CN111103853A - 机器人控制柜装配辅助系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人控制柜装配辅助系统，该系统包括用于存储物料的线边仓、自动导引运输车、防差错工作站以及中央控制系统；自动导引运输车完成由中央控制器下达的物料配送任务，将物料从线边仓中取出，并配送至各个工位上的防差错工作站。并提出了应用于该系统的一种防差错装配方法。本发明实现了每个装配步骤有提示，每个装配过程有记录，每步操作有反馈。作业支援系统采用高度智能化的系统辅助操作员完成产品的装配，高度集成化的功能帮助管理，极大降低了更换产品间隔周期，有效的提高了产品合格率及管理效率，使无法全自动或者全自动造价太高的装配产品拥有全自动化的标准与良品率。

Description

机器人控制柜装配辅助系统及方法

技术领域

本发明涉及一种装配系统，尤其涉及一种机器人控制柜的装配辅助系统和装配方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，工业生产的自动化水平越来越高，工业设备的装配步骤随着设备的复杂程度提高变得越来越多，装配工序逐渐变得更加复杂。复杂装配任务的作业效率和质量基本上决定了设备最终的质量以及制造成本。譬如面对机器人控制柜、大型的电气控制柜等小批量多品种而且具有大量线路板等不规则构件的产品，目前现有的机器人或者高度自动化生产线暂时还无法达到生产要求，而采用人工装配，不仅效率低下，而且物料在不断转运中损坏丢失率高，装配过程错误率高，良品率更得不到保证。市场现有的全自动生产线成本高昂，而且自动化装配精度尚无法满足不规则配件的精度需要，同时全自动标准化生产线的使用不够灵活，在切换产品时反而费时费力。而现有的辅助操作系统往往对物料的转运以及拿取缺乏系统管理，装配过程中错误率居高不下。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种机器人控制柜装配辅助系统，能够有效提高产品合格率及生产效率，使无法全自动或者全自动造价太高的装配产品拥有全自动化的标准与良品率。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种机器人控制柜装配辅助系统，用于配合装配线进行装配作业，该系统包括：线边仓，用于存储物料的仓库，将库存信息发送给中央控制系统；防差错工作站，搭载在装配线上，用于存储装配物料，且当操作员拿取错误的装配零件时进行报错提示；所述防差错工作站将其所存储物料的缺料信息发送给中央控制系统；所述防差错工作站包括显示器，用于显示当前工件装配的流程图和提示信息；自动导引运输车，用于将物料从线边仓中取出，并配送至各个工位上的防差错工作站；所述自动导引运输车收到中央控制系统下发的取料任务，与线边仓通信，到达线边仓位置进行取料，并根据防差错工作站发送的配送工位的位置信号进行物料配送；所述取料任务包括取料数量和配送工位的位置信息；中央控制系统，用于对线边仓、防差错工作站和自动导引运输车进行集中控制，其根据线边仓的库存信息和防差错工作站的缺料信息形成物料配送信息，向线边仓和自动导引运输车下达取料任务。

其中，所述线边仓包括扫码枪，用于扫描工单条码，获取入料/取料物料种类、数量信息并发送至可编程逻辑控制器；若干物料盒，每个所述的物料盒上均设有指示灯，其盒口设有光电传感器；所述指示灯由可编程逻辑控制器控制，用于提示入料/取料的顺序以及入料/取料错误信息，所述光电传感器用于检测实际入料/取料信号并发送至可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器，用于判断是否有入料/取料错误并控制指示灯亮灭；人机交互界面，与可编程逻辑控制器相连，用于显示错误信息。

所述防差错工作站包括装配执行组件、信息采集组件、控制单元以及显示器；所述装配执行组件包括物料盒和电动螺丝刀，物料盒用于存放待装配的物料，电动螺丝刀用于紧螺丝；所述信息采集组件用于采集装配数据并发送给处理器，所述装配数据包括入料/取料信号、螺丝刀扭力值以及工件信息；所述控制单元包括服务器，所述服务器用于处理和存储采集得到的装配数据，并将当前装配步骤对应的加工流程图、提示信息发送给所述显示器进行播放；所述服务器根据入料/取料信号计算剩余物料数量，当剩余物料数量达到临界值时将缺料信息并发送至所述中央控制系统。

进一步的，所述信息采集组件包括位于物料盒盒口的光电传感器和指示灯，光电传感器用于检测入料/取料，并将入料/取料信号发送至所述服务器，指示灯通过与所述服务器相连的控制器控制其亮灭，用于提示入料/取料的顺序和位置；所述信息采集组件还包括位于电动螺丝刀转轴上的扭力传感器，用于采集螺丝刀扭力值数据；所述信息采集组件还包括扫码枪，用于扫描工件二维码得到工件信息。

