一种针对智能产线设计的实训系统
技术领域
本实用新型涉及智能制造技术领域，尤其涉及智能仓储、智能物流的拆码垛的控制系统领域，具体涉及一种针对智能产线设计的实训系统。
背景技术
现有的工业自动化，仓储自动化和物流自动化经过长时间的飞速发展已经达到局部或者全程无人化操作的进程，同时，随着近期5G工业互联网的逐步试点应用，更加丰富了在物料拆码垛过程中的自动化。使得只能机器人或者机械手能够精准的执行拆码垛任务，替代传统费时费力的人工搬运、转运等，节省大量人力物力。同时，结合现有AGV的协同作业，已实现了大量的适用于各种物流、仓储环境的智能系统。
现有的智能系统中，由于针对的场地不同、运输的物料不同，以及采用的设计思路不同，在实际场地进行实验进行调试存在工作量大，占用资源多的问题。针对上述实际和存在的问题，优选方案是将系统进行有效简化和集成，通过较小范围的系统实训演练和调试，经长时间有效运行后，再进行大规模安装，能够有效的避免后续的调试时间占用，资源占用的问题。
实用新型内容
为了解决现有智能拆码垛运输及出入库系统存在的后期安装调试资源占用大，维护成本高的问题，本申请提供一种针对智能产线设计的实训系统，用于将智能产线全程进行呈现，验证智能产线全程所需操作的可靠性，将庞大的智能产线进行缩小，形成可验证实际智能产线运行稳定性的实训系统；通过对实训系统的调试，稳定性验证和操作精度的验证，可以达到对现实智能产线安装运行后的效果评估，从而大大减少和避免因智能产线安装后运行稳定性差，需要反复调试的资源占用问题。
为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：
一种针对智能产线设计的实训系统，包括出入库单元、拆码垛单元和输送流转单元，以及用于控制所述出入库单元、拆码垛单元和输送流转单元的控制服务器，所述出入库单元包括固定设置于地面用于AGV小车运行的固定线路，设于所述固定线路两侧的出入库信息记录模块，所述固定线路的一端始于仓库，另一端止于所述拆码垛单元预设的拆码垛操作区域，以及用于放置需要出入库的物料箱体的货架；
当物料箱体出库时，AGV小车将举升放置有物料箱体的货架，沿着固定线路运行，当AGV小车行驶至所述出入库信息记录模块时，通过出入库信息记录模块扫描预设在货架上的二维码记录出库信息。AGV小车继续行驶直到抵达拆码垛操作区域后停止，实现完整的出库过程。值得说明的是，固定线路的设定是根据AGV小车现有定位二维码实现，该固定线路可以根据实际场地灵活设定，此部分属于现有常规技术，不做赘述。当固定线路一旦设定，AGV小车将一直沿着该固定线路进行往复运行，其精准度由采用的AGV小车和定位二维码排布的密度决定；目前一般市售的主流产品精度可达毫米级，足以满足拆码垛过程中的运输要求。同理，当进行入库操作时，其工作原理与出库相同，只是AGV小车的运行方向与出库相反。
所述拆码垛单元包括设置于拆码垛操作区域的用于执行拆码垛操作的机械臂，所述机械臂将所述物料箱体往返放置于货架和环形输送台之上；当进行入库时，机械臂是将来源于环形输送台上的物料箱体放置在货架上进行堆垛；当进行出库时，机械臂是将由AGV小车送来的置于货架上的物料箱体抓取放置在环形输送台上。
