CN106737762B - 一种自动布线机布线机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动布线机布线机器人，包括六自由度机械臂以及安装在六自由度机械臂端部的多功能机械手；多功能机械手包括布线头、抓取头、转换机构、转换驱动电机以及摄像机；布线头和抓取头分别固定在转换机构的底面和内侧面上且位置相互垂直，转换驱动电机连接在转换机构外侧面，转换驱动电机驱动轴驱动转换机构转动；抓取头端部设有气动夹取爪；布线头整体为中空结构，其内部为走线通道，走线通道上端与其相垂直方向设有进线口，走线通道另一端设有出现口；摄像机通过连接板固定在转换驱动电机上方且位于多功能机械手顶部。本发明线路控制性强，布线灵活，且能将取料、布线通过一个机械手完成。

Description

一种自动布线机布线机器人

技术领域

本发明涉及一种自动布线机布线机器人，属于飞机制造装备领域。

背景技术

国内飞机线束大多通过人工来布线，由于飞机上线缆众多，且随着飞机功能的不断丰富，飞机的电气系统变得越来越复杂，飞机上线缆的数量剧增，人工布线需要大量人力，同时需要操作人员有较高的技术能力，操作繁琐且易出错。因此，急需一种飞机线束的全自动布线设备。

申请号为20141023402的发明专利申请公开了一种飞机电缆导线束自动布线系统及其布线方法，可以实现飞机线束的机器布线。上述申请划线机器人采用X、Y、Z轴三个方向分别控制移动的方式，自由度不够且移动不灵活。

发明内容

为了解决现有技术的以上不足，本发明提供一种自动布线机布线机器人，其结合取料、布线功能于一体，实现飞机线束的全自动布线，结构简单、实用性强，大大降低人力成本，提高布线效率和准确度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种自动布线机布线机器人，包括六自由度机械臂以及安装在六自由度机械臂端部的多功能机械手；所述多功能机械手包括布线头、抓取头、转换机构、转换驱动电机以及摄像机；布线头和抓取头分别固定在转换机构的底面和内侧面上且位置相互垂直，转换驱动电机连接在转换机构外侧面，转换驱动电机驱动轴驱动转换机构转动，使布线头和抓取头可以根据需要转换位置；摄像机通过连接板固定在转换驱动电机上方且位于多功能机械手顶部，摄像机用于对多功能机械手的工作情况进行监测。

进一步地，所述抓取头端部设有气动夹取爪。

进一步地，所述布线头整体为中空结构，其内部为走线通道，走线通道上端与其相垂直方向设有进线口，走线通道另一端设有出现口。

本发明采用六自由度机械臂及多功能机械手配合，线路控制性强，布线灵活，且多功能机械手的设计能将取料、布线通过一个机械手完成，简化结构。

附图说明

图1为本发明飞机线束自动布线机轴测图；

图2为多功能机械手轴测图；

图3为多功能机械手主视图；

图4为多功能机械手右视图；

图5为多功能机械手左视图；

图6为飞机线束自动布线机料库轴测图；

图7为飞机线束自动布线机料库主视图；

图8为飞机线束自动布线机线盘架轴测图；

图9为飞机线束自动布线机卡线机构轴测图；

图10为飞机线束自动布线机送线机构轴测图。

图中：

1-料库，2-滑台，3-自动送线器，4-自动布线机布线机器人，5-多功能机械手，6-光学线号识别及记米器，7-连接架，8-工作台；

11-储料盘，12-装料气缸，13-送料气缸，14-线盘架，15-布线柱插盘，16-储料座，17-装料轨道，18-送料轨道，19-基座，22-卡扣板；

141-线盘架固定座，142-线轴，143-卡爪，144-滑块，145-弹簧限位机构，146-卡线机构；1461-卡线机构支撑架，1462-收线口，1463-吐线口，1464-卡线块，1465-过线孔；

