物料输送装置及输送方法与流程

本发明涉及物料输送技术领域，尤其涉及一种物料输送装置及输送方法。

背景技术：

随着自动化仓库的发展，由工业机器人参与的各种智能物料输送技术得到广泛应用。所谓工业机器人是指具有多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现物料输送过程中对物料的抓取、翻转、转移等功能，可代替人工的繁重劳动以实现物料输送、生产中的机械化和自动化，被广泛应用于物料输送及仓储领域。

在现有物料输送过程中，工业机器人的控制操作往往还存在一定的控制偏差，尤其是对于物料输送过程中的移动物料的抓取作业控制，因此为了保证输送过程中工业机器人的准确作业，物料输送的速度一般会进行适当限制，影响物料输送效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：现有物料传送装置在物料输送过程中，为了保证输送过程中工业机器人的准确作业，物料输送的速度一般会进行适当限制，影响物料输送效率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种物料输送装置，所述装置包括:

传送带，用于沿传送带的输送方向进行物料输送；

驱动电机，与所述传送带驱动连接，以驱动所述传送带转动；

视觉识别设备，设置在所述传送带上方，用于识别所述传送带上的传送中的物料；

至少一台作业机器人，设于传送带周边，用于对传送中的物料进行抓取作业；

控制系统，用于根据所述视觉识别设备的识别结果对驱动电机进行控制，当识别到传送带无物料时，控制传送带以第一预设速度运行；当识别到传送带有物料时，控制传送带以第二预设速度进行物料输送并控制作业机器人执行抓取作业，其中，所述第二预设速度大于所述第一预设速度。

可选地，当传送带周边设置有多台作业机器人时，多台作业机器人等间隔设置。

可选地，所述作业机器人包括抓持组件、连接组件和底座组件，所述抓持组件安装在所述连接组件的前端，所述连接组件的内孔中装有传动轴，所述底座组件为承载支架。

可选地，所述控制系统包括：

通信模块，用于获取视觉识别设备的识别结果；

计算模块，用于根据传送带的传输速度以及通信模块获取到的识别结果计算识别到的物料在所述传送带上的实时位置；

分析模块，用于根据物料的实时位置以及各个作业机器人的当前作业状态确定执行抓取作业的目标作业机器人；

控制模块，用于向目标作业机器人发送物料抓取指令，以控制目标作业机器人执行抓取作业。

可选地，所述计算模块，具体用于将视觉识别设备的位置作为基准点，将传送带的传输速度作为线速度计算物料在所述传送带上的实时位置。

可选地，所述分析模块，具体用于根据物料的实时位置、各个作业机器人的当前作业状态及抓取周期判断各个作业机器人是否能够抓取到物料，将能够抓取到物料的作业机器人确定为目标作业机器人。

一种物料输送方法，所述方法包括：

识别传送带上的传送中的物料；

识别到物料后，根据传送带的传输速度计算识别到的物料在所述传送带上的实时位置；

根据物料的实时位置以及各个作业机器人的当前作业状态确定执行抓取作业的目标作业机器人；

向目标作业机器人发送物料抓取指令，以控制目标作业机器人执行抓取作业。

可选地，所述根据传送带的传输速度计算识别到的物料在所述传送带上的实时位置，包括：

将视觉识别设备的位置作为基准点，将传送带的传输速度作为线速度计算物料在所述传送带上的实时位置。

可选地，所述根据物料的实时位置以及各个作业机器人的当前作业状态确定执行抓取作业的目标作业机器人，包括：

根据物料的实时位置、各个作业机器人的当前作业状态及抓取周期判断各个作业机器人是否能够抓取到物料，将能够抓取到物料的作业机器人确定为目标作业机器人。

可选地，所述根据物料的实时位置、各个作业机器人的当前作业状态及抓取周期判断各个作业机器人是否能够抓取到物料，包括：

判断距离当前物料最近的作业机器人是否空闲，若该作业机器人空闲，则根据该作业机器人的抓取周期来计算物料在传送带上的最终位置，根据得到的最终位置计算作业机器人的逆解，若有逆解，则该作业机器人确定为目标作业机器人；若该作业机器人处于抓取周期，则根据该作业机器人抓取周期剩余时间与下一抓取周期之和，计算物料在传送带上的最终位置，根据得到的最终位置计算作业机器人的逆解，若有逆解，则该作业机器人确定为目标作业机器人。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

本发明提供的物料输送装置及输送方法，通过在物料输送装置中设置视觉识别设备，通过视觉识别设备识别传送带上的传送中的物料，确定是否有传送中的物料以及有物料时物料的位置，当有物料传送时，控制传送带加快移动速度，不仅可以确保作业机器人能够根据物料位置准确地抓取传送带上的物料，还能保证物料输送的速度，提高了物料输送效率，实现了物料输送的智能化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明的物料输送装置的结构示意图一；

