CN104885313B - 电线分类机器和将电线分类的方法 - Google Patents

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Abstract

电线分类机器(100)包括框架(110)和由框架保持的固定件(106)。所述固定件构造为支撑具有多个电线(220)的电缆(104)。定位系统(120)由框架支撑，且引导系统(160)由定位系统支撑。引导系统具有观察固定件的摄像头(102)，该摄像头可相对于固定件移动。电线操纵器(122)由定位系统支撑，且通过定位系统而被相对于固定件移动。电线操纵器构造为接合电缆的电线，以将电线相对于固定件定位。控制器(170)与定位系统和引导系统通信。控制器操作定位系统，以基于摄像头获得的图像而控制电线操纵器相对于固定件的位置。

Description

电线分类机器和将电线分类的方法
技术领域
本文的主题总体上涉及电线分类机器以及将电线分类的方法。
背景技术
很多电部件安装到电缆的端部。电缆具有端接到电部件的各部件的、单独的电线。例如，电线可被焊接到电路板，或端接到触头或端子。电部件的组装以及电部件到电缆的连接是耗时的。典型地，电线被手动地定位，比如由操作者将电线束紧到绕线器内，所述绕线器用于将电线保持在位，以用于端接到电路板或触头。这样的手动束紧是耗时的。
需要电缆的电线分类的成本有效的自动过程，而没有人类操作者的介入。
发明内容
在一个实施例中，提供了包括框架和由该框架保持的固定件的电线分类机器。所述固定件构造为支撑具有多个电线的电缆。定位系统由所述框架支撑。引导系统由定位系统支撑。引导系统具有观察固定件的摄像头，该摄像头可相对于固定件移动。电线操纵器由定位系统支撑，且通过定位系统而被相对于固定件移动。电线操纵器构造为接合电缆的电线，以将电线相对于固定件定位。控制器与定位系统和引导系统通信。控制器操作定位系统，以基于摄像头获得的图像而控制电线操纵器相对于固定件的位置。
在另一实施例中，提供了将电缆的电线分类的方法，该方法包括，将电缆保持在固定件上，使用摄像头捕获电线的图像，使用控制器的电线识别算法基于电线的布置从所述图像建立运动方案，和基于运动方案移动电线操纵器以改变电线相对于固定件的位置。
附图说明
现在将参考所附的附图通过示例的方式描述本发明，附图中：
图1示出了根据示例性实施例形成的电线分类机器。
图2示出了用于电线分类机器的电线操纵器和摄像头。
图3是电线分类机器的固定件的俯视图，电缆装载在其中。
图4是固定件的一部分的放大视图，示出了由固定件的电线保持件保持的电线。
图5示出了将电缆的电线分类的方法。
具体实施方式
图1示出了根据示例性实施例形成的电线分类机器100。电线分类机器100被用来将电缆的单独的电线分开和将电线定位在合适位置，比如用于附接到电路板或用于附接到触头或端子。电线分类机器100使用自动过程自动地将电线分类。
电线分类机器100使用摄像头102提供视觉引导，以收集关于电线的图像和数据，并动态地改变电线分类机器100的部件的控制和参数。呈送到电线分类机器100的每个电线可具有不同的电线布局(例如电线以随机的取向离开电缆)，且电线分类机器100辨别特定的电线并将该电线合适地定位，比如用于焊接到电路板。在示例性实施例中，电线被以颜色编码，且每个电线需要用于端接到电路板的预定位置。这样的布局可通常地被限定为印迹(footprint)。电线分类机器100使用来自摄像头102的图像来辨别电线的特征，比如布局、形状、定位数据、颜色等，以区分哪个电线是哪个，以及以建立用来合适布置每一个电线的运动方案(motion profile)。例如，电线分类机器100可确定哪些电线是叠盖的电线，哪些电线是被叠盖的电线。电线分类机器100可以首先将叠盖电线移动到位，由此暴露被叠盖的电线并允许被叠盖的电线可被接取以用于移动这样的电线。电线分类机器100的参数和控制可基于几何特征数据，该几何特征数据基于由摄像头102捕获的图像获得。
