一種機(jī)器人自動化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)器人自動化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺及其控制方法，是為針對機(jī)器人生產(chǎn)線進(jìn)行研宄提供實(shí)驗(yàn)手段，也為相關(guān)的教學(xué)研宄提供的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速的發(fā)展，機(jī)器人自動化生產(chǎn)線在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛，如在電子制造、汽車制造、加工包裝、貨物分揀等領(lǐng)域。特別是機(jī)器視覺技術(shù)在生產(chǎn)線上的運(yùn)用，極大地提高了系統(tǒng)的柔性化、智能化和自動化水平。該類自動化生產(chǎn)線通常配置一個或多個用于揀取或加工的機(jī)器人作為具體執(zhí)行機(jī)構(gòu)；配置一條或多條傳送帶用于輸送工件和包裝盒；配置工業(yè)視覺系統(tǒng)用于工件的定位、識別、尺寸測量等不同的操作。
[0003]隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)加工的特殊化、專業(yè)化、隨機(jī)化對自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)多用性、智能性以及靈活性提出了更高的要求。尤其是針對非固定節(jié)拍、隨機(jī)供料等生產(chǎn)方式的自動化生產(chǎn)線，在正式投入使用的前期，需要對系統(tǒng)集成和控制方法進(jìn)行大量的研宄和調(diào)試工作。而在現(xiàn)有的生產(chǎn)線相關(guān)問題的研宄上，尤其是對生產(chǎn)線具體運(yùn)行模式、操作的描述上，缺乏一個直觀、系統(tǒng)的物理系統(tǒng)基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種機(jī)器人自動化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺及其控制方法，以便為生產(chǎn)線不同工作模式的研宄、模擬和控制方法的驗(yàn)證提供試驗(yàn)手段，也為相關(guān)的教學(xué)研宄提供實(shí)驗(yàn)裝置。
[0005]本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明機(jī)器人自動化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:
[0007]在實(shí)驗(yàn)平臺上、處在同一平面上并沿X方向并列設(shè)置三條傳送帶，自一側(cè)至另一側(cè)依次為第一傳送帶、第二傳送帶和第三傳送帶；第一傳送帶和第二傳送帶的傳送方向?yàn)閺淖笙蛴?，并令從左向右的運(yùn)動方向?yàn)橄滦?，第三傳送帶的傳送方向?yàn)閺挠蚁蜃螅⒘顝挠蚁蜃蟮倪\(yùn)動方向?yàn)樯闲?，在所述第一傳送帶上傳送的是下行工件；在所述第二傳送帶上傳送的是沒有裝載工件的下行空載盒和/或載有工件的下行載件盒；在所述第三傳送帶上傳送的是上行載件盒。
[0008]在所述實(shí)驗(yàn)平臺上，處在所述第二傳送帶的右端設(shè)置有第一氣缸推桿和第一光電傳感器，處在所述第二傳送帶的中部設(shè)置有第三光電傳感器，利用所述第三光電傳感器檢測獲得第二傳送帶上的下行空載盒的下行空載盒到位信號，根據(jù)所述下行空載盒到位信號控制第一氣動抓手將運(yùn)行在第一傳送帶上的下行工件朝向所述下行空載盒中進(jìn)行裝箱，使下行空載盒裝箱后成為下行載件盒；利用第一光電傳感器檢測獲得運(yùn)行在第二傳送帶上的下行載件盒的下行載件盒到位信號，利用所述下行載件盒到位信號控制所述第一氣缸推桿將所述下行載件盒推向第三傳送帶成為上行載件盒。
[0009]在所述實(shí)驗(yàn)平臺上，處在所述第三傳送帶的左端分別設(shè)置第二氣缸推桿和第二光電傳感器，由所述第二光電傳感器檢測獲得運(yùn)行在第三傳送帶上的上行載件盒的上行載件盒到位信號，根據(jù)所述上行載件盒到位信號控制第二氣動抓手將運(yùn)行在第三傳送帶上的上行載件盒中的工件朝向第一傳送帶進(jìn)行卸載并成為下行工件，由所述第二氣缸推桿將卸載后的上行載件盒推向第二傳送帶成為下行空載盒。
[0010]在所述第一傳送帶的外側(cè)，處在所述第一傳送帶的左端位置處固定設(shè)置相機(jī)支架，在所述相機(jī)支架上分別安裝有用于獲取下行工件的圖像信息的工業(yè)相機(jī)和相機(jī)光源；在所述工業(yè)相機(jī)的下方、處在第一傳送帶的外側(cè)設(shè)置第四光電傳感器，以所述第四光電傳感器檢測獲得的第一傳送帶上的下行工件的工件到位信號，以所述工件到位信號觸發(fā)工業(yè)相機(jī)獲取下行工件的圖像信息。
[0011]在所述實(shí)驗(yàn)平臺上，處在所述第一傳送帶的外側(cè)固定安裝機(jī)器人，所述第一氣動抓手是配置在機(jī)器人上的氣動抓手，所述第一氣動抓手是具有多個吸盤的吸盤式抓手。
[0012]本發(fā)明機(jī)器人自動化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于:在所述實(shí)驗(yàn)平臺的左端，橫跨在第一傳送帶和第三傳送帶之間的上方固定設(shè)置有呈X向的水平滑臺，所述水平滑臺可沿X向移動，在所述水平滑臺的滑座上固定設(shè)置可沿Z向移動的豎向滑臺，所述第二氣動抓手固定設(shè)置在所述豎向滑臺的底端，所述第二氣動抓手為具有多個吸盤的吸盤式抓手。