本发明提出一种应用于上述机器人控制柜装配辅助系统的防差错装配方法，包括以下步骤：

(1)采集待装配的工件信息，各工位控制器接收并识别工件信息，所述中央控制系统安排各工位装配任务；其中所述的采集待装配的工件信息，是通过扫码枪扫描工件所带识别码进行采集。

(2)当工件到达装配线上的某工位时，采集工件信息，确认无误后，所述防差错工作站显示当前工件装配的流程图和提示信息；其中所述的采集工件信息，是通过扫码枪扫描工件所带识别码进行采集。

(3)进行装配流程时，所述防差错工作站通过显示器依次提示所需步骤、所需物料、以及注意事项，同时监控装配物料的拿取，当操作员拿取错误的装配零件时进行报错；其中所述的监控装配物料的拿取，包括顺序点亮当前装配步骤所需物料盒的指示灯，并记录取料状态及次数。

(4)所述防差错工作站实时采集装配工具的加工参数，判断是否满足工艺需求，并将判断结果反馈给操作者。其中所述的实时采集装配工具的加工参数，包括采集电动螺丝刀的扭力值、启停次数、加工时间；所述的将判断结果反馈给操作者，是通过蜂鸣器报警或显示器显示结果进行反馈。

在另一种防差错装配方案中，还包括步骤(5)，所述服务器存储工件在每个装配步骤所发生的实时状态与信息，自动采集作业时间、订单信息、产品信息、物料信息及作业人员信息，并上报至中央控制系统形成信息追溯。

有益效果：相比于现有技术，本发明具有以下优点：(1)本发明所述的控制系统在物料进入线边仓时即进行记录跟踪，线边仓防错系统在入料开始时就已经通过传感器和提示灯对位置进行规定和检测，有存放不正确或者未放入，系统都会报错并会记录，物料配送由AGV完成，大大减少了人为的干预，超高的效率保证了持续稳定的生产；(2)当待装配的工件主体到达线体工位时，系统会记录并反馈工件在每个装配步骤所发生的实时状态，并将不合格品及时预警出来，避免更大损失；(3)中央控制系统相互协调，统计数据，一旦产品出现质量问题，系统不仅会实时报警，有效减低损失，而且根据系统记录的产品信息，查询产品生产数据以及物料信息，方便产品质量的追踪、分析和处理；(4)本系统在人工操作的部分都引入了防差错功能，每个步骤流程都有提示及跟踪，在装配的整个过程中由中央控制器统一协调任务，通过信号灯、系统显示器、传感器、扫码枪、控制器等提示和检测，实现了每个步骤有提示，每个过程有记录，每步操作有反馈，使产品达到了近乎百分之百的良品率，在更换产品时，只需在中央控制器中更新产品信息，下属系统即会同步产品信息，面对多品种小批量的产品时，能极大减少生产间隔周期，有效提高生产效益。本发明既吸收了全自动线的标准化生产优点，又摒弃了全自动高昂的成本和以往半自动的管理混乱等缺点，本控制系统采用智能化系统来辅助操作员完成产品的装配，高度集成化的功能帮助进行生产物料的管理，极大降低了更换产品的时间隔周期，有效的提高了产品合格率及管理效率，使无法全自动或者全自动造价太高的装配产品拥有全自动化的标准与良品率。

附图说明

图1是本发明的系统模块图；

图2是线边仓工作流程图；

图3是自动导引运输车工作流程图；

图4是防差错工作站工位记录流程图；

图5是防差错工作站检错流程图；

图6是多批次产品工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明所述的机器人控制柜装配辅助系统，用于配合装配线体进行辅助装配作业。本例中，装配线体搭载有用于装配产品的主要框架或者较重的基座，根据工艺设置若干工位，各个工位间通过自动传输带连接，操作人员在工位上完成零件的装配后使用自动传输带运送到下一个工位上继续装配，直到装配结束。装配线体动力控制方式为PLC+变频+三相异步电机，通过线体上的定位传感器实现工位的准确启停。本发明所述的机器人控制柜装配辅助系统配合装配线体进行安装，其模块图如图1所示，包括用于存储物料的线边仓、自动导引运输车(AGV)、搭载在装配工位上的防差错工作站以及中央控制系统。中央控制系统采用工业级服务器，自动导引运输车完成由中央控制器下达的物料配送任务，包括取料数量、配送工位的具体任务信息，按照取料提示将物料从线边仓中取出，并由AGV配送至缺料工位的防差错工作站。线边仓和防差错工作站分别与中央控制系统电连接，线边仓从中央控制系统的服务器下载取料信息，并将库存信息反馈给中央控制系统。防差错工作站将工位上的缺料信息发送至中央控制系统。自动导引运输车分别与中央控制系统、线边仓和防差错工作站之间实现通信，其接收由中央控制系统发送的取料数量和配送工位信息，到达线边仓位置进行取料，并根据防差错工作站发送的配送工位的位置信号进行物料配送。

