CN105292304A - 汽车的风挡玻璃半自动装车系统及装车方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车的风挡玻璃半自动装车系统，包括控制台、车体定位装置、车窗框定位装置和装车装置。其中，所述车窗框定位装置包括面板和设置在面板下表面的多个激光指示器和第一摄像头，所述激光指示器投映的光线与所述车窗框的4个顶点组成的第一平面垂直，且其投映的光点位于车窗框的边缘上，以及，设置在车体上方的第二摄像头；一种汽车的风挡玻璃半自动装车方法，包括车体定位，车窗框定位，风挡玻璃初定位及微调，风挡玻璃上装及微调，装车过程仅需1名普通工人操作，无需借助人力。本发明具有成本低，劳动强度小，效率高，装车准确等优点。

Description

汽车的风挡玻璃半自动装车系统及装车方法

技术领域

本发明属于汽车风挡玻璃装配技术领域，更具体地说，本发明涉及一种汽车的风挡玻璃半自动装车系统及装车方法。

背景技术

涂胶完成后的汽车风挡玻璃，通常需人工使用手动助力或半手动助力安装到车身上，安装过程中至少需要2名有经验的工人操作，劳动强度大、效率低，人力成本高。随着自动化水平的提高，采用机器人进行风挡玻璃自动装车的技术得以发展和使用。机器人自动装车技术中主要采用机器人视觉系统对车窗框定位，其成本高，还受环境光线和车体颜色等的影响，经常出现不稳定现象，影响装车精度，此外，因车身在玻璃装配工位的定位存在误差，装车过程中，机器人装配玻璃的轨迹需要不停的进行修正补偿。基于上述原因，机器人自动装车技术在国内往往不被采纳。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种风挡玻璃半自动装车系统，通过第一调节装置和车窗框定位装置给车窗框定位，第二调节装置对风挡玻璃的空间位置进行微调，与机器人自动装车技术中的机器人视觉系统相比，本发明的车窗框定位装置和调节装置成本低，不受环境光线和车体颜色影响，稳定性好，第二调节装置还可对上装过程中的风挡玻璃位置进行实时微调。

本发明还有一个目的是提供一种风挡玻璃半自动装车方法，通过摄像头反馈的影像信息，采用调节装置进行车窗框定位和风挡玻璃空间位置微调，同时，结合装车机器人完成风挡玻璃初定位和自动上装，本发明的装车方法，装车过程中仅需1名普通工人操作，上装过程中还可对风挡玻璃位置进行实时微调，装车精度高，且风挡玻璃在装车过程中均由装车机器人负责抓取和移动，省时省力，效率高。

本发明还有一个目的是通过将机器人手臂末端的普通抓手替换为浮动抓手，上装过程中浮动抓手具有一定的缓冲作用，避免了风挡玻璃与车体硬接触。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种汽车的风挡玻璃半自动装车系统，包括：

控制台，其包括显示器，第一调节装置，第二调节装置，控制按钮和可编程逻辑控制器；

车体定位装置，其与所述控制台信号连接；

车窗框定位装置，其与所述控制台信号连接，其包括，

面板，其位于标准待装车体的车窗框的上方，所述面板的上表面设有转动组件，所述第一调节装置连接转动组件控制所述面板可转动，所述面板的下表面设有滑槽；

多个激光指示器，其位于所述滑槽内，所述第一调节装置连接所述激光指示器，使其在所述滑槽内可滑动，所述激光指示器投映的光线与所述车窗框的4个顶点组成的第一平面垂直，且其投映的光点位于所述车窗框的边缘上；

