[發明專利]一種適用于虛實結合的智能機器人綜合實驗教學平臺及其使用方法

在審

• 申請號: 202110696284.2
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113433904A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 張屹;陳雨彤
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 劉秋彤;梅洪玉

1.一種適用于虛實結合的智能機器人綜合實驗教學平臺，其特征在于，所述的智能機器人綜合實驗教學平臺包括工作臺以及均設置在工作臺上的相互獨立的功能模塊，功能模塊包括管理調度模塊、自動上下料模塊、傳動運輸模塊、定制加工模塊、智能倉儲模塊、虛擬教學模塊，所述自動上下料模塊、定制加工模塊、傳動運輸模塊、智能倉儲模塊、虛擬教學模塊均與管理調度模塊實現信號相連；

所述管理調度模塊包含掃描儀、工業MES系統、監控顯示屏、中控電腦，所述掃描儀將所掃描數據上傳至中控電腦，所述工業MES系統安裝于中控電腦，平臺基于工業MES系統下單調度，接收自定義訂單，進行個性化生產，工業MES系統批量采集、分析數據并將數據傳輸到監控顯示屏進行展示，其中工業MES系統結合RFID讀寫器，實時跟蹤生產進度，并進行生產進度管理，實時監控生產進度和作業狀態，及時發現故障和問題，其中監控顯示屏可虛擬顯示加工過程和立體倉庫狀態，使得信息顯示更加清晰、透明；

所述自動上下料模塊包括上料四軸機器人、下料四軸機器人、原料盒、傳送帶、PLC控制器、RFID讀寫器、視覺檢測設備，所述原料盒放置于所述上料四軸機器人附近，所述RFID讀寫器安裝于上料四軸機器人、下料四軸機器人的輸出端，用于實施；上料四軸機器人、下料四軸機器人用于原料的上下料；所述PLC控制器安裝于工作臺上并用于控制所述四軸機器人工作；傳送帶用于傳送上料四軸機器人挑選的原料；

所述傳動運輸模塊包括AGV運輸通道和AGV小車，所述AGV運輸通道鋪設磁帶，通過對導引磁感應信號的識別來實現AGV小車的導引，所述AGV小車包括車體、設于所述車體頂部的用于放置原料的儲物槽及驅動機構，所述車體底部設有RFID讀寫器，所述AGV運輸通道設有RFID標簽，所述驅動機構設有直流電機和驅動輪，所述驅動輪上固定連接有齒輪，所述直流電機與齒輪間通過齒輪軸傳動連接，其中AGV小車不僅承擔上料四軸機器人、下料四軸機器人的搬運、六軸機器人加工、智能倉儲之間的運輸，還能運輸質量過關的成品給用戶；

所述定制加工模塊包括六軸機器人、六軸機器人導軌、PLC控制器、RFID讀寫器、視覺檢測設備、激光內雕機、激光雕刻機，所述六軸機器人導軌安裝于工作臺上，所述RFID讀寫器安裝于六軸機器人的輸出端，所述PLC控制器安裝于工作臺上并用于控制所述六軸機器人工作，所述激光內雕機和激光雕刻機相鄰，其中機器人導軌用于帶動六軸機器人來回于系統各個加工工位之間，與六軸機器人組成一個靈活上下料智能作業裝置，其中用PLC控制激光內雕機完成在原料內部的雕刻人臉或手掌的加工，用PLC控制激光雕刻機完成在原料外表面的用戶姓名或名言雕刻的加工，實現了個性化定制，更具特色；

所述視覺檢測設備包括光源、工業相機、光學鏡頭、圖像采集卡及計算機終端，光源用于照亮目標，提高亮度，克服環境光干擾，形成有利于圖像處理的效果；工業相機用于將光信號轉換成有序的電信號；光學鏡頭用于光學成像；圖像采集卡及計算機終端用于對相機信號進行A/D轉換，完成圖像處理；視覺檢測設備能夠對靜態原料的顏色、形狀識別抓取模塊可以實現從原料盒中正確識別用戶選取的原料，其中原料質量檢測模塊可以實現確保原料質量，避免后續加工產生問題；

所述智能倉儲模塊包括立體倉庫貨架、巷道堆垛機、立體倉庫管理系統，所述立體倉庫貨架設有物料傳感器、RFID讀寫器，所述巷道堆垛機設有可前后伸縮的雙向貨叉、堆垛機控制器，所述堆垛機控制器設有PLC控制器、交流伺服電機，物料傳感器用于檢測貨架占用情況；RFID讀寫器用于貨物信息讀取；可前后伸縮的雙向貨叉用于快速存放或取出倉庫中任意庫位的貨物；堆垛機控制器用于控制堆垛機完成上位機指令；PLC控制器用于控制交流伺服電機；交流伺服電機用于定位貨叉位置并驅動貨叉工作；

智能立體倉庫管理系統可立體存放加工成品并實現物流追溯管理，其中巷道堆垛機通過合理區域規劃能夠有效堆垛碼放；

所述虛擬教學模塊包括三維仿真系統、學生操作端、控制平臺和教師評價端，所述學生操作端設有VR眼鏡、操作工具和存儲設備，所述三維仿真系統、學生操作端、控制平臺和教師評價端通過物聯網連接，三維仿真系統用于建立智能機器人教學平臺的三維場景，VR眼鏡用于顯示所述的三維仿真場景，操作工具用于數據的輸入，存儲設備將學生經歷的三維場景及數據的輸入作為學生實習任務進行保存，控制平臺用于根據學生操作端的權限及教學目的，選擇性的將所述的三維場景中的部分展現到對應的學生操作端，教師評價端用于調用學生操作端所存儲的實習任務，根據學生輸入的數據進行打分和評價，基于虛擬現實技術和網絡協同技術，將MES系統中的實際運作的數據通過虛擬場景在PC端展示出來，突破時空局限，使得教師、學生能隨時隨地進行虛擬操作和學習。

2.權利要求1所述的一種適用于虛實結合的智能機器人綜合實驗教學平臺的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.掃描儀掃描用戶人臉或手掌，同時用戶在終端設備輸入個人信息，如名字或名句，并選擇原料的形狀和顏色，實現“個性化定制”功能，將掃描數據和個人信息傳送到中控電腦，實現“遠程下單”功能；

S2.工業MES系統根據中控電腦中接收到的數據進行生產調度；

S3.根據用戶選擇的原料，上料四軸機器人根據自動上下料模塊的視覺檢測設備從原料盒中檢測出質量好且正確的原料；

S4.根據中控電腦的信號控制，AGV小車到達起點位置，下料四軸機器人把傳送帶上原料搬運至AGV小車用于放置原料的儲物槽中；

S5.AGV小車沿著AGV運輸通道鋪設的磁帶來到定制加工模塊，六軸機器人抓取原料，并放置在激光內雕機相應的“內雕”位置，根據人臉或手掌掃描數據進行“內雕”；

S6.“內雕”完成后，六軸機器人沿六軸機器人導軌把加工后的原料搬運至激光雕刻機相應的“打標”位置，根據用戶輸入的個人信息進行“打標”；

S7.“打標”完成后，若用戶選擇購買成品，六軸機器人沿六軸機器人導軌將加工后的原料搬運到AGV小車上，AGV小車沿著磁帶將成品運送到用戶處，此時，成品可由用戶拿走；

S8.若用戶選擇不購買成品，六軸機器人將成品放置于立體倉庫貨架的成品區，完成一輪成品的生產制造。