301-送线轮，302-送线轮驱动电机，303-固定架，304-限位块，305-裁线刀，306-裁线刀架；307-送线机构底座；

501-布线头，502-进线口，503-走线通道，504-出线口，505-抓取头，506-转换机构，507-转换驱动电机，508-摄像机，509-夹取爪。

具体实施方式

以下结合附图，详细介绍本发明的技术方案：

如图1所示，一种飞机线束自动布线机，包括料库1、滑台2、自动送线器3、自动布线机布线机器人4、光学线号识别及计米器6、连接架7、工作台8、上位机。料库1安装在连接架7上，工作台8安装在连接架7前端，滑台2滑动连接在工作台8上，其可在工作台8台面上沿工作台8滑轨滑动，自动布线机布线机器人4安装在滑台2上，自动布线机布线机器人4由六自由度机械臂和多功能机械手5组成，自动送线器3安装在滑台2上，自动送线器3前端与料库1的送料轨道18对接，光学线号识别及计米器6安装在滑台2上且位于自动送线器3后方。

自动布线机布线机器人4包括固定在滑台2上的六自由度机械臂以及安装在六自由度机械臂端部的多功能机械手5，如图2至图5所示，多功能机械手5包括布线头501、抓取头505、转换机构506、转换驱动电机507以及摄像机508。布线头501和抓取头505分别固定在转换机构506的底面和内侧面上且位置相互垂直，转换驱动电机507固定在转换机构外侧面，其驱动轴驱动转换机构506转动，使布线头501和抓取头505可以根据需要转换位置；抓取头505端部设有气动夹取爪509；摄像机508通过连接板固定在转换驱动电机507上方，位于机械手5顶部。布线头501用于提取自动送线器3输送过来的线缆并在工作台8上进行布线，布线头501整体为中空结构，其内部为走线通道503，走线通道503上端与其相垂直方向设有进线口502，走线通道503另一端设有出现口504。抓取头505用于抓取布线所需的线缆源头固定柱、绕线柱及线缆源尾固定柱等布线柱并将布线柱插入工作台8上的指定固定孔。摄像机8用于对多功能机械手的工作情况进行监测，例如，实时监测布线头501是否成功拾起线缆、抓取头505是否准确抓取布线柱、布线头501是否按规定线路布线等，上位机将检测图像进行处理，一旦发现机械手工作出错，可立即处置。

如图6至图9所示，料库1包括固定在连接架7上的储料装载机构以及安装在储料装载机构上的线盘架14、布线柱插盘15、装料气缸12、送料气缸13、装料轨道17以及送料轨道18。储料装载机构包括基座19、装料轨道17、送料轨道18、储料盘11、储料座16；其中，基座19固定在连接架7上，储料盘11通过转动轴转动连接在基座19上，转动轴由电机驱动，储料座16均匀布置在储料盘11圆周上，装料轨道17与送料轨道18分别固定在基座19圆周上且装料轨道17与送料轨道18成90°夹角分布，送料轨道18的轨道外端与自动送线器3对接；装料轨道17与送料轨道18高度相同，均与固定在储料盘11上的储料座16高度平齐，且装料轨道17及送料轨道18的轨道内端均可与相对应的储料座16对接。

如图6，根据实际布线需要，将一定数量的线盘架14和一定数量的布线柱插盘15安装在储料盘11上；线盘架14用于安装线盘，布线柱插盘15用于放置布线所需要的线缆源头固定柱、绕线柱及线缆源尾固定柱等。装料气缸12和送料气缸13的气缸轴前端均固定有卡口板，用于与线盘架或布线柱插盘15卡接。线盘架14可以从储料盘16滑动至自动送线器3。

如图8所示，线盘架14包括线盘架固定座141、线轴142、卡爪143、滑块144、弹簧限位机构145、卡线机构146及卡口。其中，线轴142固定在线盘架固定座141的立板上，线轴142前端固定卡爪143，滑块144固定在线盘架固定座141底板下方，弹簧限位机构145设置在底板上，卡线机构146固定在底板外侧，卡口固定在底板内侧端部，用于与装料气缸或送料气缸上的卡口板连接。将线盘套在线轴142上并通过卡爪143限位，线缆头从卡线机构146穿出，线盘架14通过滑块144与储料座16连接。