在所示的实施例中，电线分类机器100处理多个电缆104(每个具有单独的电线)。电缆104被保持在固定件106上。任何数量的电缆104可通过固定件106保持。替代地，电缆104可独立地被呈送到电线分类机器100，而不是作为一个批次作为固定件106的一部分被呈送。在示例性实施例中，电缆104的两个端部可以由电线分类机器100处理，以将从电缆104的两个端部延伸的电线分类。替代地，可以将从电缆104的仅一个端部延伸的电线分类。在另一替换性实施例中，系统可包括两个或多个电线分类机器100，用于将同一固定件106保持的电缆104的不同端部或不同的电缆104分类。电线分类机器100的控制可以被同步或管理，以确保部件不彼此影响。
电线分类机器100包括框架110，该框架支撑电线分类机器100的各部件。框架110可以是静止的。框架110可以是较大机器的一部分，比如定位在一工作站(该工作站处于其他工作站前方或后方)处。在示例性实施例中，框架110包括轨道112。固定件106可以沿轨道102被运送。可选地，一旦固定件106定位在电线分类机器100的工作区114中，则固定件106可被保持在位且被限制了沿轨道112的运动。
电线分类机器100包括由框架110支撑的定位系统120。定位系统120被用来在电线分类机器100的操作过程中相对于固定件106定位摄像头104。定位系统120被用来在电线分类机器100的操作过程中相对于固定件106定位电线操纵器122。电线操纵器122被用来物理地移动电线。电线操纵器122可在三个维度内移动，以根据特定的运动方案来移动电线，所述运动方案由电线分类机器100基于电线的特定布置而确定。在所示实施例中，定位系统120是具有旋转轴线的笛卡尔运动机器人。在其它实施例中也可以使用其他类型的系统，比如选择顺应性装配机器手臂(SCARA)或其他运动机器人系统。
在示例性实施例中，定位系统120包括X定位器130、Y定位器132、Z定位器134，以及至少一个角度定位器136，以允许电线分类机器100的部件在三维空间中的运动。坐标系在图1中被示出,其显示了相互垂直的X、Y、Z轴线。X定位器130允许沿X轴线的运动。可选地，X轴线可平行于轨道112。Y定位器130允许沿Y轴线的运动。Z定位器130允许沿Z轴线的运动。角度定位器136允许沿至少一个角度路径的运动。在示例性实施例中，定位器130、132、134、136包括驱动轴142的马达140。马达140可以是电马达、气动马达或其他类型的马达。马达140可以是伺服马达。
在示例性实施例中，X定位器130包括纵槽(pod)150。Y定位器132可联接到纵槽150，比如通过纵槽150上的夹持件。随着X定位器130被操作，Y定位器132可沿X方向移动。Y定位器132包括纵槽152。Z定位器134可联接到纵槽152，比如通过纵槽152上的夹持件。Z定位器134可随着X定位器130被操作而沿X方向移动，并可随着Y定位器132被操作而沿Y方向移动。Z定位器134包括纵槽154。角度定位器136可联接到纵槽154，比如通过纵槽154上的夹持件。角度定位器136可随着X定位器130被操作而沿X方向移动，随着Y定位器132被操作而沿Y方向移动，以及随着Z定位器134被操作而沿Z方向移动。在替换性实施例中其他配置是可能的。
摄像头102可以联接到角度定位器136。例如，摄像头102可以使用支架156联接到角度定位器136。替代地，摄像头102可以联接到纵槽154。在替换实施例中，摄像头102可联接到其他部件，同时可随定位系统120移动。电线操纵器122可联接到角度定位器136的臂158。电线操纵器122可随定位器130、132、134、136移动。可选地，多个摄像头102可设置为以不同的角度观察电线分类区域。替代地，可使用立体镜。
电线分类机器100包括引导系统160，其提供用于引导电线的移动的可视引导。摄像头102形成引导系统160的部分。摄像头102瞄准工作区114，且拍摄电线操纵器122和/或电线的图像。可选地，摄像头102可拍摄连续的图像，且电线分类机器100可基于这样的图像而连续地更新操作。替代地，摄像头102可在预定的时刻拍摄图像，比如在将电线分类之前在每个新电缆端部位置处、在电线分类的各阶段(例如在每个电线被定位之后)、在预定的时间间隔处(例如每秒1个图像)等。