线边仓用于存储机器人控制柜装配所需的所有物料，包括可编程逻辑控制器、人机交互界面、扫码枪、物料盒和报警器。物料盒摆放在货架上，每一个物料盒上设有出入料检测模块，用于检测物料的存取情况。出入料检测模块包括设置在物料盒的盒口的光电传感器以及指示灯，光电传感器通过光纤连接至可编程逻辑控制器数字量输入端，指示灯连接至可编程逻辑控制器数字量输出端。光电传感器将信号发送至可编程逻辑控制器判断是否有存取错误，可编程逻辑控制器控制指示灯或者报警器将判断结果提示给操作人员。取料或入料时，扫描取件工单条码，可编程逻辑控制器根据物料种类、数量计算入/取料顺序，并通过线缆控制指示灯依次点亮，提示操作人员入/取料顺序，盒口的光电传感器会检测实际入/出物料数量并上传至可编程逻辑控制器进行闭环控制，当出现工单入料信息超出线边仓容量或者所需取出物料线边仓缺少、数量不足、实际取/入料与工单信息不符等错误时，可编程逻辑控制器会与人机交互界面进行实时通讯并显示错误信息。

装配线搭载有防差错工作站，防差错工作站设置在装配线旁。防差错工作站包括三部分，第一部分为上层控制部分：由服务器和控制器构成。服务器负责收集信息汇总，与中央控制系统、控制器进行数据交互等，并将加工流程动画、提示错误的信息等发送给显示屏进行播放。控制器则负责控制指示灯亮灭，采集螺丝刀扭力值数据、工件二维码信息、按钮状态判断处理并上报给服务器等。第二部分为装配执行机构部分：分别由功能按钮、物料盒、电动螺丝刀构成，负责装配任务的具体执行，物料盒放有装配的物料，电动螺丝刀紧螺丝，功能按钮反馈执行进度，都由第一层的控制器控制反馈。第三层为信息采集和监测部分：分别由光电传感器、扫码枪构成，负责监测执行动作是否到位和数据采集，光电传感器检测有无取料，其原理与线边仓中的光电传感器相同。扫码枪负责采集工件信息并上传给控制器。系统利用图片或者动画形成作业指示(使用物料，组装信息和注意事项)，作业步骤可根据不同物料进行变更，作业顺序、作业指示画面设定、组装信息、选择物料等步骤和流程可以根据工艺流程的更改进行修改和变更，更加方便与灵活，适应多品种小批量。

自动导引运输车AGV将装配生产所需的配件运送到防差错工作站上，系统将会根据各个工位物料存余情况，通过设置警戒线，保证每个工作台不缺料的正常运转，针对于工位的不同工艺以及生产环境，中央控制系统根据线边仓库存与工位实际要求自动形成取料清单，AGV达到线边仓后，线边仓会按照清单顺序依次点亮物料所在库位的指示灯，待取完上一个物料之后(取料动作触发传感器信号上传系统，系统即记录取料完成)，下一物料的指示灯才会点亮，确保物料取料准确。待物料取料完成后，AGV将按照清单依次派送物料。

中央控制系统，负责处理各系统故障以及协调功能，可根据要求形成相应的报表与公司MES系统或者其他系统进行对接。线边仓、AGV、防差错工作站均是由中央控制系统统一调配，但又相互独立，即使其中任一环节系统或者其硬件设备出现故障，通过外插信息录入设备(键盘、二维码读写设备等)也能保证生产有条不紊的进行。