第一摄像头，其设置在所述面板的下表面中心，第一摄像头垂直于所述第一平面，且其在所述第一平面内的投影位于所述车窗框的中心；

第二摄像头，其设置在所述标准待装车体的上方，位于所述第一平面的纵向中线的延长线上；

装车装置，其通过所述可编程逻辑控制器受控于所述控制台，其包括：

装车机器人，其位于总装主线的外部，并与所述标准待装车体不产生干涉，所述装车机器人的机械臂末端固定连接有浮动抓手；

支撑架，其位于所述装车机器人的下方，用于支撑所述装车机器人。

优选的是，所述的汽车的风挡玻璃半自动装车系统，还包括测距装置，其与所述控制台信号连接，其包括：

两对激光红外线测距仪，任意一对所述激光红外线测距仪位于所述总装主线的外部，并沿所述总装主线的中线对称设置；所述激光红外线测距仪投映的光线与所述纵向中线垂直，且其在所述第一平面上的投影与所述车窗框的边缘相交，所述激光红外线测距仪与所述第一平面的初始垂直距离为5-10cm；

第三摄像头，其位于所述总装主线的外部所述激光红外线测距仪之间，并沿所述总装主线的中线对称设置，所述第三摄像头与所述激光红外线投映的光线平行；

支撑柱，其位于所述激光红外线测距仪的下方，用于支撑所述激光红外线测距仪，所述第一调节装置连接所述支撑柱，使其在竖直方向上可移动。

优选的是，所述的汽车的风挡玻璃半自动装车系统，所述浮动抓手，其包括：

安装框架，其包括：

安装板，其为长方形，其包括平行设置的上安装板和下安装板，所述上安装板和所述下安装板的中点的连线与所述上安装板垂直；

4个压缩弹簧，其与所述上安装版垂直设置，其一端分别与所述上安装板的顶角固定连接，另一端与所述下安装板固定连接；安装气缸，其包括：

气缸本体，其位于所述第二安装板的中点，并与所述第二安装板固定连接；

活塞杆，其端面与所述上安装板的下表面抵接，所述端面上设有缓冲垫；

4个抓手，其上端分别与所述第二安装板的下表面的顶角固定连接，所述抓手，其包括：

浮动组件，其包括第一套筒和第二套筒，其中，所述第一套筒为中空圆柱形，其上端与所述第二安装板固定连接，其下端设有圆环形卡扣件；所述第二套筒为圆柱形，其套设在所述第一套筒的内部，所述第二套筒的上端设有圆柱形的活塞，以使所述第二套筒在压力作用下上下浮动；所述圆环形卡扣件的内边缘位于所述第一套筒和所述第二套筒之间。

连接板，其位于所述浮动组件的下端并与其固定连接；以及，

真空吸盘，其位于所述连接板的中部，并与所述连接板的下表面固定连接。

优选的是，所述的汽车的风挡玻璃半自动装车系统，所述激光指示器有4个，其投映的光点分别位于所述车窗框的4个顶点。

优选的是，所述的汽车的风挡玻璃半自动装车系统，所述第二调节装置包括操作手柄和微动按钮组，所述操作手柄的调整精度为2mm/step，所述微动按钮组的调整精度为0.5mm/step。

一种汽车的风挡玻璃半自动装车方法，包括以下步骤：

步骤A、通过所述车体定位装置给待装车体定位；

步骤B、控制台接收到车体定位完成信号后，根据显示器中所述第一摄像头反馈的影像信息，通过第一调节装置调节所述面板和所述激光指示器的位置，使所述激光指示器投映的光点均位于所述车窗框的边缘上；

步骤C、通过所述控制按钮启动所述可编程逻辑控制器中的自动定位程序控制所述装车机器人使用所述浮动抓手抓取风挡玻璃，并按照预设轨迹将其移至所述待装车体的上方，进行初定位；

步骤D、根据显示器中所述第一摄像头和所述第二摄像头反馈的影像信息，通过所述第二调节装置启动所述可编程逻辑控制器中的偏移程序，并对所述风挡玻璃的空间位置进行微调，使所述激光指示器投映的光点均位于所述风挡玻璃的边缘上；

步骤E、通过控制按钮启动所述可编程逻辑控制器中的自动上装程序，控制所述装车机器人按照预设轨迹进行自动上装，上装过程中，通过所述第二调节装置对所述风挡玻璃的空间位置进行微调，直至上装完成。