在示例性实施例中，引导系统160包括光学部件162，用于控制电线分类机器100的光学特征。例如，光学部件162可包括光照源，用于照亮工作区114、电线操纵器122和/或电线。光照源可以以不同的波长发射光线在电线上，以有利于相应电线的辨别。不同的光线波长可用来将不同颜色的电线彼此区分。光线可提供阴影，以辨别某些电线的叠盖。
光学部件162可包括贯穿其的开口164。摄像头102的拍摄可穿过开口164聚焦。光学部件162限制观察区域，以限制由电线分类机器100处理的数据，以用于电线分类机器100的更快操作。例如，在开口164所限定的可视边界之外的电线的部分可以被从视野隐藏，且因此不被电线分类机器100在确定运动方案时处理。
电线分类机器100包括控制器170，该控制器控制电线分类机器100的操作。控制器170与定位系统120和引导系统160通信。例如，由摄像头102生成的图像由控制器170处理。控制器170包括运动计划和处理参数计算算法。控制器170包括电线分类算法，其将运动方案公式化以用于电线分类机器100。电线分类算法基于摄像头102所提供的图像。电线分类算法辨别每个单独的电线，包括电线的形状和位置，并基于所辨别的特定电线来辨别该电线的合适的最终位置。电线分类算法确定用于将电线分类的计划。电线分类算法计算用于定位系统120的一系列运动，以有效地移动电线中的一个或多个。电线分类算法可确定用于将电线分类的有效率的运动方案。例如，电线分类算法可基于观察到的电线的位置而确定用于电线的分类顺序。因为电线随机地离开电缆(例如不同的电缆可具有电线的不同布置)，因此不同颜色的电线可以在顶部，并且不同颜色的电线可以在不同电缆的底部。对于一个电缆，红色的电线可以首先被分类，但对于另一电缆，红色的电线可以被第二、第三或最后分类。运动方案特定于特定的电缆、基于电线的原取向、且通过运行中(on the fly)的控制器生成和更新。
在示例性实施例中，光照源发射光线到电线上，以在辅助电线分类算法辨别单独的电线。辨别过程可以基于图像中电线的亮度(intensity)。例如，在图像中不同颜色的电线具有不同的亮度水平，其帮助电线分类算法辨别电线。
在电线分类机器100的操作过程中，控制器170控制电线操纵器122的X、Y、Z和角度位置。在电线分类机器100的操作过程中，控制器170控制摄像头102的X、Y、Z和角度位置。控制器170使用电线分类算法来建立运动方案，以用于将电缆104的电线的每一个分类。操作中，控制器170将摄像头102和电线操纵器122定位在一系列工作站处，其中电缆104的端部设置在每个工作站处。在每个工作站处，摄像头102将电线的布置拍摄图像，且控制器170基于电线的特定布置确定一系列步骤，以有效率地将电线分类。电线分类算法建立运动方案，其包括电线操纵器122的一系列运动，以用于将单独的电线分类。一旦所有电线被分类，控制器170将摄像头102和电线操纵器122移动到下一个工作站，并将下一组电线分类。控制器170可在每个工作站处计划不同的运动方案，因为在每个工作站处的电线布置可能不同。
图2示出了摄像头102、和安装到支架156的电线操纵器122。摄像头102提供用于机器的控制的视觉反馈。摄像头102和光线部件162相对于支架156的位置可以是可调的。位置可以是手动可调或自动可调的。摄像头102直接定位在开口164上方，且穿过开口164瞄准。开口164限定用于由摄像头102拍摄的图像的视野。电线操纵器122定位在光学部件162下方。电线操纵器122可穿过开口164由摄像头102观察。替代地，如果不可观察，则电线操纵器122相对于图像的位置可以被控制器170(在图1中示出)所知并由该控制器使用以控制电线操纵器122的运动。