图2为本发明的物料输送装置的结构示意图二；

图3为本发明的物料输送装置的结构示意图三；

图4为本发明中的作业机器人的结构示意图；

图5为本发明中的控制系统的结构示意图；

图6为本发明的物料输送方法的流程图；

图7为本发明的物料输送方法的一个具体实现流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参照图1-3所示，其为本发明的物料输送装置的结构示意图；所述物料输送装置包括传送带10、驱动电机20、至少一台作业机器人30以及视觉识别设备40和附图中未示出的控制系统，其中：

传送带10，用于沿传送带的输送方向进行物料输送；

驱动电机20，与所述传送带10驱动连接，以驱动所述传送带转动；

视觉识别设备40，设置在所述传送带10上方，用于识别所述传送带上的传送中的物料；

至少一台作业机器人30，设于传送带10周边，用于对传送中的物料进行抓取作业；

控制系统，用于根据所述视觉识别设备40的识别结果对驱动电机20进行控制，当识别到传送带10无物料时，控制传送带10以第一预设速度运行；当识别到传送带10有物料时，控制传送带10以第二预设速度进行物料输送并控制作业机器人30执行抓取作业。

其中，所述第二预设速度大于所述第一预设速度。

具体的，控制系统还能够根据所述视觉识别设备的识别结果确定物料的实时位置，并根据各个作业机器人30的当前作业状态确定执行抓取作业的目标作业机器人，向目标作业机器人发送物料抓取指令，以控制目标作业机器人执行抓取作业。

本实施例通过在物料输送装置中设置视觉识别设备，通过视觉识别设备识别传送带上的传送中的物料，确定是否有传送中的物料以及有物料时物料的位置，当有物料传送时，控制传送带加快移动速度，不仅可以确保作业机器人能够根据物料位置准确地抓取传送带上的物料，还能保证物料输送的速度，提高了物料输送效率，实现了物料输送的智能化。

本实施例中，传送带上没有传送中的物料时，传送带以第一预设速度运行，第一预设速度为比较低的运行速度，以实现没有传送物料时的节能控制。第二预设速度，为比较快的运行速度，当有物料时，进行快速运行，提高了物料输送效率。

本发明实施例提供的物料输送装置中，所述控制系统基于数字孪生系统实现，通过在传送带上方设置视觉识别设备，由视觉识别设备为数字孪生系统提供现实世界中物理实体的监测信息，视觉识别设备的设置确保作业机器人能够准确地抓取传送带上的物料，保证物料输送的正常运行，提高了物料输送效率，同时实现了物料输送的智能化。

数字孪生技术是以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，进而可以在虚拟环境中对物理实体进行各种虚拟的测试，并反馈给现实中的物理实体，以便实现最佳的控制，提前预判及规避设备故障。现有技术中，为了降低现有工厂孪生成本，一般是利用现实世界中各物理实体自身具备的数据接口来获取物理实体的相关参数，而由于不同的物理实体分别来自不同的生产厂家、不同的接口技术等，必然导致其向外传送数据的周期频率各不相同，这导致数字孪生系统中机械臂的操作往往存在很大的偏差。为此，本发明实施例通过在传送带上方或作业机器人机械手前端架设的视觉识别设备，识别传送带上的传送中的物料，所述视觉识别设备识别到物料后，将识别到的物料信息传送给数字孪生系统；数字孪生系统接收到所述物料信息后，基于所述传送带的传输速度，计算所述物料在所述传送带上的实时位置；根据物料的实时位置、作业机器人当前状态及作业机器人抓取周期，判断作业机器人是否能够抓取到物料；若判断能抓取到，则向真实作业机器人发送抓取物料指令，孪生作业机器人同步执行抓取物料动作，否则将下一作业机器人作为目标作业机器人，并将物料的位置信息传送给下一作业机器人。由孪生系统发送物料抓取指令给作业机器人，且控制指令的传输是实时的，不依赖设备原有接口向外传送信号的频率，彻底避免了传统的孪生系统仅跟随现场动作情况下，因为数据采集频率的不同导致的真实作业机器人与孪生作业机器人无法同步的问题。

进一步地，当传送带周边设置有多台作业机器人时，多台作业机器人等间隔设置。具体的，多台作业机器人可以间隔设置在传送带一侧或两侧，作业机器人间隔距离可根据传送带长度或是作业需求进行设置，对此本发明不做具体限定。

进一步地，如图4所示，所述作业机器人包括抓持组件301、连接组件302和底座组件303，所述抓持组件301安装在所述连接组件302的前端，所述连接组件的内孔中装有传动轴，所述底座组件303为承载支架。

