CN107507741A - 一种用于小型断路器的零件组装的装配装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于小型断路器的零件组装的装配装置，包括有机架、物料输运机构、以及工业机器人，设置于物料输运机构的边侧，用于对位于物料输运机构上待装配零件实施装配动作；所述的物料输运机构包括有输运架体、多个载具、进口端进料接驳单元、载具等距位移驱动单元，所述的输运架体上设置有沿第一高度方向延伸的进口端导轨框以及接邻于进口端导轨框的后端且沿第二高度方向延伸的主行走导轨框，所述的载具与进口端导轨框以及主行走导轨框均滑移导向配合；所述的进口端进料接驳单元设置于输运架体内相对于进口端导轨框的下方，所述的载具等距位移驱动单元设置于输运架体内相对于主行走导轨框的下方。本发明的优点是结构设计合理，装配效率高。

Description

一种用于小型断路器的零件组装的装配装置

技术领域

本发明涉及一种自动化的装配机械，具体是指一种用于小型断路器的零件组装的装配装置。

背景技术

小型断路器是配电系统中的重要保护性元器件，在工业、民用等领域有着广泛的应用，适用于交流50/60Hz，额定电压230/400V，最大额定电流至63A的用电线路，具有漏电保护、过载保护和短路保护等功能。在温州地区，小型断路器的产量达到每天600多万只/极，年产值达数百亿元。随着“中国制造2025”、浙江省“机器换人”等政策的不断推进与落实，我国传统制造业正在由手工制造不断向大规模自动化、数字化进行升级，大量的自动化装备和流水线开始投入生产，逐步取代传统以手工制造为主的生产方式。

小型断路器在制造过程中，对人工需求量最大的是装配环节，包括热系统、磁系统、联动轴、调节螺丝的安装，以及外壳搬运、组合等工序，一条生产线需要装配工人40~50人。由于小型断路器内部结构复杂，零部件尺寸小且形状不规则，实现全自动装配具有很大难度。目前国内的低压电器制造企业，在装配环节基本上还是依靠人工装配，自动化程度极低。

另一方面，工业机器人目前不断普及，但是由于工业机器人在进行装配过程中，必须要满足物料准确地进入到工业机器人的装配位置下，才能准确高效地进行，目前，现有技术中关于断路器装配借助工业机器人的方案还没有相关报道，因此，研发小型断路器的自动化装配单元具有极大的迫切性和广泛的市场空间。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种结构设计合理，装配效率高的用于小型断路器的零件组装的装配装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案是包括有机架、物料输运机构、以及 工业机器人，设置于物料输运机构的边侧，用于对位于物料输运机构上待装配零件实施装配动作；

所述的物料输运机构包括有输运架体、多个载具、进口端进料接驳单元、载具等距位移驱动单元，所述的输运架体上设置有沿第一高度方向延伸的进口端导轨框以及接邻于进口端导轨框的后端且沿第二高度方向延伸的主行走导轨框，所述的载具与进口端导轨框以及主行走导轨框均滑移导向配合，第一高度低于第二高度设置；

所述的每个载具的同一侧边均固定设置有侧支板；

所述的进口端进料接驳单元设置于输运架体内相对于进口端导轨框的下方，该进口端进料接驳单元上设置有第一支座、升降滑移设置于第一支座上的第一抬升架以及用于驱动第一抬升架升降的第一升降气缸，所述的第一抬升架的上端与位于进口端导轨框上的载具的下端面支撑配合；

所述的载具等距位移驱动单元设置于输运架体内相对于主行走导轨框的下方，载具等距位移驱动单元包括有第二支座、水平滑移设置于第二支座上的水平滑移架、用于驱动水平滑移架水平滑移的水平滑移气缸、升降滑移设置于水平滑移架上的叉臂板、以及用于驱动叉臂板升降滑移的第二升降气缸，所述的叉臂板的上端依次设置有第一定位插套、第二定位插套以及定距插板，所述的第一定位插套和第二定位插套上设置有与每个载具的侧支板的下端部插接套配的定位凹槽，第一定位插套和第二定位插套之间的间距等于每个载具的长度与第二定位插套至定距插板之间的间距相加。

通过本设置，本发明通过上述物料输运机构解决将物料准确地进入到工业机器人的装配位置的技术难题，其工作原理和过程是将待组装的小型断路器零部件（如底座、盖子、热系统部件、磁系统部件、双金属片、调节螺丝、联动机构轴、灭弧室等）放置到载具上，并将载具移到进口端导轨框内，由于进口端导轨框的高度低于主行走导轨框，因此，利用该高度差所形成的台阶，能够将位于进口端导轨框最内端的载具（记为载具A）的初始位置得到准确固定，然后通过进口端进料接驳单元的将位于进口端导轨框最内端的载具A抬升到与主行走导轨框相同的高度，然后利用载具等距位移驱动单元的动作，使得第一定位插套与该载具A上的侧支板套配联动，而同时第二定位插套将同时与位于主行走导轨框上载具(记为载具B，邻接于载具A)上的侧支板套配联动从而完成载具A和载具B等距移动，即载具B向右移动一个定长，而载具A从进口端导轨框移到了主行走导轨框上，而同时所述的定距插板将位于载具B邻接的载具（载具C）向右推动滑移一个同样的行走距离，依次类推完成载具的等距离行走，而载具在行走的过程中，利用工业机器人将其上的零部件进行装配。