所述输送流转单元包括所述环形输送台，以及设置于环形输送台上分别用于启动或开启捕捉所述物料箱体位置、尺寸和方向信息的3D相机的第四传感器和第一传感器，以及间隔设置于环形输送台上用于检测物料箱体是否发生堵塞或卡滞的第二传感器和第三传感器。所述环形输送台为可循环输送的装置，相较于实际输送机构的单向流转能够同时模拟出库方向和入库方向，即出库的出料和入库的来料。当进行出库流程时，来自拆码垛单元的机械臂将物料箱体置于环形输送台上，物料箱体随着环形输送台的输送移动，随之依次触发第四传感器，第三传感器和第二传感器。控制服务器通过采集并计算相邻两个传感器之间获取物料箱体的时间间隔与预设时间间隔进行对比，若实际采集的时间间隔比与之对应的相邻两个传感器之间的预设时间间隔长或者任意传感器不能再获取到物料箱体经过的信号，则说明在不能获取信号的传感器上游发生了物料箱体的卡滞或者堵塞，控制服务器将发出报警提示，提示的方式具有多种，譬如包括但不限于与控制服务器通信连接的显示器上进行显示；通过蜂鸣器或者喇叭进行声音提示，提示内容可根据实际预设并存储于控制服务器；还可以通过光路闪烁的方式进行警示提醒，亦可采用上述的多种报警方式结合进行。
优选地，所述出入库信息记录模块包括分别与所述控制服务器通信连接的第一光电对射传感器、2D扫码相机和第二光电对射传感器；所述2D扫码相机设置于固定线路的旁侧，分别设置于所述2D扫码相机两侧用于触发启动或者关闭所述2D扫码相机的第一光电对射传感器和第二光电对射传感器。将第一光电对射传感器、2D扫码相机和第二光电对射传感器依次沿AGV小车运行的固定线路方向旁侧设置的目的在于：无论AGV小车是沿出库方向运动还是入库方向运动，在到达2D扫码相机之前，必然事先触发第一光电对射传感器或第二光电对射传感器，当控制服务器获取到任一第一光电对射传感器或第二光电对射传感器的触发信号后，开启2D扫码相机对货架进行出入库扫描并记录；记录逻辑规则如下:
若2D扫码相机的开启是由第一光电对射传感器触发开启，通过第二光电对射传感器触发关闭，则记录为出库；反之，
若2D扫码相机的开启是由第二光电对射传感器触发开启，通过第一光电对射传感器触发关闭，则记录为入库。
当第一光电对射传感器和第二光电对射传感器均未收到触发信息时，2D扫码相机处于待机状态。
优选地，所述货架具有放置物料箱体的平台和用于容纳所述AGV小车的空间，所述货架下方空间的高度小于所述AGV小车的最大顶升高度。基于现有的AGV小车的设计，适应性的匹配货架的结构，使得能够同时满足运输过程中的稳定性和静止状态的稳定性。
为了提高本申请在进行拆码垛时的精准度，优选地，所述机械臂下部设置有固定所述机械臂的机械臂底座，机械臂的万向自由端上分别安装有用于吸附所述物料箱体的海绵吸盘和用于捕捉物料箱体位置、尺寸和方向信息的腕部相机，所述腕部相机通过与机械臂可拆卸连接的相机支架与机械臂万向自由端连接；所述海绵吸盘还连接有安装在电器柜内的负压装置。
在入库或者出库时，为了提高机械臂吸取物料箱体的精准性，在机械臂自由端设置的腕部相机能够捕捉物料箱体的实际位置、尺寸和方向信息，控制服务器根据腕部相机读取的物料箱体的信息进行吸取，能够使得物料箱体的吸取精度能够更高，避免出现歪斜或者中途掉落的问题。海绵吸盘采用负压原理吸取物料箱体，海绵吸盘通过负压装置提供负压作为吸取物料箱体的驱动力。值得说明的是，基于实训系统及验证可靠性目的，采用相对简单的吸取方式，对于实际的智能产线以及针对不同的物料箱体的重量，可以将海绵吸盘替换为现有的其他夹取方式或者夹取机构。由于不同的吸取或者夹取机构的可靠性可单独验证且现有的产品中亦有对应性能及参数说明，故而在本申请采用相对简单的海绵吸盘并不影响整个系统运行可靠性、稳定性的技术实现。
优选地，所述环形输送台中空处设置有用于安装所述3D相机的立柱支架，所述3D相机在所述环形输送台上的垂直投影沿环形输送台运动方向的下游设置有所述第一传感器，所述第四传感器设置在所述3D相机在所述环形输送台上的垂直投影沿环形输送台运动方向的上游。在入库时，由环形输送台输送来的物料箱体临近所述3D相机在所述环形输送台上的垂直投影区域时，首先将触发第四传感器，控制服务器获取到第四传感器的触发信号后，将向3D相机发出触发指令，由3D相机捕捉物料箱体的位置、方向和大小等信息并由控制服务器发送至机械臂，引导机械臂进行精准的吸取或者抓取。
