CN106863326B - 基于智能末端执行器的柔性装配系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于装配自动化应用领域，具体涉及一种基于智能末端执行器的柔性装配系统，包括零件放置台、桁架机器人、工作头库以及固定工作台，所述零件放置台、固定工作台和工作头库并排布置，所述桁架机器人位于零件放置台、固定工作台和工作头库的上方。本发明通过桁架机器人和工作头库等对大型机械产品进行装配，相对于传统流水线式装配线，结构紧凑。

Description

基于智能末端执行器的柔性装配系统

技术领域

本发明属于装配自动化应用领域，具体涉及一种基于智能末端执行器的柔性装配系统。

背景技术

装配是机械产品制造过程的关键步骤，也是决定机械产品质量优劣的一个重要环节。自动化装配技术可实现产品的自动化装配过程，可以提高生产效率、降低劳动强度、降低加工成本。但是，传统的自动化装配线，存在着占用空间大、柔性差以及缺乏感知与自适应的控制能力等缺点，限制了自动化装配系统的发展。此外，这些缺点在大型机械产品的装配中尤为突出，因为大型机械产品具有体型大、零部件种类多、不宜搬运、工艺过程复杂等特点。

为此，国内开始研究基于智能末端执行器的自适应装配系统，实现工业机器人智能末端执行器对机械产品的柔性装配。完成装配工艺中工作头的设计与加工，实现多个工作头之间的自动更换；完成装配过程的自适应控制系统，实现装配过程的自动化与智能化。避免大型机械产品装配过程中的搬运，并且系统具有较高的柔性，通过对系统的微调实现对不同型号与类型的产品进行装配。

如申请号为201320739655.1，名称为“柔性装配系统和柔性装配线”的实用新型专利，提供了一种采用柔性装配系统的装配线，该装配系统实际是流水线装配系统的原理，只是将各个工位模块化紧凑化，利用多自由度机器人进行装配及各个步骤的产品转运，该装配系统不能满足大型产品的装配，该专利因多自由度机器人末端执行器不能够适应多种零部件、多种工艺要求的产品装配如纸片等零件装配、涂胶等工艺要求。又如申请号为201510546368.2，名称为“一种桁架式柔性自动化装配系统”的发明专利，提供了一种桁架式的装配系统，该专利采用二维桁架配合多自由度机器人完成，且阐述了可通过调整执行器种类来满足不同零件的装配，但是该发明利用二维桁架实行不能满足高精度装配，更换末端执行器不能自动完成。

发明内容

为了实现工业机器人智能末端执行器对多种尺寸多种零部件大型机械产品的柔性装配。本发明提出一种基于智能末端执行器的柔性装配系统。

为达到上述目的，本发明采用以下方案予以实现：

一种基于智能末端执行器的柔性装配系统，其特征在于：包括零件放置台、桁架机器人、工作头库以及固定工作台，所述零件放置台、固定工作台和工作头库并排布置，所述桁架机器人位于零件放置台、固定工作台和工作头库的上方。

所述桁架机器人包括横梁，所述横梁的两端均连接有立柱，所述横梁上设置有多个托板，每个托板均连接有挂臂，所述挂臂下端连接有工作头公头。

所述工作头库包括工作头库支架，所述工作头库支架上设置有至少一个丝杠导轨移动副，所述丝杠导轨移动副与移动托板相连，所述工作头库支架通过连杆滑块机构与侧支撑板机构相连，所述移动托板上方放置有工作头支撑架，所述工作头放置于工作头支撑架上。工作头底部是不规则的，所以采用工作头支撑架提供一种便于放置工作头的装置，其不属于工作头的一部分，只是起支撑、安放工作头的作用。

所述固定工作台包括本体支架，所述本体支架上竖直设置有一组移动导轨，所述移动导轨上设置有多个丝杠，所述移动导轨上设置有夹紧装置，所述夹紧装置套接在丝杠上。因所需装配产品壳体，即产品基础件的高低尺寸不同，丝杠可带动夹紧装置进行上下调整，以便于更好的固定产品壳体；夹紧装置采用V型形式，对产品壳体进行固定，不让壳体晃动，便于后续各个零部件的装配和装配工艺的分步进行。

本申请的工作原理为：

产品基础件装夹在固定工作台上，桁架机器人末端执行器从零件放置台夹取/吸取零件，再装配到产品基础件上；装配过程中，工作头库配合机器人完成工作头自动更换，实现大型机械产品的柔性装配过程。桁架机器人与工作头之间通过快速接头进行连接；公头安装在机器人末端，母头安装在工作头上；利用快速接头可实现末端执行器的自动更换。

