一种全自动化机器人磨抛生产线的模块化物料投递方法
【专利摘要】本发明提供一种全自动化机器人磨抛生产线的模块化物料投递方法，所述方法包括一外输送线、复数个RFID读取器以及复数个磨抛单元；所述RFID读取器的个数与磨抛单元的个数相等；所述磨抛单元包括内输送线、磨抛机器人以及磨抛机；通过对各个磨抛单元进行判断，将物料输送至最合适的磨抛单元进行加工，提高生产效率。
【专利说明】
一种全自动化机器人磨抛生产线的模块化物料投递方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种全自动化机器人磨抛生产线的模块化物料投递方法。
【背景技术】
[0002] 现有的水暖五金产品进行磨抛加工的时候，一部分是通过人工手动进行操作的； 首先，需要工作人员将该物料放置到磨抛机中，通过人手抓持物料，将物料靠在磨抛机的砂 带上对物料进行磨抛加工。加工好之后，由工作人员将物料送至下一个工序;也有一部分是 通过一条生产线来加工，通过生产线的输送将物料送至磨抛单元(包含一个机械手和复数 台磨抛机）中加工，所以下一道工序需要等待上一道工序完成之后才能开始，若上一道工序 加工时间较长，则导致下一道工序的空闲时间长，不利于加工速度。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题，在于提供一种全自动化机器人磨抛生产线的模块化物 料投递方法，便于用户使用。
[0004] 本发明是这样实现的：一种全自动化机器人磨抛生产线的模块化物料投递方法， 所述方法包括一外输送线、复数个RFID读取器以及复数个磨抛单元;所述RFID读取器的个 数与磨抛单元的个数相等;所述磨抛单元包括内输送线、磨抛机器人以及磨抛机构;包括如 下步骤：
[0005] 步骤1、将贴有RFID卡的物料放置于外生产线上，通过外生产线输送至磨抛单元；
[0006] 步骤2、物料到达磨抛单元入口时，RFID读取器读取物料的RFID卡，获取该物料的 ID，并通过数据库查询该物料的已完成工序号，将该物料的已完成工序号与磨抛单元的工 序号进行比较;若磨抛单元的工序号小于或等于该物料的已完成工序号，则控制外输送线， 将该物料输送至下一个磨抛单元;否，则进入步骤3;
[0007] 步骤3、将磨抛单元的ID号与所述物料的目的地ID号比较;若磨抛单元ID号小于或 等于目的地ID号，则进入步骤5;否，则进入步骤4;
[0008] 步骤4、查看所有与该磨抛单元工序号相等的磨抛单元的物料缺口数量，若物料缺 口数量大于零，则对该物料的目的地ID号重新配置;否，则不处理;进入步骤5;
[0009] 步骤5、将物料的ID号与所述物料的目的地ID号比较；
[0010]若物料的ID号大于所述物料的目的地ID号，则将该物料输送至下一个磨抛单元； [0011]若物料的ID号等于所述物料的目的地ID号，则通过内输送线将该物料输送至磨抛 单元中，通过磨抛机器人夹持物料，同磨抛机构配合，将物料进行加工，完成后由磨抛机器 人将加工后的物料放在内输送线上，通过内传输线输送至外传输线；
[0012] 若物料号ID小于所述物料的目的地ID号;则将物料留在原地等待。
[0013] 进一步地，所述步骤4进一步具体为:查看所有与该磨抛单元工序号相同的磨抛单 元的物料缺口数量，若物料缺口数量大于零，则根据物料缺口最大原则将磨抛单元选出，之 后根据距离最近原则选定一磨抛单元;重新分配该物料的目的地ID号，以选定的磨抛单元 ID号作为该物料的目的地ID号；否，则不处理;进入步骤5。
[0014] 进一步地，还包括步骤6、当物料通过内输送线线移动至外输送线时，上位机会查 找与所述内输送线所属磨抛单元工序相同的所有磨抛单元，并找出其中磨抛单元ID号最小 的磨抛单元，查看该磨抛单元入口处是否有物料存在;若没有物料存在，则不作处理;若有 物料存在，则RFID读取器读取物料的RFID卡，获取该物料的ID，并通过数据库查询该物料已 完成工序号，将该物料的已完成工序号与磨抛单元的工序号进行比较;若磨抛单元的工序 号小于该物料的已完成工序号，则控制外输送线，将该物料输送至下一个磨抛单元;否，则 进入步骤3。