线边仓、自动导引运输车、防差错工作站由中央控制器统一调配工作，以下是详细的工作流程：

(1)如图2所示为线边仓的工作流程图，当某一批物料(A，B，C，D，E，F)需要入库时，首先需要扫描入料清单，读取物料数量以及型号，线边仓系统根据仓库空余情况以及物料大小种类自主安排库位(A1，B1，C1，D1，E1，F1)，依照清单顺序，库位的提示灯依次点亮，入料时传感器(光电传感器)检测到信号反馈给系统即入料完成，形成一次完整的入料记录，当某一个工位一种或者数种物料(A，C)到达警戒线时，如图3，工位会同时给AGV以及中央控制系统发送缺料信号，中央控制系统会综合库存信息与工艺决定配送数量，AGV会到达位置A1，C1由人工进行取料，每次取料同样会触发传感器信号，系统记录取料完成信号，完成后配送至对应工位，由工位员工负责入料(AGV到达时即给出信号，工位系统会根据配送物料清单及顺序依次打开物料盒，同时点亮对应指示灯)。

(2)防差错工作站工作流程如图4、图5。操作人员在工作前必须登录自己的个人账号，否则系统将无法进行正常工作，操作人员登录系统后，系统将装配流程行为信息与当前登录操作员绑定。使得考核绩效有所依据。执行装配任务时，操作人员首先将待装配工件投入线体，并用扫码枪扫描工件信息，各工位控制器会接收并识别工件信息，中央控制器安排各工位装配任务，当工件到达指定工位时，用工位扫码枪扫描工件条码信息，确认工件信息后，工位显示器会显示当前工件装配的流程动画图片和提示信息进行作业指示，包括当前订单信息，产品名称、型号和代码，标准作业时间，使用物料，组装信息，注意事项，其中组装信息会概括装配的整个流程的每个步骤，进行装配流程时，对于比较重要的带有二维码的零部件，装配时需要扫描枪录入零部件信息，例如机器人控制柜组装I型电路板需要先安装2颗G型号的螺丝然后再装一颗H型号螺丝，流程是：第一步，工位显示器显示应该打开的物料盒为I型电路板的物料盒，同时工位控制器点亮I型电路板物料盒指示灯，员工取料时会触发光电传感器记录取料信息同时熄灭指示灯，员工扫描I型电路板上的条码信息后系统将该信息与工件、员工信息绑定。如果员工未扫描I型电路板上的条码信息，那么，工位报警器就会响起，同时工位显示器就会显示未录入I型电路板条码信息，提示员工规范操作，在完成第一步系统无报错时手动点击即可进行第二步操作。第二步，工位显示器显示应该打开的物料盒为G型号螺丝的物料盒，同时工位控制器点亮该物料盒指示灯，光电传感器记录到两次取料信号时指示灯灭(无需扫描条码信息)，接着工位控制器给电动螺丝刀通电，同时点亮电动螺丝刀位置处的指示灯，待员工拿起电动螺丝刀时指示灯灭，系统会记录电动螺丝刀在有扭力时的启停次数以及扭力值，当扭力值超过或者低于工艺要求时，系统会提示报警，并记录报警信息及当前操作人员信息，操作员可选择重新加工，工位服务器会记录操作行为信息并要求确认重新加工后的产品状态，如果重新加工后仍然无法满足工艺要求，员工可点击工位放弃加工按钮，工件将直接流入最终检查工位，放入不合格品区。在完成第二步系统无报错时手动点击即可进行第三步操作。第三步，系统会提示打开H型螺丝物料盒，步骤与G型螺丝相同，待全部安装后，操作员点击安装完成按钮并且系统无报警，工件流入下一工序。

(3)当生产计划需要更换工件批号或者更改产品类型时，如图6，只需提前在中央控制系统中添加新工件模型图，组装顺序图，所需物料种类、数量，新工件所属二维码或条形码新的格式，点击同步，线边仓系统以及防差错工作站即会同步新产品信息。例如当生产产品由A变向B时，在中央系统中添加完B的工件模型图等信息完成后，点击更新，此时线边仓会对比B与库存物料清单，提示所缺物料以及当前数量(中央系统根据生产工艺及实际生产需求设置警戒线XXXX和常备线FFFF)，由仓库管理人员进行入料，入料方式与(1)相同，同时防差错工位在未扫描到新工件B二维码或条形码信息时依然会继续执行A的装配流程，直到扫描到B的信息后，防差错工位即会自动跳转到B的装配流程动画以及所需物料提示，操作人员无需过多的培训和准备即可快速进行装配。

Claims (9)