桁架机器人由一维桁架和多个挂臂组成，挂臂末端安装有工作头快速更换接头公头，可以根据需要连接不同的工作头，实现对不同零件的抓取如吸附、夹持等。这里提到的横梁即为一维桁架，各个挂臂可在一维桁架上左右移动，横梁支架支撑横梁，支架即横梁两侧的立柱。

工作头库主要由多组工作头放置台和工作头组成，每个放置台由工作头库支架，工作头支撑架，移动托板，侧支撑板机构，丝杠导轨移动副组成；根据装配过程的需要，工作头库中根据装配工艺设计多种装配工作头（定心、定位、柔顺、紧固、装销、涂胶、喷漆和打磨）和测量工作头（尺寸和表面质量）的智能末端执行器。

装配过程中，桁架机器人根据所要装配的零件种类或工艺要求，一维桁架上的托板带动挂臂进行移动，到达工作头库所需工作头上方，然后挂臂向下移动，让挂臂下方的公头与工作头上母头快速进行快速连接，然后托板带动挂臂到达零件放置台正上方，挂臂下移，工作头吸取或夹持住零件，托板将挂臂移动到固定工作台正上方，挂臂下移，装抓取或夹持的零件装配到位，桁架机器人回零位。

在装配过程中，工作头库中的移动托板在丝杠导轨移动副作用下，向外移动，移动托板推动侧支撑板机构在连杆滑块机构的导向下旋转90°至水平，移动托板移动到侧支撑板机构指定位置，到位后桁架机械手将其上的工作头放置在移动托板上或机械手对接获取所需工作头后，移动托板退回，侧支撑板机构靠弹簧复位。

零件放置于零件放置台工装上，各零件在零件放置台上位置事先确定好以方便装配过程进行。

采用上述的技术方案后，本发明至少具有以下优点：

1、本发明通过桁架机器人和工作头库等对大型机械产品进行装配，相对于传统流水线式装配线，结构紧凑。

2、本发明通过桁架机器人与工作头间快速接头进行连接，公头安装在机器人末端，母头安装在工作头上，工作头可根据不同装配零件、装配工艺而设计多种装配、检测工作头，可适应多种尺寸多种零部件大型机械产品的柔性装配。

3、本发明的装配、测量工作头上均装有所需的定位、检测等传感器，工作头具有自识别、判断、反馈等感知与自适应功能，使零部件装配、检测精准。

4、本发明通过工作头库来实现多种功能工作头的储存，并配合装配工艺需求，实现与桁架机器人的自动更换。

5、本发明桁架机器人由一维桁架和多个挂臂组成，多个挂臂根据装配工艺需求合理配合动作，装配过程高效快速。

附图说明

图1是本发明的一较佳实施例的立体结构示意图；

图2是本发明的正视结构示意图；

图3是工作头库的立体结构示意图；

图4是固定工作台的立体结构示意图。

图中，1是零件放置台，2是立柱，3是横梁，4是托板，5是挂臂，6是工作头公头，7是工作头，8是工作头库支架，9是工作头支撑架，10是移动托板，11是侧支撑板机构，12是丝杠导轨移动副，13是夹紧装置，14是移动导轨，15是丝杠，16是本体支架。

具体实施方式

实施例1

一种基于智能末端执行器的柔性装配系统包括零件放置台1、桁架机器人、工作头7库以及固定工作台，所述零件放置台1、固定工作台和工作头7库并排布置，所述桁架机器人位于零件放置台1、固定工作台和工作头7库的上方。产品基础件装夹在固定工作台上，桁架机器人末端执行器从零件放置台1夹取/吸取零件，再装配到产品基础件上；装配过程中，工作头7库配合机器人完成工作头7自动更换，实现大型机械产品的柔性装配过程。桁架机器人与工作头7之间通过快速接头进行连接；公头安装在机器人末端，母头安装在工作头7上；利用快速接头可实现末端执行器的自动更换。

实施例2

一种基于智能末端执行器的柔性装配系统包括零件放置台1、桁架机器人、工作头7库以及固定工作台，所述零件放置台1、固定工作台和工作头7库并排布置，所述桁架机器人位于零件放置台1、固定工作台和工作头7库的上方。