优选的是，所述的汽车的风挡玻璃半自动装车系统的装车方法，还包括，在所述步骤E中，当所述风挡玻璃与所述车窗框的距离在10-15cm时，开启所述激光红外线测距仪，根据显示器中所述第三摄像头反馈的影像信息，通过所述第一调节装置调整所述支撑柱的高度，使任意一对所述激光红外线测距仪中至少有1个所述激光红外线测距仪投映的光点位于所述风挡玻璃上；通过所述第二调节装置对所述风挡玻璃的空间位置进行微调，使两对所述激光红外线测距仪的测量值的差值相等。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、与机器人自动装车技术中的机器人视觉系统相比，本发明通过第一调节装置和车窗框定位装置给车窗框定位，第二调节装置对风挡玻璃的空间位置进行微调，设备成本低，且不受环境光线和车体颜色影响，稳定性好，第二调节装置还可对上装过程中的风挡玻璃位置进行实时微调，装车精度高；

第二、本发明风挡玻璃上装过程中，仅需一名普通工人操作控制台上的调节装置和控制按钮，根据摄像头反馈的影像信息，调整面板和激光指示器，使激光指示器投映的光点位于指定位置，控制装车机器人抓取玻璃进行初定位和自动上装，整个过程无需借助人力，劳动强度小，效率高，成本低，装车准确；

第三、采用浮动抓手抓取风挡玻璃，上装过程中浮动抓手具有一定的缓冲作用，避免了风挡玻璃与车体硬接触；

第四、通过将激光指示器和第一摄像头设置在同一平面并垂直于所述第一平面，将激光红外线测距仪和第三摄像头沿总装主线的中线对称并垂直于所述纵向中线设置，保证了影像信息中激光指示器投映的光点为正投影，为风挡玻璃微调提供准确的位置信息；

第五、通过在面板的上表面设置转动组件，面板下表面设置滑槽并将激光指示器设置在滑槽内部，即可拓宽本发明半自动装车系统的应用车型范围，还可在待装车体定位不准确时，对面板和激光指示器的位置进行修正，使激光指示器投映的光线垂直于第一平面，投映的光点位于车窗框的边缘；

第六、当风挡玻璃接近车窗框时，通过测距装置可进一步对风挡玻璃的位置进行微调，确保装车准确。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明中一个实施方式的整体示意图；

图2为本发明中测距装置相对于总装主线的侧视图；

图3为本发明中浮动抓手的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并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发明的限制。

如图1、图2和图3所示，本发明提供一种汽车的风挡玻璃半自动装车系统，包括：

控制台1，其包括显示器，第一调节装置，第二调节装置，控制按钮和可编程逻辑控制器；

车体定位装置2，其与所述控制台1信号连接；

车窗框定位装置3，其与所述控制台1信号连接，其包括，

面板31，其位于标准待装车体6的车窗框的上方，所述面板31的上表面设有转动组件311，所述第一调节装置连接转动组件311控制所述面板31可转动，所述面板31的下表面设有滑槽；

多个激光指示器32，其位于所述滑槽内，所述第一调节装置连接所述激光指示器32，使其在所述滑槽内可滑动，所述激光指示器32投映的光线与所述车窗框的4个顶点组成的第一平面垂直，且其投映的光点位于所述车窗框的边缘上；

第一摄像头33，其设置在所述面板31的下表面中心，第一摄像头33垂直于所述第一平面，且其在所述第一平面内的投影位于所述车窗框的中心；

第二摄像头34，其设置在所述标准待装车体6的上方，位于所述第一平面的纵向中线的延长线上；

激光指示器和第一摄像头位于同一平面且垂直于所述第一平面设置，保证了影像信息中激光指示器投映的光点为正投影，为风挡玻璃微调提供准确的位置信息；在面板的上表面设置转动组件，面板下表面设置滑槽并将激光指示器设置在滑槽内部，在待装车体不在标准位置时，可通过第一调节装置控制转动组件使面板转动，使激光指示器投映的光线与第一平面垂直，控制激光指示器沿滑槽滑动，使其投映的光点均位于车窗框的边缘，激光指示器滑动过程中其与面板的角度不变；第二摄像头可直观反映风挡玻璃和车窗框的距离信息。