[0015] 本发明具有如下优点:本发明一种全自动化机器人磨抛生产线的模块化物料投递 方法，便于用户使用，使得在加工过程中每个磨抛单元效益最大化，提高了整条生产线的生 产效率。
【附图说明】
[0016] 下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0017] 图1为本发明方法执行流程图。
[0018] 图2为本发明中磨抛生产线的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019] 如图1和图2所示，本发明全自动化机器人磨抛生产线的模块化物料投递方法，所 述方法包括一外输送线1、复数个RFID读取器2以及复数个磨抛单元3;所述RFID读取器2的 个数与磨抛单元3的个数相等;所述磨抛单元3包括内输送线31、磨抛机器人32以及磨抛机 构（图中未示）；包括如下步骤：
[0020] 步骤1、将贴有RFID卡的物料放置于外生产线上，通过外生产线输送至磨抛单元3; [0021] 步骤2、物料到达磨抛单元3入口时，RFID读取器2读取物料的RFID卡，获取该物料 的ID，并通过数据库查询该物料的已完成工序号，将该物料的已完成工序号与磨抛单元3的 工序号进行比较;若磨抛单元3的工序号小于或等于该物料的已完成工序号，则控制外输送 线1，将该物料输送至下一个磨抛单元3;否，则进入步骤3;
[0022]步骤3、将磨抛单元3的ID号与所述物料的目的地ID号比较;若磨抛单元3ID号小于 或等于目的地ID号，则进入步骤5;否，则进入步骤4;
[0023]步骤4、查看所有与该磨抛单元3工序号相同的磨抛单元3的物料缺口数量(每个磨 抛单元3的最大储料数减去物料储备数量(即当前实际储料数量)等于每个磨抛单元的物料 缺口数量），若物料缺口数量大于零，则根据物料缺口最大原则将磨抛单元3选出（可能有复 数个磨抛单元被选中），之后根据距离最近原则选定一磨抛单元3;重新分配该物料的目的 地ID号，以选定的磨抛单元ID号作为该物料的目的地ID号；；否，则不处理;进入步骤5; [0024]步骤5、将物料的ID号与所述物料的目的地ID号比较；
[0025]若物料的ID号大于所述物料的目的地ID号，则将该物料输送至下一个磨抛单元3; [0026]若物料的ID号等于所述物料的目的地ID号，则通过内输送线31将该物料输送至磨 抛单元3中，通过磨抛机器人32夹持物料，同磨抛机构配合，将物料进行加工，完成后由磨抛 机器人32将加工后的物料放在内输送线31上，通过内传输线输送至外传输线；
[0027] 若物料号ID小于所述物料的目的地ID号;则将物料留在原地等待。
[0028] 步骤6、当物料通过内输送线31线移动至外输送线1时，上位机会查找与所述内输 送线31所属磨抛单元3工序相同的所有磨抛单元3,并找出其中磨抛单元3ID号最小的磨抛 单元3，查看该磨抛单元3入口处是否有物料存在;若没有物料存在，则不作处理;若有物料 存在，则RFID读取器2读取物料的RFID卡，获取该物料的ID，并通过数据库查询该物料已完 成工序号，将该物料的已完成工序号与磨抛单元3的工序号进行比较;若磨抛单元3的工序 号小于该物料的已完成工序号，则控制外输送线1，将该物料输送至下一个磨抛单元3;否， 则进入步骤3。
[0029]本发明一种【具体实施方式】：
[0030] 1、生产线介绍
[0031] 这是一条根据最终用户的需求所设计的全自动化生产流水线，设计用来对水暖五 金产品进行磨抛加工。其结构如图2所示。