电线操纵器122构造为操纵电缆104(在图1中示出)的电线。在示例性实施例中，电线操纵器122构造为抓住或夹紧(pinch)电线以使电线随电线操纵器122移动。例如，电线操纵器122可包括一个或多个指部180，其在电线分类机器100(图1中示出)的操作过程中保持电线以移动电线。在替换性实施例中，电线操纵器122可通过其他方式移动电线，比如通过随着电线操纵器移动而沿某一方向推动电线或拉动电线。
可选地，固定件可在电线的区域中包括平坦板。该平坦板将电线的位置大体限制在一平面中，以用于由电线操纵器操纵。电线操纵器122可将电线捕获在电线操纵器122的末端与平坦板之间，以用于定位电线。
图3是固定件106的俯视图，电缆104装载在该固定件中。固定件106可保持任何数量的电缆104。固定件106包括具有上表面202的板200。电缆104沿上表面202延伸且被抵靠该上表面保持。在示例性实施例中，板200包括腔体204，其中开口穿过上表面202。电缆104的多余长度可以被缠绕或容纳在腔体204中，电缆104的端部206、208沿上表面202定位。在示例性实施例中，两个端部206、208沿上表面202定位，以用于电线在两个端部206、208处的分类。替代地，可以将仅一个端部206的电线分类。
固定件106包括电缆夹持件210，以沿上表面202将电缆104保持在位。电缆夹持件210将端部206、208保持在位，使得从端部206延伸的电线可以被分类。电缆夹持件210可以被气动方式操作。电缆夹持件210可以被弹簧偏置。电缆104可以通过自动过程相对于电缆夹持件210定位，或替代地可以被手动定位。
固定件106包括多个电线保持件212，以沿上表面202将每个电缆104的单独的电线保持在位。可选地，上表面202可以具有托架(cradle)，该托架接收电线并控制电线的相对位置。电线保持件212可以将电线保持在托架中。一旦电线被分类，电线保持件212保持电线的端部。在操作中，电线分类机器100(图1中示出)将适当的电线布置在对应的电线保持件212处，且电线保持件212从而将电线的端部保持在位，比如用于焊接到电路板，用于端接触头或端子至其，或用于其他处理，比如镀覆、涂层、或其他处理。可选地，电缆夹持件212可以被弹簧偏置。在替换性实施例中，单个电线保持件212可以保持对应电缆的所有电线，或来自多个电缆的所有电线。
图4是固定件106的一部分的放大视图，示出了由电线保持件212保持的电线220。电线212从电缆104的端部206延伸超过电缆104的护套222。在示例性实施例中，电线220需要定位为特定布置(例如每个电线220需要处于特定定位或位置)，比如用于焊接到电路板。离开护套222的电线220的布置可以是随机的，且可以对于不同电缆是不同的。电线分类机器100(图1中示出)能够视觉地辨别每个单独的电线220，比如通过使用电线220的颜色识别，以合适地将电线220定位在正确位置。电线分类机器100将电线220定位在电线保持件212下方，且电线保持件212将电线220保持在位。
在示例性实施例中，固定件106包括阶梯部230。电线220被保持在阶梯部230与电线保持件212之间。电线220可以延伸超过阶梯部230的边缘232，在这里电线220可以端接到电路板。例如，电路板可以定位在超过边缘232的区域中，且电线220在被电线保持件212保持的同时可以被焊接到电路板。
图5示出了将电缆的电线分类的方法300。在302处，方法包括将电缆保持在固定件上。例如，电缆可由电缆夹持件保持。可选地，电缆的两个端部可被保持在固定件上。电缆被保持为使得，电缆的单独的电线从电缆的护套端部延伸，以用于分类。
在304，方法包括捕获电缆的图像。图像可由瞄准电缆端部的摄像头捕获。摄像头观察暴露在电缆端部处的电线的布置。摄像头可捕获不止一个图像。多个摄像头可被提供，以观察电线和电缆的不同部分或角度。可选地，图像区可被光照源照亮。电线可以通过不同波长的光线照亮。电线可以是不同颜色的电线，且可以由不同波长的光线不同地影响。