装车装置4，其通过所述可编程逻辑控制器受控于所述控制台1，其包括：

装车机器人41，其位于总装主线5的外部，并与所述标准待装车体6不产生干涉，所述装车机器人41的机械臂末端固定连接有浮动抓手42；

支撑架43，其位于所述装车机器人41的下方，用于支撑所述装车机器人41；

浮动抓手在风挡玻璃上装过程中具有一定的缓冲作用，避免了风挡玻璃与车体硬接触导致玻璃损坏。

在另一技术方案中，所述的汽车的风挡玻璃半自动装车系统，还包括测距装置，其与所述控制台1信号连接，其包括：

两对激光红外线测距仪71，任意一对所述激光红外线测距仪71位于所述总装主线5的外部，并沿所述总装主线5的中线对称设置；所述激光红外线测距仪71投映的光线与所述纵向中线垂直，且其在所述第一平面上的投影与所述车窗框的边缘相交，所述激光红外线测距仪71与所述第一平面的初始垂直距离为5-10cm；

第三摄像头72，其位于所述总装主线5的外部所述激光红外线测距仪71之间，并沿所述总装主线5的中线对称设置，所述第三摄像头72与所述激光红外线71投映的光线平行；

支撑柱73，其位于所述激光红外线测距仪71的下方，用于支撑所述激光红外线测距仪71，所述第一调节装置连接所述支撑柱73，使其在竖直方向上可移动；

激光红外线测距仪和第三摄像头沿总装主线的中线对称设置，且均垂直于纵向中线，保证了影像信息中激光红外线测距仪投映的光点为正投影，为风挡玻璃微调提供准确的位置信息。

在另一技术方案中，所述的汽车的风挡玻璃半自动装车系统，所述浮动抓手42，其包括：

安装框架，其包括：

安装板，其为长方形，其包括平行设置的上安装板421和下安装板422，所述上安装板421和所述下安装板422的中点的连线与所述上安装板垂直；

4个压缩弹簧423，其与所述上安装版421垂直设置，其一端分别与所述上安装板421的顶角固定连接，另一端与所述下安装板422固定连接；

安装气缸，其包括：

气缸本体424，其位于所述第二安装板422的中点，并与所述第二安装板422固定连接；

活塞杆425，其端面与所述上安装板421的下表面抵接，所述端面上设有缓冲垫；

4个抓手，其上端分别与所述第二安装板433的下表面的顶角固定连接，所述抓手，其包括：

浮动组件426，其包括第一套筒427和第二套筒429，其中，所述第一套筒427为中空圆柱形，其上端与所述第二安装板422固定连接，其下端设有圆环形卡扣件428；所述第二套筒429为圆柱形，其套设在所述第一套筒427的内部，所述第二套筒的上端设有圆柱形的活塞430，以使所述第二套筒429在压力作用下上下浮动；所述圆环形卡扣件428的内边缘位于所述第一套筒427和所述第二套筒429之间。

连接板431，其位于所述浮动组件426的下端并与其固定连接；以及，

真空吸盘432，其位于所述连接板431的中部，并与所述连接板431的下表面固定连接。

在另一技术方案中，所述的汽车的风挡玻璃半自动装车系统，所述激光指示器32有4个，其投映的光点分别位于所述车窗框的4个顶点。

在另一技术方案中，所述的汽车的风挡玻璃半自动装车系统，所述第二调节装置包括操作手柄和微动按钮组，所述操作手柄的调整精度为2mm/step，所述微动按钮组的调整精度为0.5mm/step。

一种汽车的风挡玻璃半自动装车方法，包括以下步骤：

步骤A、通过所述车体定位装置2给待装车体定位；

步骤B、控制台1接收到车体定位完成信号后，根据显示器中所述第一摄像头33反馈的影像信息，通过第一调节装置调节所述面板31和所述激光指示器32的位置，使所述激光指示器32投映的光点均位于所述车窗框的边缘上；