本实施例中，如图2-3所示，视觉识别设备可通过单独设置的固定杆进行安装设置。进一步地，视觉识别设备也可以安装在所述连接组件或底座组件上。

本实施例中，所述作业机器人是用来抓持物料的部件，根据被抓持物料的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型或吸附型等。

具体的，所述作业机器人包括抓持组件、连接组件以及底座组件，其中，所述抓持组件安装在所述连接组件的前端，所述连接组件的内孔中装有传动轴，进而转动、伸曲、开闭抓持组件，底座组件是安装连接组件、动力源和各种作业机器人的支架。

其中，抓持组件为机械手，抓持组件的构造可以模仿人的手指，可以分为无关节、固定关节和自由关节3种；手指的数量又可分为二指、三指、四指等，其中以二指用的最多；可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和大小的夹头以适应操作的需要；没有手指的抓持组件，一般都是指真空吸盘或磁性吸盘。

其中，连接组件为机械臂，连接组件的作用是引导抓持组件准确地抓住物料，并运送到指定的位置上；为了使作业机器人能够正确地工作，连接组件的几个自由度都要精确地定位。

请参照图5所示，其为本发明中的控制系统的结构示意图；所述控制系统包括通信模块501、计算模块502、分析模块503以及控制模块504，其中：

通信模块501，用于获取视觉识别设备的识别结果；

计算模块502，用于根据传送带的传输速度以及通信模块获取到的识别结果计算识别到的物料在所述传送带上的实时位置；

分析模块503，用于根据物料的实时位置以及各个作业机器人的当前作业状态确定执行抓取作业的目标作业机器人；

控制模块504，用于向目标作业机器人发送物料抓取指令，以控制目标作业机器人执行抓取作业。

其中，所述计算模块502，具体用于将视觉识别设备的位置作为基准点，将传送带的传输速度作为线速度计算物料在所述传送带上的实时位置。

其中，所述分析模块503，具体用于根据物料的实时位置、各个作业机器人的当前作业状态及抓取周期判断各个作业机器人是否能够抓取到物料，将能够抓取到物料的作业机器人确定为目标作业机器人。其中，作业机器人的当前作业状态包括空闲状态和抓取状态。

进一步地，分析模块503，用于判断距离当前物料最近的作业机器人是否空闲，若该作业机器人空闲，则根据作业机器人的抓取周期来计算物料在传送带上的最终位置，根据物料位置计算作业机器人的逆解；若有逆解，则该作业机器人确定为目标作业机器人，控制模块将结果传回真实作业机器人，以控制真实作业机器人抓取物料，同时数字孪生场景也同步抓取物料；若无逆解，则控制模块将物料的位置信息传递给下一作业机器人。

若该作业机器人处于抓取周期，则根据作业机器人抓取周期剩余时间与下一抓取周期之和，计算物料在传送带上的最终位置，根据物料位置计算作业机器人的逆解；若有逆解，则该作业机器人确定为目标作业机器人，控制模块将结果传回真实作业机器人，控制真实作业机器人抓取物料，同时数字孪生场景也同步抓取物料；若无逆解，则控制模块将物料的位置信息传递给下一作业机器人。

本发明另一实施例还提供了一种物料输送方法，请参照图6所示，其为本发明的物料输送方法的步骤流程图，所述方法包括如下步骤：

s1、识别传送带上的传送中的物料；

s2、识别到物料后，根据传送带的传输速度计算识别到的物料在所述传送带上的实时位置；

s3、根据物料的实时位置以及各个作业机器人的当前作业状态确定执行抓取作业的目标作业机器人；

s4、向目标作业机器人发送物料抓取指令，以控制目标作业机器人执行抓取作业。

本发明实施例基于数字孪生系统实现物料输送控制，在一个具体示例中，具体的，如图7所示，通过在传送带上方或作业机器人机械手前端架设的视觉识别设备，识别传送带上的传送中的物料，所述视觉识别设备识别到物料后，将识别到的物料信息传送给数字孪生系统；数字孪生系统接收到所述物料信息后，基于所述传送带的传输速度，计算所述物料在所述传送带上的实时位置；根据物料的实时位置、作业机器人当前状态及作业机器人抓取周期，判断作业机器人是否能够抓取到物料；若判断能抓取到，则向真实作业机器人发送抓取物料指令，孪生作业机器人同步执行抓取物料动作，否则将下一作业机器人作为目标作业机器人，并将物料的位置信息传送给下一作业机器人进行抓取判断。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

由孪生系统发送物料抓取指令给作业机器人，且控制指令的传输是实时的，不依赖设备原有接口向外传送信号的频率，彻底避免了传统的孪生系统仅跟随现场动作情况下，因为数据采集频率的不同导致的真实作业机器人与孪生作业机器人无法同步的问题。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

