一种用于智能制造的自动上下料系统及方法与流程

本发明涉及智能制造技术领域，特别涉及一种用于智能制造的自动上下料系统及方法。

背景技术：

制造业是国民经济的基础工业部门，是决定国家发展水平的最基本因素之一。智能制造是先进制造技术、信息技术以及人工智能技术在制造装备上的集成和深度融合，是实现高效、高品质、节能环保和安全可靠生产的下一代制造技术。

现有制造体系中，多是通过高精度定位机构将物料移送到指定位置，然后由抓取机构运动至该位置抓取物料，再放至指定位置，重复该过程实现物料的自动上下料。

但是上述的过程中，抓取机构只负责执行运动程序，而且该方法需要对物料精确定位，不仅前期安装和维护成本高，而且后期出故障的概率更高，在精确定位出错的情况下，抓取机构则无法进行上下料作业，影响生产。

技术实现要素：

针对现有技术存在的物料上下料过程需要移开定位机构对其进行精确定位的问题，本发明的目的在于提供一种用于智能制造的自动上下料系统及方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种用于智能制造的自动上下料系统，包括抓取模块、图像采集模块和数据处理模块，所述数据处理模块与所述抓取模块、所述图像采集模块电连接；所述抓取模块包括用于抓取物料的机械爪和用于驱动所述机械爪运动的机械臂，所述机械爪上安装有用于定位机械爪的定位模块；所述图像采集模块包括摄像机，所述摄像机用于采集物料的图像信息，所述物料的图像信息包括物料的状态信息和物料的特征信息；所述数据处理模块包括存储器和处理器，所述存储器用于存储所述物料的图像信息，所述处理器用于对所述物料的图像信息进行分析处理以及控制抓取模块进行动作。

优选的，所述机械爪与所述机械臂转动连接。

优选的，所述定位模块包括无线定位模块，所述无线定位模块与所述处理器电连接。

另一种优选的，所述机械臂和所述机械爪均包括有关节，所述关节安装有角度传感器，所述角度传感器与所述处理器电连接。

另一种优选的，所述定位模块包括发光点或者反光标识。

一种用于智能制造的自动上下料方法，包括以下步骤：

步骤1、通过图像采集模块采集物料的全方位图像，通过处理器对所述物料的全方位图像进行处理，提取物料的特征信息并存入存储器中；

步骤2、以图像采集模块为坐标原点建立坐标系，并将机械爪在该坐标系中的位置坐标存入存储器中；

步骤3、物料传送过程中，图像采集模块以一定频率拍摄物料的实时图像，并将拍摄到的物料实时图像传送至存储器；

步骤4、处理器对存储器中存储的物料实时图像进行分析处理，得出物料的状态信息，所述物料的状态信息包括物料的摆放姿态以及物料相对图像采集模块的坐标位置、移动速度和移动方向；

步骤5、根据步骤4中物料的状态信息，处理器控制抓取模块动作，控制机械爪的状态信息与所述物料的状态信息趋向一致，所述机械爪的状态信息包括机械爪的张开状态以及机械爪相对图像采集模块的坐标位置、移动速度和移动方位。

步骤6、处理器控制机械爪抓取物料。

优选的，在步骤5中，所述机械爪的状态信息以所述无线定位模块、发光点或者反光标识为坐标计算得到。

优选的，在步骤5中，所述机械爪的状态信息通过所述角度传感器的变化角度计算得到。

采用上述技术方案，由于图像采集模块的设置，使得物料的摆放状态、位置坐标以及其移动方向、速度均能够通过处理器的析图像得到；又由于机械爪上的定位模块的设置，使得机械爪的实时位置、移动方向和速度也可以通过处理器的控制得到；两相结合，在处理器的控制下，使机械爪与物料的位置坐标、移动方向与速度趋向一致，从而实现物料的抓取作业。通过对机械爪动作的不断调整与修正，有效避免了传统物料上下料作业中对高精度的定位机构的使用，降低了制造与维护成本。

附图说明

图1为本发明一种用于智能制造的自动上下料系统的结构框图；

图2为本发明的使用流程图。

图中:1-抓取模块、11-机械臂、12-机械爪、13-定位模块、2-图像采集模块、3-数据处理器模块、31-存储器、32-处理器、4-物料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种用于智能制造的自动上下料系统，包括抓取模块1、图像采集模块2和数据处理模块3，数据处理模块3与抓取模块1、图像采集模块2电连接。

抓取模块1包括用于抓取物料4的机械爪12和用于驱动机械爪12运动的机械臂11，机械爪12上安装有用于定位机械爪12的定位模块13。

图像采集模块2包括摄像机，摄像机用于采集物料4的图像信息，物料的图像信息包括物料的状态信息和物料的特征信息。

数据处理模块3包括存储器31和处理器32，存储器31用于存储上述的物料的图像信息，处理器32用于对物料的图像信息进行分析处理以及控制抓取模块1进行动作。

本实施例中，机械爪12与机械臂11转动连接。

本实施例中，定位模块13包括无线定位模块，无线定位模块与处理器32电连接。

在另一个实施例中，机械臂11和机械爪12均包括有关节，关节安装有角度传感器，角度传感器与处理器32电连接；而定位模块13则为上述的角度传感器，通过角度传感器的角度变化竖直，处理器32能够对机械爪12进行定位。

在另一个实施例中，定位模块13包括发光点或者反光标识。

本发明还公开了一种用于智能制造的自动上下料方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤1、通过图像采集模块2采集物料4的全方位图像，通过处理器32对物料4的全方位图像进行处理，提取物料4的特征信息并存入存储器31中；

步骤2、以图像采集模块2为坐标原点建立坐标系，并将机械爪12在该坐标系中的位置坐标存入存储器31中；

步骤3、物料4传送过程中，图像采集模块2以一定频率拍摄物料4的实时图像，并将拍摄到的物料4实时图像传送至存储器31；

步骤4、处理器32对存储器31中存储的物料4实时图像进行分析处理，得出物料4的状态信息，物料4的状态信息包括物料4的摆放姿态以及物料4相对图像采集模块2的坐标位置、移动速度和移动方向；

步骤5、根据步骤4中物料4的状态信息，处理器32控制抓取模块1动作，控制机械爪12的状态信息与物料4的状态信息趋向一致，机械爪12的状态信息包括机械爪12的张开状态以及机械爪12相对图像采集模块2的坐标位置、移动速度和移动方位。

步骤6、处理器32控制机械爪12抓取物料。

本实施例中，图像采集模块2固定设置在地面或者工作台架上，以此方便建立一个相对地面不动的坐标系，方便计算。

在上述的步骤2中，机械爪12在坐标系中的位置通过定位模块13确定；在步骤5中，机械爪12的状态信息也是以定位模块13来确定。

具体的，当定位模块13为无线定位模块、发光点或者反光标识时，定位模块13的坐标即为机械爪12的坐标；而当定位模块13为角度传感器时，首先通过事先测量的办法将机械爪12在一个位置坐标，在通过角度传感器的变化角度计算机械爪12的实时坐标和状态信息。

在步骤4中，处理器32对两张以上的图像进行对比，在通过两张图片的拍摄间隔时间，能够计算出物料4的移动方向和速度，以及物料4的摆放状态和坐标位置。

实际应用中，物料4的移动方向和速度还能够通过物料传送装置的运行方向和速度得到。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。