步骤C、通过所述控制按钮启动所述可编程逻辑控制器中的自动定位程序控制所述装车机器人41使用所述浮动抓手42抓取风挡玻璃，并按照预设轨迹将其移至所述待装车体的上方，进行初定位；

步骤D、根据显示器中所述第一摄像头33和所述第二摄像头34反馈的影像信息，通过所述第二调节装置启动所述可编程逻辑控制器中的偏移程序，并对所述风挡玻璃的空间位置进行微调，使所述激光指示器33投映的光点均位于所述风挡玻璃的边缘上，所述偏移程序可以使用从固定点到未知点，从未知点到另外一个未知点的功能；

步骤E、通过控制按钮启动所述可编程逻辑控制器中的自动上装程序，控制所述装车机器人41按照预设轨迹进行自动上装，上装过程中，通过所述第二调节装置对所述风挡玻璃的空间位置进行微调，直至上装完成。

风挡玻璃上装过程中，仅需一名普通工人操作控制台上的调节装置和控制按钮，根据摄像头反馈的影像信息，调整面板和激光指示器的位置，使激光指示器投映的光点位于指定位置，控制装车机器人抓取玻璃进行初定位和自动上装，整个过程无需借助人力，劳动强度小，效率高，成本低，装车准确。

在另一技术方案中，所述的汽车的风挡玻璃半自动装车系统的装车方法，还包括，在所述步骤E中，当所述风挡玻璃与所述车窗框的距离在10-15cm时，开启所述激光红外线测距仪71，根据显示器中所述第三摄像头72反馈的影像信息，通过所述第一调节装置调整所述支撑柱73的高度，使任意一对所述激光红外线测距仪71中至少有1个所述激光红外线测距仪71投映的光点位于所述风挡玻璃上；通过所述第二调节装置对所述风挡玻璃的空间位置进行微调，使两对所述激光红外线测距仪71的测量值的差值相等。

在风挡玻璃上装过程中，当风挡玻璃接近车窗框时，可通过测距装置进一步对风挡玻璃的位置进行微调，确保装车准确。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种汽车的风挡玻璃半自动装车系统，其特征在于，包括：

控制台，其包括显示器，第一调节装置，第二调节装置，控制按钮和可编程逻辑控制器；

车体定位装置，其与所述控制台信号连接；

车窗框定位装置，其与所述控制台信号连接，其包括，

面板，其位于标准待装车体的车窗框的上方，所述面板的上表面设有转动组件，所述第一调节装置连接转动组件控制所述面板可转动，所述面板的下表面设有滑槽；

多个激光指示器，其位于所述滑槽内，所述第一调节装置连接所述激光指示器，使其在所述滑槽内可滑动，所述激光指示器投映的光线与所述车窗框的4个顶点组成的第一平面垂直，且其投映的光点位于所述车窗框的边缘上；

第一摄像头，其设置在所述面板的下表面中心，第一摄像头垂直于所述第一平面，且其在所述第一平面内的投影位于所述车窗框的中心；

第二摄像头，其设置在所述标准待装车体的上方，位于所述第一平面的纵向中线的延长线上；装车装置，其通过所述可编程逻辑控制器受控于所述控制台，其包括：

装车机器人，其位于总装主线的外部，并与所述标准待装车体不产生干涉，所述装车机器人的机械臂末端固定连接有浮动抓手；

支撑架，其位于所述装车机器人的下方，用于支撑所述装车机器人。

2.如权利要求1所述的汽车的风挡玻璃半自动装车系统，其特征在于，还包括测距装置，其与所述控制台信号连接，其包括：

两对激光红外线测距仪，任意一对所述激光红外线测距仪位于所述总装主线的外部，并沿所述总装主线的中线对称设置；所述激光红外线测距仪投映的光线与所述纵向中线垂直，且其在所述第一平面上的投影与所述车窗框的边缘相交，所述激光红外线测距仪与所述第一平面的初始垂直距离为5-10cm；