1.一种机器人控制柜装配辅助系统，用于配合装配线进行装配作业，其特征在于，该系统包括：线边仓，用于存储物料的仓库，将库存信息发送给中央控制系统；防差错工作站，搭载在装配线上，用于存储装配物料，且当操作员拿取错误的装配零件时进行报错提示；所述防差错工作站将其所存储物料的缺料信息发送给中央控制系统；所述防差错工作站包括显示器，用于显示当前工件装配的流程图和提示信息；自动导引运输车，用于将物料从线边仓中取出，并配送至各个工位上的防差错工作站；所述自动导引运输车收到中央控制系统下发的取料任务，与线边仓通信，到达线边仓位置进行取料，并根据防差错工作站发送的配送工位的位置信号进行物料配送；所述取料任务包括取料数量和配送工位的位置信息；中央控制系统，用于对线边仓、防差错工作站和自动导引运输车进行集中控制，其根据线边仓的库存信息和防差错工作站的缺料信息形成物料配送信息，向线边仓和自动导引运输车下达取料任务。

2.根据权利要求1所述的机器人控制柜装配辅助系统，其特征在于：所述线边仓包括扫码枪，用于扫描工单条码，获取入料/取料物料种类、数量信息并发送至可编程逻辑控制器；若干物料盒，每个所述的物料盒上均设有指示灯，其盒口设有光电传感器；所述指示灯由可编程逻辑控制器控制，用于提示入料/取料的顺序以及入料/取料错误信息，所述光电传感器用于检测实际入料/取料信号并发送至可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器，用于判断是否有入料/取料错误并控制指示灯亮灭；人机交互界面，与可编程逻辑控制器相连，用于显示错误信息。

3.根据权利要求2所述的机器人控制柜装配辅助系统，其特征在于：所述防差错工作站包括装配执行组件、信息采集组件、控制单元以及显示器；所述装配执行组件包括物料盒和电动螺丝刀，物料盒用于存放待装配的物料，电动螺丝刀用于紧螺丝；所述信息采集组件用于采集装配数据并发送给处理器，所述装配数据包括入料/取料信号、螺丝刀扭力值以及工件信息；所述控制单元包括服务器，所述服务器用于处理和存储采集得到的装配数据，并将当前装配步骤对应的加工流程图、提示信息发送给所述显示器进行播放；所述服务器根据入料/取料信号计算剩余物料数量，当剩余物料数量达到临界值时将缺料信息并发送至所述中央控制系统。

4.根据权利要求3所述的机器人控制柜装配辅助系统，其特征在于：所述信息采集组件包括位于物料盒盒口的光电传感器和指示灯，光电传感器用于检测入料/取料，并将入料/取料信号发送至所述服务器，指示灯通过与所述服务器相连的控制器控制其亮灭，用于提示入料/取料的顺序和位置；所述信息采集组件还包括位于电动螺丝刀转轴上的扭力传感器，用于采集螺丝刀扭力值数据；所述信息采集组件还包括扫码枪，用于扫描工件二维码得到工件信息。

5.一种应用于权利要求4所述的机器人控制柜装配辅助系统的防差错装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采集待装配的工件信息，各工位控制器接收并识别工件信息，所述中央控制系统安排各工位装配任务；

(2)当工件到达装配线上的某工位时，采集工件信息，确认无误后，所述防差错工作站显示当前工件装配的流程图和提示信息；

(3)进行装配流程时，所述防差错工作站通过显示器依次提示所需步骤、所需物料、以及注意事项，同时监控装配物料的拿取，当操作员拿取错误的装配零件时进行报错；

(4)所述防差错工作站实时采集装配工具的加工参数，判断是否满足工艺需求，并将判断结果反馈给操作者。

6.根据权利要求5所述的防差错装配方法，其特征在于：该方法还包括步骤(5)所述服务器存储工件在每个装配步骤所发生的实时状态与信息，自动采集作业时间、订单信息、产品信息、物料信息及作业人员信息，并上报至中央控制系统形成信息追溯。

7.根据权利要求5所述的防差错装配方法，其特征在于：步骤(1)中所述的采集待装配的工件信息，是通过扫码枪扫描工件所带识别码进行采集；步骤(2)中所述的采集工件信息，是通过扫码枪扫描工件所带识别码进行采集。

8.根据权利要求5所述的防差错装配方法，其特征在于：步骤(3)中所述的监控装配物料的拿取，包括顺序点亮当前装配步骤所需物料盒的指示灯，并记录取料状态及次数。

9.根据权利要求5所述的防差错装配方法，其特征在于：步骤(4)中所述的实时采集装配工具的加工参数，包括采集电动螺丝刀的扭力值、启停次数、加工时间；步骤(4)中所述的将判断结果反馈给操作者，是通过蜂鸣器报警或显示器显示结果进行反馈。

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