如图9所示，卡线机构146包括卡线机构支撑架1461、收线口1462、吐线口1463、卡线块1464、过线孔1465。卡线机构支撑架1461通过螺栓固定在线盘架固定座141底板上，吐线口1463和收线口1462分别设置在卡线机构支撑架1461前后两端，在吐线口1463和收线口1462之间还通过隔板设置过线孔1465，线盘上的线缆从收线口1462穿入，经过过线孔1465后从吐线口1463穿出，过线孔1465可防止线缆松动；卡线块1464设置在吐线口1463和收线口1462之间的卡线机构支撑架1461上，卡线块1464为弹簧式结构，可相对卡线机构支撑架1461卡紧或弹出，当卡线块1464相对卡线机构支撑架1461弹出时，可以卡住穿在吐线口1463和收线口1462之间的线缆。

如图10所示，自动送线器3包括送线器轨道以及固定在送线器轨道端部的送线机构。送线机构包括送线轮301、送线轮驱动电机302、固定架303、限位块304、裁线刀305、裁线刀架306、送线机构底座307。送线机构底座307固定在滑台2上且固定在送线器轨道端部。送线轮301为两组，两组送线轮分别通过送线轮支撑块以送线器轨道中心线为对称轴对称设置在送线轮底座307上，且两组送线轮支撑块可分别通过气缸驱动沿送线机构底座307向两侧滑动，进而带动两组送线轮整体开合，每组送线轮通过一个送线轮驱动电机302驱动旋转。送线轮301在送线轮支撑块开合下夹紧卡线机构146过线孔1465两端的线缆，并在送线轮驱动电机302驱动下朝送线机构前端旋转，将夹持的线缆向前端输送。固定架303设置在送线轮支撑块前端，固定架303顶部设有可在气缸驱动下竖直向下伸缩的限位块304。限位块304正对卡线机构146的卡线块1464，限位块304向下伸出，将卡线块1464下压，卡线块1464相对卡线机构支撑架1461呈卡紧状态，使线缆可沿卡线机构146输送，当限位块304缩回，卡线块1464向上弹回，卡住线缆。一对裁线刀架306固定在固定架303前端，其位于送线机构的最前端，裁线刀架306可在气缸驱动下向两侧滑动，裁线刀305固定在裁线刀架306内侧顶端，两个刃口各固定在一个裁线刀架306上。裁线刀305位于卡线机构146的吐线口1463前方，裁线刀架306在气缸驱动下闭合，使裁线刀305两刃口闭合，将吐线口吐出的线缆裁断。

以下简要介绍飞机线束自动布线机的工作过程：

首先进行料库1上料工作，将线盘架14和布线柱插盘15预先安装在料库储料盘11上；根据实际飞机线束布线需要，上位机计算所需的线缆型号、数量以及布线柱类型、数量；开始上料，操作人员根据上位机下达的任务将线盘和各类布线柱通过装料轨道17安装到线盘架14和布线柱插盘15上，工作人员及完成了上料工作。

开始布线，上位机规划线束的布线线路，料库1根据指令将指定的布线柱插盘15推送至自动送线器3，多功能机械手5抓取指定的布线柱，上位机控制滑台2按规划的布线线路移动到预定位置，布线机器人4将布线柱放置在工作台8上的相应位置，工作台8上设有阵列的固定孔，用于固定布线柱；滑台2继续按线路向前滑动，每到一处预定位置，机械手就从自动送线器3抓取所需的布线柱放置到工作台8相应位置，如果当前布线柱插盘15上的布线柱用完，滑台2返回初始位置，料库1将当前布线柱插盘15收回并推送来新的布线柱插盘15，继续抓取和放置过程，直至完成所有布线柱的放置工作。

滑台2返回初始位置，料库将布线柱插盘15收回，根据上位机的布线指令，将装载有所需线盘的线盘架14推送至自动送线器3，自动送线器3输送线缆，布线机器人4拾取线缆并将线缆拉至光学线号识别及计米器6进行线号识别，上位机根据识别的线号规划该线缆的布线线路，滑台2根据布线线路移动，多功能机械手5将线缆首先通过线缆源头固定柱卡紧固定，随着滑台2的移动，多功能机械手5将线缆依次绕过线路上的绕线柱进行布线，光学线号识别及计米器6全程监控线缆输出长度，当到达指定长度，送线机构裁断输送线缆，多功能机械手5继续布线直至到达线路终止位置并通过线缆源尾固定柱将线缆卡紧；由此完成一条线缆的布线，滑台2返回初始位置，进入下一线缆的布线循环，直到所有线缆布线完成，将布好的线缆打捆成线束，即完成了线束的自动布线过程。

