上下料作业，要实现自动化全流程无人作业必须额外设置其他自动化设备进行辅助，造成了生产空间的浪费，建设成本增加，且影响了加工效率。复合移动机器人是在AGV底盘的顶部加装协作机器人，可以将单个或多个物料逐个抓取放置到本体上，运输至目标地点，然后将本体上的物料逐个放置到加工设备上进行加工，虽然解决了运输和上下料的问题，但是受限于协作机器人的负载等问题，在对物料运输时，只能逐个或少量进行抓取，然后运输至目标地点再逐个放置到加工设备上，在此情况下，复合移动机器人进行运输及上下料作业效率比较低，只能应用于生产节拍要求比较低的加工场合。
鉴于此，有必要提供一种新的复合机器人解决上述技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种顶升式移动复合机器人，采用一台设备实现对物料进行批量整体举升移载和上下料作业，提高了生产效率，并节约了空间。
本发明的技术方案如下：
一种顶升式移动复合机器人，包括自主移动小车、集成于所述自主移动小车的协作机器人和顶升机构；
所述协作机器人包括设于所述自主移动小车的安装座、设于所述安装座的机械手臂、设于所述机械手臂末端的视觉相机和夹具；
所述顶升机构包括顶升装置、设于所述顶升装置顶面用于承载载货托盘的支撑板；
还包括设于所述自主移动小车对角用于路径导航和避障的激光雷达、设于所述自主移动小车底部用于扫描导航路径二维码以进行位置纠正的定位相机、设于所述安装座用于检测载物托盘是否到达预定位置的到位传感器、设于所述自主移动小车用于检测顶升机构升起和下降时到位状态的升降传感器、以及设于所述自主移动小车的控制***；
所述顶升式移动复合机器人的作业方法包括如下步骤：
根据工作流程规划自主移动小车的运行轨迹；
控制***控制自主移动小车动作，所述激光雷达和定位相机将检测数据实时发送至控制***，控制***根据检测信号规划自主移动小车的行驶路径，使自主移动小车行驶至载物托盘底部；
所述到位传感器通过检测载物托盘与协作机器人安装座的间距判断是否到达预定位置，当检测到载物托盘到达预定位置时，所述控制***控制所述顶升机构做升起动作；
所述升降传感器检测所述顶升机构是否上升至预设位置，当顶升机构升起至预设位置时，控制***控制自主移动小车按规划的运行轨迹行驶至下一工作点；
控制***控制顶升机构下降，所述升降传感器检测所述顶升机构是否下降到位，当顶升机构下降到位时，所述控制***控制协作机器人动作；
协作机器人的机械手臂末端移动至待抓取位置，视觉相机对载物托盘上的单个货物进行位置标定并反馈至控制***，控制***控制协作机器人调整机械手臂位姿，并控制夹具对货物进行精准抓取，完成下料。
进一步地，还包括设于所述自主移动小车端面的安全触边传感器，所述安全触边传感器将遇障信号发送至控制***，所述控制***控制自主移动小车停止。
进一步地，还包括设于所述自主移动小车四角的可编程警示灯，所述可编程警示灯用于对自主移动小车前进、后退、转弯和电量状态进行提示。
进一步地，还包括设于所述自主移动小车的语音警示仪，所述语音警示仪播报自主移动小车的前进、后退、转弯和电量等运行信息。
进一步地，所述顶升装置为剪叉式、桅柱式、臂架式、齿轮链条旋转式或桁架式中的任意一种。
进一步地，所述夹具为气动夹具、电动夹具或机械式夹具中的任意一种。
与现有技术相比，本发明提供的顶升式移动复合机器人，有益效果在于：
一、本发明提供的顶升式移动复合机器人，将自主移动小车、协作机器人和顶升机构复合为一体，实现了对货物的批量搬运和上下料作业，提高了生产效率，并简化了作业完成所需设备结构，节约了空间，增加了工厂容积率，降低了建设成本；同时通过视觉相机实现精准对位，使协作机器人的抓取动作更精确。
二、本发明提供的顶升式移动复合机器人，自主移动小车的路径由激光雷达和定位相机结合进行路径导航，提高了自主移动小车行驶路径的精准度。
三、本发明提供的顶升式移动复合机器人，自主移动小车、顶升机构和协作机器人由一套控制***控制，相较于现有技术中各机构单独设立控制***，并增加一个交互平台进行信息交互的控制方法，打通了数据互通壁垒，控制方法更简便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的顶升式移动复合机器人的结构示意图；
图2为图1所示的顶升式移动复合机器人的部分结构示意图；
图3为图2所示的顶升式移动复合机器人的部分结构示意图；
图4为图1所示的顶升式移动复合机器人其中一种使用状态的示意图。
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实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应该被视为在本文中具体公开。