[0032] 其由加工功能由5个磨抛单元实现。将这5个磨抛单元通过物料输送线连接在一 起，实现物料的自动输送与自动加工相配合，构成自动化生产线。其中，物料输送线分为内 输送线和外输送线两个部分。外输送线为环形，内输送线有5条，呈U形。物料在输送线上的 运动方向如图2中的箭头所示。每一条内输送线与外输送线的交汇点有2个。从输送线的物 流方向可以看出，2个交汇点中的一个是物料输送的分支点，另一个是物料输送的汇入点。 物料在外输送线上按顺序排列移动。当某个物料需要交由某个磨抛单元加工的时候，该物 料就会被输送线从分支点送入与该磨抛单元相连的内输送线，并在内输送线上排队，等待 加工。磨抛单元内的磨抛机器人只会拾取内输送线上的物料进行加工。加工好的物料再通 过内输送线经由汇入点重新回到外输送线上。从图2可以看出，每一对分支点和汇入点与一 个磨抛单元对应，为该磨抛单元提供物料输入输出服务。因此，按照磨抛单元的编号（即ID 号)和磨抛单元与分支、汇入点的对应关系对每个分支点和汇入点进行编号（即ID号），以便 于识别;例如，如果磨抛单元的编号（即ID号)为1，则与之对应的分支点和汇入点的编号（SP ID号）也都是1。
[0033] 2、磨抛单元介绍
[0034] 磨抛单元在设计上能够适应不同的磨抛加工任务。
[0035] 磨抛单元由一台磨抛机器人和4台磨抛机构成。其中，磨抛机器人会按照事先编写 好的程序自动的从物料输送线上抓取物料放到磨抛机上进行磨抛加工，然后再放回物料输 送线上。磨抛机的砂带可以更换。换用不同型号的砂带并配合不同的机器人程序，磨抛单元 就可以承担不同的磨抛加工任务。由此可以看出，磨抛单元具备很强的磨抛工艺适应性，可 以很灵活的承担各种磨抛任务。不仅可以让各磨抛单元承担一样的磨抛任务，也可以让它 们各自承担同一个产品的不同工序，从而构成生产流水线。但由于更换砂带和机器人程序 需要手工完成，所以每次更换好砂带并设定好机器人程序后，磨抛单元就只能执行指定的 磨抛任务。
[0036] 3、生产线需适应多样的生产工艺
[0037]这条生产线所要加工的产品种类很多，不同的产品完成加工所需要的工序数是不 同的，而且不同产品在每道工序上所花的时间也是不一样的。比如说，存在情况1:5个单元 各负责一个产品的5道工序，物料必须按顺序被所有的单元加工过。也可能存在情况2:有的 产品只需要经过2道工序就可以达到要求，而且第一道工序和第二道工序的耗时接近3:2。 那就要让前3个磨抛单元负责第一道工序，而让后2个磨抛单元负责第二道工序。这样才能 使生产线的效率最大化。这样前3个磨抛单元之间就是以并联方式在工作，即物料一旦被前 3个磨抛单元中的一个加工过就不再需要进入前3个磨抛单元中的任何一个。后2个磨抛单 元之间也是以并联方式在工作。而前3个磨抛单元作为一个整体与后2个磨抛单元构成的整 体之间是串联关系。显然情况2与情况1在磨抛单元之间的配合方式上是差异巨大的，在输 送线的物流关系上也差异巨大。再比如说，还可能存在情况3:有的产品只需要1道工序就可 以完成加工。这样所有的磨抛单元都承担相同的工作，且它们之间都是并联关系。生产线的 使用者所要生产的产品种类是非常多的。实际的情况远不止上面所举例的这些。这5个磨抛 单元所能形成的所有可能的工序组合方式都有可能出现在实际生产中。由于磨抛单元可以 很灵活的承担各种磨抛任务，可以形成各种磨抛工艺组合方式。所以，生产线是否能够灵活 的构成各种工艺流程的关键在于物流输送线是否能够实现灵活的物料输送，以适应不同的 磨抛工艺组合方式。
[0038] 4、生产线需具备可快速扩展的特性
[0039] 另外，用户在使用该生产线的时候，希望该生产线可以快速扩展。因为用户也无法 预计未来生产的需求，所以他们希望:如果需要，可以通过延长物料传输线，增加磨抛单元 的方式，短时间内完成生产线的扩建工作。从而快速适应生产扩张的需要。要做到这一点就 要让生产线模块化。当需要扩建的时候，直接将新的模块拼接进生产线。由于模块有现成的 图纸和程序，且这些图纸和程序都经过实际生产的检验。所以这样的扩建方案比临时设计 新的生产线在可靠性和速度上都要有优势的多。