以下简要介绍本发明自动布线机布线机器人的工作原理：

当布线柱插盘15被推送至自动送线器的送线器轨道上后，六自由度机械臂驱动多功能机械手到达指定位置，多功能机械手5的抓取头505朝下，抓取布线柱插盘15上的线缆源头固定柱，随着滑台2移动到工作台8上方适当位置，抓取头505将抓取的线缆源头固定柱插入工作台上预设位置的固定孔内，随着滑台2向前移动，抓取头505抓取下一位置所需布线柱放置在预定位置，抓取头505依次根据滑台2位置抓取所需的线缆源头固定柱、绕线柱或线缆源尾固定柱并放置在工作台8的预设位置。布线柱全部放置完毕，滑台2返回起始位置，转换机构506将布线头501转换到原抓取头505位置，如果出线口504朝下，滑台2上设有圆孔，可使出线口504插入圆孔内，直至进线口502对准卡接在自动送线器3的卡线机构146的吐线口1463，线缆从进线口502进入布线头501，经过走线通道503后从出线口504伸出，滑台2移动至该线缆的预设布线起始位置，机械手开始布线，从出线口502输出的线缆经过线缆源头固定柱固定，然后按照预设的布线线路，依次绕过所经的绕线柱，完成走线后到达终止位置并通过线缆源尾固定柱，即完成该线缆的一次布线。摄像机8全程对多功能机械手的工作情况进行监测，例如，实时监测布线头501是否成功拾起线缆、抓取头505是否准确抓取布线柱、布线头501是否按规定线路布线等，上位机将检测图像进行处理，一旦发现机械手工作出错，可立即处置。

Claims (1)

1.一种自动布线机布线机器人，其特征在于，包括六自由度机械臂以及安装在六自由度机械臂端部的多功能机械手；所述多功能机械手包括布线头、抓取头、转换机构、转换驱动电机以及摄像机；布线头和抓取头分别固定在转换机构的底面和内侧面上且位置相互垂直，转换驱动电机连接在转换机构外侧面，转换驱动电机驱动轴驱动转换机构转动，使布线头和抓取头可以根据需要转换位置；摄像机通过连接板固定在转换驱动电机上方且位于多功能机械手顶部；所述抓取头用于抓取布线所需的布线柱并将布线柱插入布线机工作台上的指定固定孔，抓取头端部设有气动夹取爪；所述布线头用于提取布线机自动送线器输送过来的线缆并在工作台上进行布线，布线头整体为中空结构，其内部为走线通道，走线通道上端与其相垂直方向设有进线口，走线通道另一端设有出线口；所述摄像机用于对多功能机械手的工作情况进行监测，并将检测图像发送至上位机进行处理；

所述自动布线机包括料库、滑台、自动送线器、自动布线机布线机器人、光学线号识别及计米器、连接架、工作台、上位机；料库安装在连接架上，工作台安装在连接架前端，滑台滑动连接在工作台上，其可在工作台台面上沿工作台滑轨滑动，自动布线机布线机器人安装在滑台上，自动送线器安装在滑台上，光学线号识别及计米器安装在滑台上且位于自动送线器后方；

所述料库包括固定在连接架上的储料装载机构以及安装在储料装载机构上的线盘架、布线柱插盘、装料气缸、送料气缸、装料轨道以及送料轨道；储料装载机构包括基座、装料轨道、送料轨道、储料盘、储料座；其中，基座固定在连接架上，储料盘通过转动轴转动连接在基座上，转动轴由电机驱动，储料座均匀布置在储料盘圆周上，装料轨道与送料轨道分别固定在基座圆周上且装料轨道与送料轨道成90°夹角分布，送料轨道的轨道外端与自动送线器对接；装料轨道与送料轨道高度相同，均与固定在储料盘上的储料座高度平齐，且装料轨道及送料轨道的轨道内端均可与相对应的储料座对接。