请结合参阅图1、图2和图3，其中图1为本发明的顶升式移动复合机器人的结构示意图；图2为图1所示的顶升式移动复合机器人的部分结构示意图；图3为图2所示的顶升式移动复合机器人的部分结构示意图。本发明的顶升式移动复合机器人包括自主移动小车1、集成于自主移动小车的顶升机构2和协作机器人3，自主移动小车1用于带动整机自主移动行走，顶升机构2用于物料的批量举升及搬运，协作机器人3用于对物料进行抓取，完成物料的上下料动作。
顶升机构2包括顶升装置21、设于顶升装置顶面用于承载载货托盘的支撑板22，其中顶升装置为剪叉式、桅柱式、臂架式、齿轮链条旋转式或桁架式中的任意一种，在动力作用下，顶升装置21带动支撑板22做升降运动，从而带动其承载的载物托盘做升降运动。
协作机器人3包括设于自主移动小车的安装座31、设于安装座的机械手臂32、设于机械手臂末端的视觉相机33和夹具34，通过调整机械手臂32的位姿，以调整夹具34的抓取位置和角度，视觉相机33用于对载货托盘上的物料进行位置标定，以控制夹具对货物进行精准抓取。其中夹具34为气动夹具、电动夹具或机械式夹具中的任意一种，也可以为满足抓取功能的其他形式的夹具。
为了使移动复合机器人顺利完成搬运及上下料动作，本发明的顶升式移动复合机器人还包括设于自主移动小车1对角用于路径导航和避障的激光雷达4、设于自主移动小车底部用于扫描导航路径二维码以进行位置纠正的定位相机5、设于安装座31用于检测载物托盘是否到达预定位置的到位传感器6、设于自主移动小车用于检测顶升机构升起和下降时到位状态的升降传感器7、设于自主移动小车的控制***8以及用于为整机提供动力的电源9。
其中，激光雷达4位于自主移动小车的对角，可以对复合机器人周围进行360度无死角监控，以实现路径导航和避障扫描。激光雷达导航分为激光自然导航和激光反光板导航两种，使自主移动小车能够灵活规划路径，准确定位。其中，激光反光板导航是在自主移动小车行驶路径的周围进行安装一个位置可以精确的反射板，激光扫描器安装在自主移动小车车体上。激光扫描器随自主移动小车行走的同时会发出激光束，发出的激光束被沿自主移动小车行驶车辆路径上的多组反射板直接反射回来，触发控制器记录当旋转激光头遇到各种反射板时的角度。控制器需要根据这些角度值与实际的这组反光板的位置信息相匹配，计算出自主移动小车的绝对坐标，基于这样的原理实现非常精确的激光导引。在实际应用中，可将现场障碍物作为反射板，即通过现场障碍物实现路径导航。激光自然导航是通过激光传感器扫描感知周围环境，其定位标志物可以是工作环境中的墙面、物体等信息，相比于激光反光板导航，自然导航的施工成本与周期都较低。
定位相机5通过扫描放置在地面上的导航路径二维码，分析二维编码信息获取当前的位置信息，并将获取的位置信息反馈至控制***，再由控制***发出对自主移动小车的位置进行纠正的指令。
本发明中，将激光雷达与定位相机结合使用，使二维码导航与激光雷达导航结合，可实现精确定位。
到位传感器6通过检测载物托盘与协作机器人安装座的间距判断是否达到预定位置，以防止载物托盘与协作机器人发生碰撞。到位传感器6将检测信号发送至控制***，控制***根据接收的信号控制顶升机构和自主移动小车动作。
升降传感器7将检测到的顶升机构位置状态发送至控制***，控制***根据接收到的信号控制协作机器人和自主移动小车动作。
具体的，本发明的顶升式移动复合机器人，工作流程如下：
(1)根据工作流程规划自主移动小车的运行轨迹；具体的，工作流程为将货物从物料运转处运送至物料加工工位，或是从物料加工工位将载物托盘运送至物料运转处；运行轨迹首先根据工作流程确定自主移动小车的运行起点和终点，起点至终点的路径则为运行轨迹；
(2)控制***控制自主移动小车动作，激光雷达和定位相机将检测数据实时发送至控制***，控制***根据检测信号规划自主移动小车的行驶路径，使自主移动小车行驶至载物托盘20底部，如图4所示；
(3)到位传感器通过检测载物托盘与协作机器人安装座的间距判断是否到达预定位置，当检测到载物托盘到达预定位置时，控制***控制顶升机构做升起动作；
(4)升降传感器检测顶升机构是否上升至预设位置，当顶升机构升起至预设位置时，控制***控制自主移动小车按规划的运行轨迹行驶至下一工作点；
(5)控制***控制顶升机构下降，升降传感器检测顶升机构是否下降到位，当顶升机构下降到位时，控制***控制协作机器人动作；
(6)协作机器人的机械手臂末端移动至待抓取位置，视觉相机对载物托盘上的单个货物进行位置标定并反馈至控制***，控制***控制协作机器人调整机械手臂位姿，并控制夹具对货物进行精准抓取，完成下料。