第三摄像头，其位于所述总装主线的外部所述激光红外线测距仪之间，并沿所述总装主线的中线对称设置，所述第三摄像头与所述激光红外线投映的光线平行；

支撑柱，其位于所述激光红外线测距仪的下方，用于支撑所述激光红外线测距仪，所述第一调节装置连接所述支撑柱，使其在竖直方向上可移动。

3.如权利要求1所述的汽车的风挡玻璃半自动装车系统，其特征在于，所述浮动抓手，其包括：

安装框架，其包括：

安装板，其为长方形，其包括平行设置的上安装板和下安装板，所述上安装板和所述下安装板的中点的连线与所述上安装板垂直；

4个压缩弹簧，其与所述上安装版垂直设置，其一端分别与所述上安装板的顶角固定连接，另一端与所述下安装板固定连接；安装气缸，其包括：

气缸本体，其位于所述第二安装板的中点，并与所述第二安装板固定连接；

活塞杆，其端面与所述上安装板的下表面抵接，所述端面上设有缓冲垫；

4个抓手，其上端分别与所述第二安装板的下表面的顶角固定连接，所述抓手，其包括：

浮动组件，其包括第一套筒和第二套筒，其中，所述第一套筒为中空圆柱形，其上端与所述第二安装板固定连接，其下端设有圆环形卡扣件；所述第二套筒为圆柱形，其套设在所述第一套筒的内部，所述第二套筒的上端设有圆柱形的活塞，以使所述第二套筒在压力作用下上下浮动；所述圆环形卡扣件的内边缘位于所述第一套筒和所述第二套筒之间。

连接板，其位于所述浮动组件的下端并与其固定连接；以及，

真空吸盘，其位于所述连接板的中部，并与所述连接板的下表面固定连接。

4.如权利要求1所述的汽车的风挡玻璃半自动装车系统，其特征在于，所述激光指示器有4个，其投映的光点分别位于所述车窗框的4个顶点。

5.如权利要求1所述的汽车的风挡玻璃半自动装车系统，其特征在于，所述第二调节装置包括操作手柄和微动按钮组，所述操作手柄的调整精度为2mm/step，所述微动按钮组的调整精度为O.5mm/step。

6.一种如权利要求1所述的汽车的风挡玻璃半自动装车方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、通过所述车体定位装置给待装车体定位；

步骤B、控制台接收到车体定位完成信号后，根据显示器中所述第一摄像头反馈的影像信息，通过第一调节装置调节所述面板和所述激光指示器的位置，使所述激光指示器投映的光点均位于所述车窗框的边缘上；

步骤C、通过所述控制按钮启动所述可编程逻辑控制器中的自动定位程序控制所述装车机器人使用所述浮动抓手抓取风挡玻璃，并按照预设轨迹将其移至所述待装车体的上方，进行初定位；

步骤D、根据显示器中所述第一摄像头和所述第二摄像头反馈的影像信息，通过所述第二调节装置启动所述可编程逻辑控制器中的偏移程序，并对所述风挡玻璃的空间位置进行微调，使所述激光指示器投映的光点均位于所述风挡玻璃的边缘上；

步骤E、通过控制按钮启动所述可编程逻辑控制器中的自动上装程序，控制所述装车机器人按照预设轨迹进行自动上装，上装过程中，通过所述第二调节装置对所述风挡玻璃的空间位置进行微调，直至上装完成。

7.如权利要求6所述的汽车的风挡玻璃半自动装车方法，其特征在于，还包括，在所述步骤E中，当所述风挡玻璃与所述车窗框的距离在10-15cm时，开启所述激光红外线测距仪，根据显示器中所述第三摄像头反馈的影像信息，通过所述第一调节装置调整所述支撑柱的高度，使任意一对所述激光红外线测距仪中至少有1个所述激光红外线测距仪投映的光点位于所述风挡玻璃上；通过所述第二调节装置对所述风挡玻璃的空间位置进行微调，使两对所述激光红外线测距仪的测量值的差值相等。