优选地，步骤s2中根据传送带的传输速度计算识别到的物料在所述传送带上的实时位置，具体包括：将视觉识别设备的位置作为基准点，将传送带的传输速度作为线速度计算物料在所述传送带上的实时位置。

优选地，步骤s3中根据物料的实时位置以及各个作业机器人的当前作业状态确定执行抓取作业的目标作业机器人，具体包括：根据物料的实时位置、各个作业机器人的当前作业状态及抓取周期判断各个作业机器人是否能够抓取到物料，将能够抓取到物料的作业机器人确定为目标作业机器人。

这一优选方案适用于物料输送装置的传送带周边设有多台作业机器人的情况。

本发明实施例中，判断距离当前物料最近的作业机器人是否空闲，若作业机器人空闲，则根据作业机器人的抓取周期来计算物料在传送带上的最终位置，根据物料位置计算作业机器人的逆解；若有逆解，则该作业机器人确定为目标作业机器人，将结果传回真实作业机器人，控制真实作业机器人抓取物料，同时数字孪生场景也同步抓取物料；若无逆解，则将物料的位置信息传递给下一作业机器人。

本实施例中，由于机器人与视觉识别设备的距离固定，根据视觉设备确定物料的位置，即可确定物料与机器人的相对位置，进而可以得出与物料距离最近的机器人。

本实施例中，根据物料位置计算作业机器人逆解的实现过程具体如下：

以机械手j1轴及所在旋转平面为中心建立三维坐标系。

计算各轴在坐标系中的位置（其中，j6轴取机械手抓取点的位置），以及抓取物料的坐标。

根据抓取物料坐标计算机械臂终点坐标（即新j5轴的坐标）。

根据新j5轴坐标(x5，y5，z5)计算j1轴旋转角度，j1轴朝向过新j5轴与j1轴旋转轴所在的面的垂线的交点(x5，y1，z5)，根据j1轴初始朝向的向量与j1轴和新j5轴组成的向量，根据余弦公式变形计算j1轴的旋转角度，根据j1轴和新j5轴组成的向量的位置，确定角度的正负，然后根据角度限制判断j1轴是否满足限制条件。

根据j1轴的旋转角度，计算出抓取点与终点坐标（即j5轴的坐标）在机械手初始状态下的坐标(x15，y15，z15)。

根据初始状态下终点坐标（j5轴坐标），计算j2轴与j5轴的距离a25，由于机械臂为刚性结构，默认a23与a35的长度不变，根据三角形性质定理判断a23、a35、a25是否可以构成三角形，若可以则机械臂可以抓取到物料，则根据余弦定理变形，可求出∠j2j3j5与∠j3j2j5，根据∠j2j3j5可求出j3轴的角度，根据角度限制判断j3是否满足限制条件。

要求j2轴的角度，首先要求出j3轴的坐标，根据向量的余弦公式与向量的模长公式计算得出j3坐标，（其中x、y为j2坐标，θ为∠j3j2j5，m为a23，n为a25），根据机械臂运动舍弃其中一个不符合要求的值，根据j2轴的初始朝向向量与j2轴j3轴组成的向量计算出j2轴的角度，根据j2轴j3轴组成的向量的位置，确定角度的正负，然后根据角度限制判断j2是否满足限制条件。

由j4轴、j5轴可视为同轴，则j4轴的角度可由j4轴初始朝向的向量与新j5轴和抓取物料位置组成的向量，根据余弦公式变形计算j4轴的旋转角度，根据新j5轴和抓取物料位置组成的向量的位置，确定角度的正负，然后根据角度限制判断j4是否满足限制条件。

由于j5轴初始向量的方向受到j4轴的影响，无法通过j5轴的初始向量计算j5轴的角度，但可以通过计算的新j3轴的坐标进行计算j5轴的角度的计算，新j3轴和新j5轴组成的向量与新j5和抓取物料位置组成的向量，根据余弦公式变形计算j5轴的旋转角度，根据新j5和抓取物料位置组成的向量的位置，确定角度的正负，然后根据角度限制判断j5轴是否满足限制条件。

根据物料的角度计算j6轴的角度，然后根据角度限制判断j6轴是否满足限制条件。

进一步地，若作业机器人处于抓取周期，则根据作业机器人抓取周期剩余时间与下一抓取周期之和，计算物料在传送带上的最终位置，根据物料位置计算作业机器人的逆解；若有逆解，则该作业机器人确定为目标作业机器人，将结果传回真实作业机器人，控制真实作业机器人抓取物料，同时数字孪生场景也同步抓取物料；若无逆解，则将物料的位置信息传递给下一作业机器人。

本实施例中，假设物料当前的位置为s0，传送带速度为v，机器人抓取周期为t，机器人已执行的抓取周期为t1(0≥t1≥t)，则机器人剩余抓取周期为t2=t-t1，物料最终位置s1=s0+v×(t+t2)。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。