物料箱体在平直路线上传输是不会出现卡滞或者堵塞的状况，最容易出现的就是具有一定弯曲角度的输送台或者输送带上，由于物料箱体可能与环形输送台的侧壁发生接触或者摩擦，则可能导致多个物料箱体出现堵塞或者卡滞，这样本系统不仅能够模拟现场智能产线可能出现的问题，同时亦可及时的分析堵塞的原因，以进一步的针对性的提出改进方案；避免了在只能产线项目现场进行调试整改，可以节省大量的人力、物力和时间成本。所述环形输送台的两个弯道处分别设置有所述第二传感器和第三传感器。值得说明的是，本申请可以根据实际场景需要将环形输送台设置为其他非标准结构，亦可根据实际现场预设布局的智能产线针对性的设置输送台，以验证其运行的顺畅性和可靠性。
为了进一步的提高本系统的实用性和智能化，本系统还包括用于给所述AGV小车充电的AGV充电桩。AGV小车和AGV充电桩为相互匹配的现有技术，可以根据场地实际情况布置AGV小车的充电行走路线；并自定义或者默认设定充电程序，该部分内容为现有技术，不做多余赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的布局设置立体结构示意图；
图2是图1中A区结构放大图；
图3是图1的俯视图；
图4是实施例2的出入库流程示意图；
图5是实施例3的拆码垛流程示意图。
图中：1-办公桌；2-控制服务器；3-显示器；4-第二传感器；5-环形输送台；6-第一传感器；7-第四传感器；8-立柱支架；9-3D相机；10-电器柜；11-第三传感器；12-机械臂；13-机械臂底座；14-AGV充电桩；15-AGV小车；16-第一光电对射传感器；17-2D扫码相机；18-第二光电对射传感器；19-货架；20-物料箱体；21-海绵吸盘；22-腕部相机；23-相机支架。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例1：
一种针对智能产线设计的实训系统，包括出入库单元、拆码垛单元和输送流转单元，以及用于控制所述出入库单元、拆码垛单元和输送流转单元的控制服务器2，本实施例中所述控制服务器2还包括用于显示信息的显示器3通过办公桌1置于实训系统现场，以方便调试和操作。
所述出入库单元包括固定设置于地面用于AGV小车15运行的固定线路，设于所述固定线路两侧的出入库信息记录模块，所述固定线路的一端始于仓库，另一端止于所述拆码垛单元预设的拆码垛操作区域，以及用于放置需要出入库的物料箱体20的货架19；所述拆码垛单元包括设置于拆码垛操作区域的用于执行拆码垛操作的机械臂12，所述机械臂12将所述物料箱体20往返放置于货架19和环形输送台5之上；所述输送流转单元包括所述环形输送台5，以及设置于环形输送台5上分别用于启动或开启捕捉所述物料箱体20位置、尺寸和方向信息的3D相机9的第四传感器7和第一传感器6，以及间隔设置于环形输送台5上用于检测物料箱体20是否发生堵塞或卡滞的第二传感器4和第三传感器11。
工作原理简述：