[0040] 从对生产线和磨抛单元的说明可以看出，生产线硬件部分已经具备明显的模块化 特征，所以模块化的关键就在于软件的模块化上。而整个生产线的核心功能一一物料投递 逻辑的模块化就显得非常关键。需要对每一个物料输送的分支点使用相同的投递逻辑，且 这个投递逻辑在任何一种工序组合方式中和在生产线中磨抛单元的数量发生变化的情况 下都可以适用。
[0041] 二、投递方案
[0042] 保护的是投递判定算法、数据结构。实用性:统一的投递判断逻辑，对每个物料输 送的分支点都适用。无论生产线上包含多少个磨抛单元、多少个分支点，无论磨抛单元在生 产线上的什么位置，每个磨抛单元都可以用同一个投递判断逻辑。这样使得整条生产线的 模块化和可扩展化的程度更高。只要设置好各磨抛单元所负责的工序后，系统就会自动按 照各磨抛单元当前的工序来输送每一个物料。即，生产线经过简单的设置、准备就能够实现 各种磨抛工艺，即能够对各种产品进行磨抛加工。
[0043] 1、增加RFID传感器
[0044]首先需要在每个物料输送的分支点处安装传感器以识别每一个物料。这里使用的 是RFID技术。每个物料上贴有RFID卡，用于识别物料。而在每个物料输送的分支点处则安装 了 RFID读取器。图2标出了 RFID读取器的安装位置。
[0045]之所以要安装RFID传感器是因为存在多个磨抛单元同时承担同一道生产工序的 情况。这使得到达某一个输送线分支点的物料可能是已经完成了该道工序的，也可能是还 未完成该道工序的。比如说，如果单元2、3、4都承担工序1，那么到达单元3所在的输送线分 支点的物料可能是经过了单元2加工的，也可能是还未经过单元2加工的。为了能够在这种 情况对物料进行正确的输送，必须对物料进行编码和识别。
[0046] 2、增加新的控制器
[0047]出于安全性和可靠性的考虑，输送线和磨抛单元都由PLC控制。但PLC程序难以适 应物料灵活投递的需要。为了不修改PLC程序就能够改变输送线的物料输送方式就需要增 加新的控制器件。在此增加了工控机，即工业控制用的PC机，作为第二控制器。由于PLC具备 极高的可靠性，出于生产安全的考虑，生产线上的所有传感器信号的采集，具体的机械动作 的判断和执行依然由PLC直接负责。而工业PC与PLC可相互通信。工业PC可监控PLC内的所有 信息，其负责对输送线上的每一个物料的输送进行判断，并将判断结果告知PLC。具体输送 动作的执行仍由PLC完成。
[0048] 3、数据结构
[0049] 由于物料在输送线上需要经过一道道工序的加工处理，使得物料在输送线上移 动、加工的过程中，其与生产有关的信息是会发生变化的。而这些信息就是判断每个物料如 何投递的依据。所以，要实现生产线上物料的自动传输配送，首先就要在工业PC机上用数据 库建立关于生产线和物料的数据结构，存储关于它们的信息。以下是与物料的输送决策有 关的数据结构：
[0050] 表1物料数据表
[0051]
[0052]表2单元工艺信息数据表
[0053]
[0054]说明：物料输送线中任何一处的物流方向是固定的。这使得在多工序的生产流程 中，单元1必须承担第一道工序（即单元1的工序号必须为1)。且后一个单元的工序号或者与 前一个单元相同（即两个单元承担相同工序），或者只比前一个单元大1(即后一个单元承担 前一个单元的下一道工序）。通过查询表1可知每个单元的"物料储备数量（即当前实际储料 数量)"。例如:所有目的地ID为1的物料都被认为属于单元1，被计入单元1的"物料储备数 量"中。而后将每个单元的"最大储料数"减去该单元的"物料储备数量"，就得知该单元的 "物料缺口数量"。
[0055] 4、物料投递判断逻辑