[0013]本發(fā)明機(jī)器人自動化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于:在所述實(shí)驗(yàn)平臺上、處在所述機(jī)器人的右側(cè)、并且是所述第一氣動抓手所能及的位置上固定設(shè)置包裝盒儲放平臺，外置包裝盒存放在包裝盒儲放平臺上。
[0014]本發(fā)明機(jī)器人自動化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于:所述相機(jī)支架設(shè)置為框架，在所述框架的四周及頂部設(shè)置濾光玻璃形成工業(yè)相機(jī)的濾光罩。
[0015]本發(fā)明機(jī)器人自動化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺的工作模式，其特點(diǎn)是設(shè)置工作模式一為:根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的投料方式生成相應(yīng)的投料時間點(diǎn)和投料位置，利用第二氣動抓手將上行載件盒中的工件移送至第一傳送帶，實(shí)現(xiàn)第一傳送帶上的下行工件的投放；利用第四光電傳感器獲得下行工件的工件到位信號及到位時間點(diǎn)，以所述工件到位信號觸發(fā)工業(yè)相機(jī)獲取下行工件的圖像信息，利用圖像信息獲得下行工件的位姿信息；所述第一氣動抓手根據(jù)所述下行工件的到位時間點(diǎn)和位姿信息執(zhí)行將運(yùn)行在第一傳送帶上的下行工件朝向運(yùn)行在第二傳送帶上的下行空載盒中裝箱的操作；所述下行空載盒在完成裝箱后成為下行載件盒；利用第一光電傳感器檢測獲得運(yùn)行在第二傳送帶上的下行載件盒的下行載件盒到位信號，利用所述下行載件盒到位信號控制第一氣缸推桿將所述下行載件盒推向第三傳送帶成為上行載件盒；在所述上行載件盒運(yùn)行至第三傳送帶的左端時，由第二光電傳感器檢測獲得運(yùn)行在第三傳送帶上的上行載件盒的上行載件盒到位信號，根據(jù)所述上行載件盒到位信號控制第二氣動抓手對運(yùn)行在第三傳送帶上的上行載件盒中的工件進(jìn)行卸載并向第一傳送帶投料的操作，第二氣缸推桿將卸載后的上行載件盒推向第二傳送帶成為下行空載盒，從而完成自動循環(huán)工作模式的工件及包裝盒的循環(huán)操作過程。
[0016]本發(fā)明機(jī)器人自動化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺的工作模式，其特點(diǎn)是設(shè)置工作模式二為:利用第四光電傳感器獲得下行工件的工件到位信號及到位時間點(diǎn)，以所述工件到位信號觸發(fā)工業(yè)相機(jī)獲取下行工件的圖像信息，利用圖像信息獲得下行工件的位姿信息；所述第一氣動抓手根據(jù)所述下行工件到位時間點(diǎn)和位姿信息執(zhí)行將運(yùn)行在第一傳送帶上的下行工件朝向外置包裝盒中裝箱的操作。
[0017]本發(fā)明機(jī)器人自動化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺的工作模式二的控制方法，其特點(diǎn)是按如下過程進(jìn)行:
[0018]下行工件自第一傳送帶的左端隨機(jī)向機(jī)器人所在一端輸送，定義前視距離為機(jī)器人向左觀測的一段距離，以前視距離作為控制變量即行動，所述前視距離是根據(jù)控制方案進(jìn)行設(shè)定；
[0019]對于勻速運(yùn)行的第一傳送帶，將所述前視距離轉(zhuǎn)換為前視時間t，令Tmin為最小前視時間，Tmax為最大前視時間，定義行動集合D為:D = [T min, TmaJ , SP t e D ；
[0020]對于具有M個吸盤的第一氣動抓手，將第一氣動抓手中吸盤的空余量作為狀態(tài)X(Tn)，其中Tn為第η個決策時刻，定義決策時刻為機(jī)器人完成本次操作的時刻；狀態(tài)空間Φ為:Φ = {0，1，...，Μ}，即X(Tn) e Φ ;以行動ti表示在狀態(tài)X (Tn) = i下應(yīng)采取的行動，其中i = 0，1，...，M ;定義一個平穩(wěn)的策略V為狀態(tài)到行動的映射，則V = [t0, t1；..., tM]；通過系統(tǒng)的優(yōu)化學(xué)習(xí)獲得最優(yōu)策略/，在最優(yōu)策略/下，行動h表示在狀態(tài)X(Tn) = i下應(yīng)采取的最優(yōu)行動，to= O, t M等于無窮大；
[0021]令在第一傳送帶上、位于機(jī)器人左側(cè)并與機(jī)器人最為接近的一個下行工件運(yùn)行到達(dá)機(jī)器人的揀取位置的時間為twait，在最優(yōu)策略/下，在決策時刻T n、狀態(tài)X (Tn) = i時，系統(tǒng)按如下方式?jīng)Q策:
[0022]若twait< t ,，機(jī)器人等待離揀取位置最近的工件到達(dá)執(zhí)行在第一傳送帶上揀取工件的動作；
[0023]若twait> t i，機(jī)器人執(zhí)行將已經(jīng)抓取在第一氣動抓手上的工件放置于外置包裝盒上的動作。
[0024]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:
[0025]1、本發(fā)明可為生產(chǎn)線上的不同工作模式的研宄、模擬和控制方法驗(yàn)證提供有效的試驗(yàn)手段，也為相關(guān)的教學(xué)研宄提供了實(shí)驗(yàn)裝置。
[0026]2、本發(fā)明實(shí)驗(yàn)平臺中采用三條并聯(lián)的不同傳送方向的傳送帶來實(shí)現(xiàn)工件和包裝盒的兩個循環(huán)