在306，方法包括，建立用于电线分类机器的运动方案。运动方案控制电线操纵器的运动，所述电线操纵器移动电线。运动方案包括一组指令，该组指令可由计算机执行，以控制电线分类机器的操作。在示例性实施例中，电线分类机器包括控制器，用于控制电线分类机器的操作。控制器包括电线识别算法，其基于捕获的图像而确定电线的布置。电线识别算法在不同电线之间进行区分，比如基于电线的颜色。例如，当电线由不同波长的光线照亮时，控制器可使用识别软件或电线识别算法确定哪个电线是哪个。控制器确定电线的形状和布置。控制器确定叠盖规划，以识别哪些电线是叠盖的电线、哪些电线是被叠盖的电线。控制器确定哪个电线在顶部处，且控制器可确定这样的电线应首先被移动，然而其他电线可以在其他情况中被首先移动。来自图像的数据被用来生成运动方案，且电线分类机器根据运动方案被操作。可选地，在电线的一个或多个被移动之后，运动方案可以被更新和校正。
在308，方法包括基于运动方案移动电线操纵器。例如，电线分类机器可包括相对于固定件移动电线操纵器的定位器。电线操纵器可抓住或以其他方法接合电线，以移动该电线至相对于固定件的合适位置。例如，电线最初离开电缆，此时该电线是扭曲、嵌套、缠绕和/或彼此叠盖的。电线通过电线操纵器而定位为预定的布置，比如以共面的方式平行和间隔开。电线操纵器一次一个地将电线移动到合适的位置。
在310，在一些实施例中，方法可包括捕获电线的第二图像。在312，运动方案可以被更新，比如基于第二图像。第二图像可以在一个或多个电线已经被移动之后被捕获。运动方案的更新确保电线的准确放置。

Claims (9)

1.一种电线分类机器(100)，包括：
框架(110)；
固定件(106)，由所述框架保持，所述固定件构造为支撑具有多个电线(220)的电缆(104)；
定位系统(120)，由所述框架支撑；
引导系统(160)，由所述定位系统支撑，所述引导系统具有观察所述固定件的摄像头(102)，所述摄像头相对于所述固定件可移动；
电线操纵器(122)，由所述定位系统支撑且通过所述定位系统而被相对于所述固定件和所述电缆移动，所述电线操纵器抓持所述电缆的单独的电线，以相对于所述固定件单独地定位所述单独的电线；和
控制器(170)，与所述定位系统和所述引导系统通信，所述控制器操作所述定位系统，以基于由所述摄像头获得的图像而控制所述电线操纵器相对于所述固定件的位置。
2.如权利要求1所述的电线分类机器(100)，其中所述摄像头(102)构造为基于电线的颜色区别电线(220)，所述控制器(170)基于电线的颜色而操作所述定位系统(120)以控制所述电线操纵器(122)的位置。
3.如权利要求1所述的电线分类机器(100)，其中所述控制器(170)建立用于所述定位系统(120)的运动方案以移动所述电线操纵器(122)。
4.如权利要求1所述的电线分类机器(100)，其中所述控制器(170)建立用于所述定位系统(120)的运动方案以移动所述电线操纵器(122)，所述运动方案具有用于相继地定位多于一个电线(220)的运动。
5.如权利要求1所述的电线分类机器(100)，其中所述固定件(106)包括电线保持件(212)，所述电线操纵器(122)将电线(220)相对于所述电线保持件移动到位，所述电线保持件保持电线。
6.如权利要求1所述的电线分类机器，其中在至少一个电线由所述电线操纵器(122)定位之后，所述摄像头(102)拍摄电线(220)的位置的图像。
7.如权利要求6所述的电线分类机器，其中所述控制器(170)基于电线(220)的新图像而更新所述定位系统(120)的操作。
8.如权利要求1所述的电线分类机器，其中定位系统(120)包括X定位器(130)、Y定位器(132)和Z定位器(134)，以在三维空间内控制所述电线操纵器(122)的位置。
9.如权利要求8所述的电线分类机器，其中所述定位系统(120)包括角度定位器(136)，以控制所述电线操纵器(122)相对于所述固定件(106)的角度。
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