本发明中，为了进一步确保复合机器人的安全运行，优选地，在自主移动小车端面设置安全触边传感器10，安全触边传感器10将遇障信号发送至控制***，控制***控制自主移动小车停止。安全触边传感器10的设置，可以确保其他避障装置失灵时，提供一道安全防线。
本发明中，还可以在自主移动小车四角设置可编程警示灯11，可编程警示灯11用于对自主移动小车前进、后退、转弯和电量状态进行提示。当然，还可以根据具体工作状态增加其他警示灯信号，工作人员可以根据警示灯信号判断复合机器人的工作状态。
除此之外，还可以在自主移动小车上设置语音警示仪12，语音警示仪用于播报自主移动小车的运行信息，包括自主移动小车的前进、后退、转弯和电量等运行信息，且可以根据实际需要对播报内容进行编辑。
与现有技术相比，本发明提供的顶升式移动复合机器人，有益效果在于：
一、本发明提供的顶升式移动复合机器人，将自主移动小车、协作机器人和顶升机构复合为一体，实现了对货物的批量搬运和上下料作业，提高了生产效率，并简化了作业完成所需设备结构，节约了空间，增加了工厂容积率，降低了建设成本；同时通过视觉相机实现精准对位，使协作机器人的抓取动作更精确。
二、本发明提供的顶升式移动复合机器人，自主移动小车的路径由激光雷达和定位相机结合进行路径导航，提高了自主移动小车行驶路径的精准度。
三、本发明提供的顶升式移动复合机器人，自主移动小车、顶升机构和协作机器人由一套控制***控制，相较于现有技术中各机构单独设立控制***，并增加一个交互平台进行信息交互的控制方法，打通了数据互通壁垒，控制方法更简便。
以上对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种顶升式移动复合机器人，其特征在于，包括自主移动小车、集成于所述自主移动小车的协作机器人和顶升机构；
所述协作机器人包括设于所述自主移动小车的安装座、设于所述安装座的机械手臂、设于所述机械手臂末端的视觉相机和夹具；
所述顶升机构包括顶升装置、设于所述顶升装置顶面用于承载载货托盘的支撑板；
还包括设于所述自主移动小车对角用于路径导航和避障的激光雷达、设于所述自主移动小车底部用于扫描导航路径二维码以进行位置纠正的定位相机、设于所述安装座用于检测载物托盘是否到达预定位置的到位传感器、设于所述自主移动小车用于检测顶升机构升起和下降时到位状态的升降传感器、以及设于所述自主移动小车的控制***；
所述顶升式移动复合机器人的作业方法包括如下步骤：
根据工作流程规划自主移动小车的运行轨迹；
控制***控制自主移动小车动作，所述激光雷达和定位相机将检测数据实时发送至控制***，控制***根据检测信号规划自主移动小车的行驶路径，使自主移动小车行驶至载物托盘底部；
所述到位传感器通过检测载物托盘与协作机器人安装座的间距判断是否到达预定位置，当检测到载物托盘到达预定位置时，所述控制***控制所述顶升机构做升起动作；
所述升降传感器检测所述顶升机构是否上升至预设位置，当顶升机构升起至预设位置时，控制***控制自主移动小车按规划的运行轨迹行驶至下一工作点；
控制***控制顶升机构下降，所述升降传感器检测所述顶升机构是否下降到位，当顶升机构下降到位时，所述控制***控制协作机器人动作；
协作机器人的机械手臂末端移动至待抓取位置，视觉相机对载物托盘上的单个货物进行位置标定并反馈至控制***，控制***控制协作机器人调整机械手臂位姿，并控制夹具对货物进行精准抓取，完成下料。
2.根据权利要求1所述的顶升式移动复合机器人，其特征在于，还包括设于所述自主移动小车端面的安全触边传感器，所述安全触边传感器将遇障信号发送至控制***，所述控制***控制自主移动小车停止。
3.根据权利要求1所述的顶升式移动复合机器人，其特征在于，还包括设于所述自主移动小车四角的可编程警示灯，所述可编程警示灯用于对自主移动小车前进、后退、转弯和电量状态进行提示。
4.根据权利要求3所述的顶升式移动复合机器人，其特征在于，还包括设于所述自主移动小车的语音警示仪，所述语音警示仪播报自主移动小车的前进、后退、转弯和电量运行信息。
5.根据权利要求1所述的顶升式移动复合机器人，其特征在于，所述顶升装置为剪叉式、桅柱式、臂架式、齿轮链条旋转式或桁架式中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的顶升式移动复合机器人，其特征在于，所述夹具为气动夹具、电动夹具或机械式夹具中的任意一种。
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