[0056]当一个物料到达某个分支点时，输送线会检测该物料的ID号(通过RFID读取器）， 并将该ID数据通过PLC传送给工业PC机。工业PC机获取到物料ID号后会在数据库中查找对 应物料的生产信息(表1)，同时根据物料所在分支线的编号（即ID号)查找对应的磨抛单元 的工艺信息(表2)。然后工业PC会执行图1的物料投递判断逻辑。
[0057]虽然以上描述了本发明的【具体实施方式】，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理 解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本 领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的 权利要求所保护的范围内。
【主权项】
1. 一种全自动化机器人磨抛生产线的模块化物料投递方法，其特征在于:所述方法包 括一外输送线、复数个RFID读取器以及复数个磨抛单元;所述RFID读取器的个数与磨抛单 元的个数相等;所述磨抛单元包括内输送线、磨抛机器人以及磨抛机构;包括如下步骤： 步骤1、将贴有RFID卡的物料放置于外生产线上，通过外生产线输送至磨抛单元； 步骤2、物料到达磨抛单元入口时，RFID读取器读取物料的RFID卡，获取该物料的ID，并 通过数据库查询该物料的已完成工序号，将该物料的已完成工序号与磨抛单元的工序号进 行比较;若磨抛单元的工序号小于或等于该物料的已完成工序号，则控制外输送线，将该物 料输送至下一个磨抛单元;否，则进入步骤3; 步骤3、将磨抛单元的ID号与所述物料的目的地ID号比较;若磨抛单元ID号小于或等于 目的地ID号，则进入步骤5;否，则进入步骤4; 步骤4、查看所有与该磨抛单元工序号相等的磨抛单元的物料缺口数量，若物料缺口数 量大于零，则对该物料的目的地ID号重新配置;否，则不处理;进入步骤5; 步骤5、将物料的ID号与所述物料的目的地ID号比较； 若物料的ID号大于所述物料的目的地ID号，则将该物料输送至下一个磨抛单元； 若物料的ID号等于所述物料的目的地ID号，则通过内输送线将该物料输送至磨抛单元 中，通过磨抛机器人夹持物料，同磨抛机构配合，将物料进行加工，完成后由磨抛机器人将 加工后的物料放在内输送线上，通过内传输线输送至外传输线； 若物料号ID小于所述物料的目的地ID号；则将物料留在原地等待。2. 根据权利要求1所述的一种全自动化机器人磨抛生产线的模块化物料投递方法，其 特征在于:所述步骤4进一步具体为:查看所有与该磨抛单元工序号相同的磨抛单元的物料 缺口数量，若物料缺口数量大于零，则根据物料缺口最大原则将磨抛单元选出，之后根据距 离最近原则选定一磨抛单元;重新分配该物料的目的地ID号，以选定的磨抛单元ID号作为 该物料的目的地ID号；否，则不处理;进入步骤5。3. 根据权利要求1所述的一种全自动化机器人磨抛生产线的模块化物料投递方法，其 特征在于:还包括步骤6、当物料通过内输送线线移动至外输送线时，上位机会查找与所述 内输送线所属磨抛单元工序相同的所有磨抛单元，并找出其中磨抛单元ID号最小的磨抛单 元，查看该磨抛单元入口处是否有物料存在;若没有物料存在，则不作处理;若有物料存在， 则RFID读取器读取物料的RFID卡，获取该物料的ID，并通过数据库查询该物料已完成工序 号，将该物料的已完成工序号与磨抛单元的工序号进行比较;若磨抛单元的工序号小于该 物料的已完成工序号，则控制外输送线，将该物料输送至下一个磨抛单元;否，则进入步骤 3〇
【文档编号】B24B41/00GK106002559SQ201610332900
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】朱悦涵, 阮玉镇, 李济泽, 杨涛
【申请人】福建工程学院