当物料箱体20出库时，AGV小车15将举升放置有物料箱体20的货架19，沿着固定线路运行，当AGV小车15行驶至所述出入库信息记录模块时，通过出入库信息记录模块扫描预设在货架19上的二维码记录出库信息。AGV小车继续行驶直到抵达拆码垛操作区域后停止，实现完整的出库过程。值得说明的是，固定线路的设定是根据AGV小车15现有定位二维码实现，该固定线路可以根据实际场地灵活设定，此部分属于现有常规技术，不做赘述。当固定线路一旦设定，AGV小车15将一直沿着该固定线路进行往复运行，其精准度由采用的AGV小车15和定位二维码排布的密度决定；目前一般市售的主流产品精度可达毫米级，足以满足拆码垛过程中的运输要求。同理，当进行入库操作时，其工作原理与出库相同，只是AGV小车的运行方向与出库相反。
当进行入库时，机械臂12是将来源于环形输送台5上的物料箱体20放置在货架19上进行堆垛；当进行出库时，机械臂12是将由AGV小车15送来的置于货架19上的物料箱体20抓取放置在环形输送台5上。
所述环形输送台5为可循环输送的装置，相较于实际输送机构的单向流转能够同时模拟出库方向和入库方向，即出库的出料和入库的来料。当进行出库流程时，来自拆码垛单元的机械臂12将物料箱体20置于环形输送台5上，物料箱体20随着环形输送台5的输送移动，随之依次触发第四传感器7，第三传感器11和第二传感器4。控制服务器2通过采集并计算相邻两个传感器之间获取物料箱体20的时间间隔与预设时间间隔进行对比，若实际采集的时间间隔比与之对应的相邻两个传感器之间的预设时间间隔长或者任意传感器不能再获取到物料箱体20经过的信号，则说明在不能获取信号的传感器上游发生了物料箱体20的卡滞或者堵塞，控制服务器2将发出报警提示，提示的方式具有多种，譬如包括但不限于与控制服务器2通信连接的显示器3上进行显示；通过蜂鸣器或者喇叭进行声音提示，提示内容可根据实际预设并存储于控制服务器2；还可以通过光路闪烁的方式进行警示提醒，亦可采用上述的多种报警方式结合进行。
实施例2：
本实施例是在实施例1的基础上进一步阐述出入库的工作流程，在实施例1的结构基础上进一步结合附图1-4所示，所述出入库信息记录模块包括分别与所述控制服务器2通信连接的第一光电对射传感器16、2D扫码相机17和第二光电对射传感器18；所述2D扫码相机17设置于固定线路的旁侧，分别设置于所述2D扫码相机17两侧用于触发启动或者关闭所述2D扫码相机17的第一光电对射传感器16和第二光电对射传感器18。将第一光电对射传感器16、2D扫码相机17和第二光电对射传感器18依次沿AGV小车15运行的固定线路方向旁侧设置的目的在于：无论AGV小车15是沿出库方向运动还是入库方向运动，在到达2D扫码相机17之前，必然事先触发第一光电对射传感器16或第二光电对射传感器18，当控制服务器2获取到任一第一光电对射传感器16或第二光电对射传感器18的触发信号后，开启2D扫码相机17对货架19进行出入库扫描并记录；结合附图4所示流程，以纸箱作为需要出入库的物料箱体20，出入库记录逻辑流程如下:
若2D扫码相机17的开启是由第一光电对射传感器16触发开启，通过第二光电对射传感器18触发关闭，则记录为出库；反之，
若2D扫码相机17的开启是由第二光电对射传感器18触发开启，通过第一光电对射传感器16触发关闭，则记录为入库。
当第一光电对射传感器16和第二光电对射传感器18均未收到触发信息时，2D扫码相机17处于待机状态。
实施例3：
本实施例是在实施例1的基础上进一步结合附图1-3和图5所示，进一步对堆/拆码垛流程进行阐述，所述货架19具有放置物料箱体20的平台和用于容纳所述AGV小车15的空间，所述货架19下方空间的高度小于所述AGV小车15的最大顶升高度。基于现有的AGV小车15的设计，适应性的匹配货架19的结构，使得能够同时满足运输过程中的稳定性和静止状态的稳定性。