桁架机器人包括横梁3，所述横梁3的两端均连接有立柱2，所述横梁3上设置有多个托板4，每个托板4均连接有挂臂5，所述挂臂5下端连接有工作头公头6。

工作头7库包括工作头库支架8，所述工作头库支架8上设置有至少一个丝杠导轨移动副12，所述丝杠导轨移动副12与移动托板10相连，所述工作头库支架8通过连杆滑块机构与侧支撑板机构11相连，所述移动托板10上方放置有工作头支撑架9，所述工作头7放置于工作头支撑架9上。工作头7底部是不规则的，所以采用工作头支撑架9提供一种便于放置工作头7的装置，其不属于工作头7的一部分，只是起支撑、安放工作头7的作用。

固定工作台包括本体支架16，所述本体支架16上竖直设置有一组移动导轨14，所述移动导轨14上设置有多个丝杠15，所述移动导轨14上设置有夹紧装置13，所述夹紧装置13套接在丝杠15上。因所需装配产品壳体，即产品基础件的高低尺寸不同，丝杠15可带动夹紧装置13进行上下调整，以便于更好的固定产品壳体；夹紧装置13采用V型形式，对产品壳体进行固定，不让壳体晃动，便于后续各个零部件的装配和装配工艺的分布进行。

产品基础件装夹在固定工作台上，桁架机器人末端执行器从零件放置台1夹取/吸取零件，再装配到产品基础件上；装配过程中，工作头7库配合机器人完成工作头7自动更换，实现大型机械产品的柔性装配过程。桁架机器人与工作头7之间通过快速接头进行连接；公头安装在机器人末端，母头安装在工作头7上；利用快速接头可实现末端执行器的自动更换。

桁架机器人由一维桁架和多个挂臂5组成，挂臂5末端安装有工作头7快速更换接头公头，可以根据需要连接不同的工作头7，实现对不同零件的抓取如吸附、夹持等。这里提到的横梁3即为一维桁架，各个挂臂5可在一维桁架上左右移动，横梁3支架支撑横梁3，支架即横梁3两侧的立柱2。

工作头7库主要由多组工作头7放置台和工作头7组成，每个放置台由工作头库支架8，工作头支撑架9，移动托板10，侧支撑板机构11，丝杠导轨移动副12组成；根据装配过程的需要，工作头7库中根据装配工艺设计多种装配工作头7定心、定位、柔顺、紧固、装销、涂胶、喷漆和打磨和测量工作头7尺寸和表面质量的智能末端执行器。

装配过程中，桁架机器人根据所要装配的零件种类或工艺要求，一维桁架上的托板4带动挂臂5进行移动，到达工作头7库所需工作头7上方，然后挂臂5向下移动，让挂臂5下方的公头与工作头7上母头快速进行快速连接，然后托板4带动挂臂5到达零件放置台1正上方，挂臂5下移，工作头7吸取或夹持住零件，托板4将挂臂5移动到固定工作台正上方，挂臂5下移，装抓取或夹持的零件装配到位，桁架机器人回零位。

在装配过程中，工作头7库中的移动托板10在丝杠导轨移动副12作用下，向外移动，移动托板10推动侧支撑板机构11在连杆滑块机构的导向下旋转90°至水平，移动托板10移动到侧支撑板机构11指定位置，到位后桁架机械手将其上的工作头7放置在移动托板10上或机械手对接获取所需工作头7后，移动托板10退回，侧支撑板机构11靠弹簧复位。

零件放置于零件放置台1工装上，各零件在零件放置台1上位置事先确定好以方便装配过程进行。

本发明通过桁架机器人和工作头7库等对大型机械产品进行装配，相对于传统流水线式装配线，结构紧凑。本发明通过桁架机器人与工作头7间快速接头进行连接，公头安装在机器人末端，母头安装在工作头7上，工作头7可根据不同装配零件、装配工艺而设计多种装配、检测工作头7，可适应多种尺寸多种零部件大型机械产品的柔性装配；本发明的装配、测量工作头7上均装有所需的定位、检测等传感器，工作头7具有自识别、判断、反馈等感知与自适应功能，使零部件装配、检测精准；本发明通过工作头7库来实现多种功能工作头7的储存，并配合装配工艺需求，实现与桁架机器人的自动更换；本发明桁架机器人由一维桁架和多个挂臂5组成，多个挂臂5根据装配工艺需求合理配合动作，装配过程高效快速；

实施例3

在实施例1和实施例2的基础上，现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1、图2所示，一种基于智能末端执行器的柔性装配系统，系统包括零件放置台1、桁架机器人、工作头库以及固定工作台；其中，桁架机器人包括：立柱2、横梁3、托板4、挂臂5、工作头公头6；工作头库包括：工作头7、工作头库支架8，工作头支撑架9，移动托板10，侧支撑板机构11，丝杠导轨移动副12；固定工作台包括：夹紧装置13，移动导轨14，丝杠15，本体支架16。下面详细叙述本实施例中各部分的具体实现以及工作过程。