为了提高本申请在进行拆码垛时的精准度，本实施例中，所述机械臂12下部设置有固定所述机械臂12的机械臂底座13，机械臂12的万向自由端上分别安装有用于吸附所述物料箱体20的海绵吸盘21和用于捕捉物料箱体20位置、尺寸和方向信息的腕部相机22，所述腕部相机22通过与机械臂12可拆卸连接的相机支架23与机械臂12万向自由端连接；所述海绵吸盘21还连接有安装在电器柜10内的负压装置。
本实施例中，所述环形输送台5中空处设置有用于安装所述3D相机9的立柱支架8，所述3D相机9在所述环形输送台5上的垂直投影沿环形输送台5运动方向的下游设置有所述第一传感器6，所述第四传感器7设置在所述3D相机9在所述环形输送台5上的垂直投影沿环形输送台5运动方向的上游。在入库或者出库时，为了提高机械臂12吸取物料箱体20的精准性，在机械臂12自由端设置的腕部相机22能够捕捉物料箱体20的实际位置、尺寸和方向信息，控制服务器2根据腕部相机22读取的物料箱体20的信息进行吸取，能够使得物料箱体20的吸取精度能够更高，避免出现歪斜或者中途掉落的问题。海绵吸盘21采用负压原理吸取物料箱体20，海绵吸盘21通过负压装置提供负压作为吸取物料箱体20的驱动力。
具体地，结合附图5所示，任然以纸箱为例作为带转运的物料箱体20进行说明。
当处于出库拆垛时，纸箱到位后，首先由腕部相机22识别纸箱，并由机械臂12进行纸箱拆垛，将纸箱置于环形输送台5上触发第一传感器6进行纸箱转运，直至抵达下一流程；在本实施例中采用环形输送台5实现出库拆垛和入库码垛集成，当纸箱触发第二传感器4后，触发开启3D相机9对纸箱进行识别，并引导机械臂12将环形输送台5上的纸箱在货架19上进行码垛，最后再由AGV小车15转运至仓库，实现入库流程。
值得说明的是，基于实训系统及验证可靠性目的，采用相对简单的吸取方式，对于实际的智能产线以及针对不同的物料箱体20的重量，可以将海绵吸盘21替换为现有的其他夹取方式或者夹取机构。由于不同的吸取或者夹取机构的可靠性可单独验证且现有的产品中亦有对应性能及参数说明，故而在本申请采用相对简单的海绵吸盘21并不影响整个系统运行可靠性、稳定性的技术实现。
在入库时，由环形输送台5输送来的物料箱体20临近所述3D相机9在所述环形输送台5上的垂直投影区域时，首先将触发第四传感器7，控制服务器2获取到第四传感器7的触发信号后，将向3D相机9发出触发指令，由3D相机9捕捉物料箱体20的位置、方向和大小等信息并由控制服务器2发送至机械臂12，引导机械臂12进行精准的吸取或者抓取。
物料箱体20在平直路线上传输是不会出现卡滞或者堵塞的状况，最容易出现的就是具有一定弯曲角度的输送台或者输送带上，由于物料箱体20可能与环形输送台5的侧壁发生接触或者摩擦，则可能导致多个物料箱体20出现堵塞或者卡滞，这样本系统不仅能够模拟现场智能产线可能出现的问题，同时亦可及时的分析堵塞的原因，以进一步的针对性的提出改进方案；避免了在只能产线项目现场进行调试整改，可以节省大量的人力、物力和时间成本。所述环形输送台5的两个弯道处分别设置有所述第二传感器4和第三传感器11。值得说明的是，本申请可以根据实际场景需要将环形输送台5设置为其他非标准结构，亦可根据实际现场预设布局的智能产线针对性的设置输送台，以验证其运行的顺畅性和可靠性。
为了进一步的提高本系统的实用性和智能化，本系统还包括用于给所述AGV小车15充电的AGV充电桩14。AGV小车15和AGV充电桩14为相互匹配的现有技术，可以根据场地实际情况布置AGV小车15的充电行走路线；并自定义或者默认设定充电程序，该部分内容为现有技术，不做多余赘述。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