零件放置台1具有多个工装位，每个工位在零件放置台1上位置固定。装配工作进行前，人工按照预定的方式将各零件放置到对应工装上。

装配过程中，装配基础件通过夹紧装置13装夹在固定工作台上，整个装配过程都在固定工作台上完成，如图4所示。固定工作台可装夹多种型号的产品。

桁架机器人用于完成大型机械产品的装配，放置于固定工作台的上方。桁架机器人由一维桁架和多个挂臂5组成，挂臂5末端安装有工作头快速更换接头公头，可以根据需要连接不同的工作头，实现对不同零件的抓取如吸附、夹持等和对产品的检测。挂臂5可水平和竖直运动，将零件送至基础件中心上方，进行装配。桁架机器人如图2所示。

工作头库主要由多组工作头放置台和工作头7组成，每个放置台由工作头库支架8，工作头支撑架9，移动托板10，侧支撑板机构11，丝杠导轨移动副12组成，如图3所示。其中，丝杠导轨移动副将带动带有轮子的移动托板10推出，侧支撑板机构11通过连杆滑块机构与工作头库支架8连接，可旋转90°，用于支撑推出来的托板，可在弹簧作用下复位。具体动作过程：当桁架挂臂5需要更换工作头7时，未放置工作头的放置台上的移动托板10在丝杠导轨移动副12作用下，向外移动，移动托板10推动侧支撑板机构11在连杆滑块机构的导向下旋转90°至水平，移动托板10移动到侧支撑板机构11指定位置，到位后桁架机械手将其上的工作头放置在移动托板10上，移动托板10退回，侧支撑板机构11靠弹簧复位；然后要更换的工作头所在放置台进行类似动作，将工作头推送至侧支撑板机构11上，挂臂5对接获取工作头后，退回复位。

Claims (2)

1.一种基于智能末端执行器的柔性装配系统，其特征在于：包括零件放置台（1）、桁架机器人、工作头（7）库以及固定工作台，所述零件放置台（1）、固定工作台和工作头（7）库并排布置，所述桁架机器人位于零件放置台（1）、固定工作台和工作头（7）库的上方；

所述桁架机器人包括横梁（3），所述横梁（3）的两端均连接有立柱（2），所述横梁（3）上设置有多个托板（4），每个托板（4）均连接有挂臂（5），所述挂臂（5）下端连接有工作头公头（6）；

所述工作头（7）库包括工作头库支架（8），所述工作头库支架（8）上设置有至少一个丝杠导轨移动副（12），所述丝杠导轨移动副（12）与移动托板（10）相连，所述工作头库支架（8）通过连杆滑块机构与侧支撑板机构（11）相连，所述移动托板（10）上方放置有工作头支撑架（9），所述工作头（7）放置于工作头支撑架（9）上；

所述固定工作台包括本体支架（16），所述本体支架（16）上竖直设置有一组移动导轨（14），所述移动导轨（14）上设置有多个丝杠（15），所述移动导轨（14）上设置有夹紧装置（13），所述夹紧装置（13）套接在丝杠（15）上；因产品基础件的高低尺寸不同，丝杠（15）带动夹紧装置（ 13） 进行上下调整；夹紧装置（13）采用V型形式，对产品壳体进行固定；

装配过程中，桁架机器人根据所要装配的零件种类或工艺要求，横梁（3）上的托板（4）带动挂臂（5）进行移动，到达工作头（7）库所需工作头（7）上方，然后挂臂（5）向下移动，让挂臂（5）下方的公头与工作头（7）上母头快速进行快速连接，然后托板（4）带动挂臂（5）到达零件放置台（1）正上方，挂臂（5）下移，工作头（7）吸取或夹持住零件，托板（4）将挂臂（5）移动到固定工作台正上方，挂臂（5）下移，装抓取或夹持的零件装配到位，桁架机器人回零位；

在装配过程中，工作头（7）库中的移动托板（10）在丝杠导轨移动副（12）作用下，向外移动，移动托板（10）推动侧支撑板机构（11）在连杆滑块机构的导向下旋转90°至水平，移动托板（10）移动到侧支撑板机构（11）指定位置，到位后桁架机械手将其上的工作头（7）放置在移动托板（10）上或机械手对接获取所需工作头（7）后，移动托板（10）退回，侧支撑板机构（11）靠弹簧复位。

2.根据权利要求1所述的基于智能末端执行器的柔性装配系统，其特征在于：零件放置于零件放置台（1）工装上。

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