此外，通过上述结构，可以设置多台工业机器人完成多个装配动作，或者通过设置多个本发明的装配装置实现整个小型断路器从零件到成品的装配，因此，具有柔性化（即装配的通用性）特性。

进一步设置是还包括有出口端下料接驳单元，所述的出口端下料接驳单元位于主行走导轨框的外端间邻下方，该出口端下料接驳单元包括有邻接设置于主行走导轨框下料端外侧的下料端板链传送带、以及位于下料端板链传送带两侧的一对下料接驳载具升降单元，下料端板链传送带的物料输送面的高度低于所述的第二高度，下料接驳载具升降单元包括有第三支座、升降滑移设置于第三支座上的承托板以及用于驱动承托板升降的第三升降气缸，每个下料接驳载具升降单元的承托板的上方与位于下料端板链传送带上方的载具的边侧承托支撑配合。通过本设置，方便将已经完成零部件装配的载具从主行走导轨框上的下料。

进一步设置是所述的进口端导轨框的进料端的外侧输料连接设置有用于载具传输到进口端导轨框上的进料端板链传送带，第一抬升架的上端转动且等高设置有多个滚轮，该多个滚轮的上端与位于进口端导轨框上的载具的下端面滚动支撑配合。通过本设置，使得载具从进口端导轨框滑移到主行走导轨框的所受阻力更小，滑移更佳平稳。

进一步设置是所述的主行走导轨框的框内壁上设置有用于检测载具通过状态和位置的光电传感器。通过本设置，光电传感器能够及时检测载具的位置和状态，从而方便对工业机器人的动作控制参数进行对应协调设置。

进一步设置是还包括有视觉采集机构，视觉采集机构包括有设置于机架上相对于物料输运机构的边侧的固定视觉检测单元、设置于工业机器人的手臂上的随动视觉采集单元、以及图像采集卡、安装有视觉处理软件的PC电脑、，该固定视觉检测单元包括有第一光源和第一工业相机，随动视觉采集单元包括有第二补光灯和第二数码相机。通过本设置，可以实时检测装配过程，保障装配质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明小型断路器自动装配单元结构图；

图2为本发明小型断路器自动装配单元立体效果图；

图3为本发明神经网络PID流程图；

图4为本发明机器视觉采集和处理系统；

图5为本发明软件平台结构图；

图6为本发明输运架体与进口端进料接驳单元的配合示意图；

图7为本发明输运架体与载具等距位移驱动单元的配合示意图；

图8为本发明输运架体与出口端下料接驳单元的配合示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

如图1至图5所示，为本发明实施例中，如图1所示，本发明所研发的小型断路器自动装配单元。

其中，机器人控制器专用于规划机器人的运动轨迹；PLC用于控制全各个机械部件的动作顺序和参数；核心计算机运行人机交互软件，根据用户设置参数，修改PLC、机器人控制器和机器视觉系统的工作模式和参数，同时还具有和外界通信协作的功能。

本实施例图2中小型断路器的底座和盖子配对地放置在载具上，每个载具运载2套。载具由板链机构传送，在板链上安装有光电传感器，以检测载具是否通过，并对通过个数进行计数。物料有另一个传送机构供料（未在效果图中），根据物料的不同需要选取不同的机构。设备配备有两套视觉采集设备，其中一套固定安装，用于检测装配是否完成；另一套安装在机器人手臂上，跟随机器人运动，用于工件定位和测量。根据工序的不同，可按照需求选择视觉采集设备。

本发明的装配装置可完成的任务包括：1）抓取底座和盖子，放置到载具；2）在底座上安装热系统部件、磁系统部件、双金属片调节螺丝、联动机构轴、灭弧室；3）完成盒盖；

如图2 、图6-图8，本发明的装配装置还包括有机架1、物料输运机构2、以及工业机器人3，工业机器人3设置于物料输运机构2的边侧，并用于对位于物料输运机构2上待装配零件实施装配动作；所述的物料输运机构2包括有输运架体21、多个载具22、进口端进料接驳单元23、载具等距位移驱动单元24，所述的输运架体21上设置有沿第一高度方向延伸的进口端导轨框211以及接邻于进口端导轨框211的后端且沿第二高度方向延伸的主行走导轨框212，所述的载具22与进口端导轨框211以及主行走导轨框212均滑移导向配合，第一高度低于第二高度设置；所述的每个载具22的同一侧边均固定设置有侧支板221；所述的进口端进料接驳单元23设置于输运架体21内相对于进口端导轨框211的下方，该进口端进料接驳单元23上设置有第一支座231、升降滑移设置于第一支座231上的第一抬升架232以及用于驱动第一抬升架232升降的第一升降气缸233，所述的第一抬升架232的上端与位于进口端导轨框211上的载具22的下端面支撑配合；

本发明使用的是SCARA或六轴机器人。速度较快，精度最高，特别适合小型元件组装。

所述的载具等距位移驱动单元24设置于输运架体21内相对于主行走导轨框212的下方，载具等距位移驱动单元24包括有第二支座241、水平滑移设置于第二支座241上的水平滑移架242、用于驱动水平滑移架242水平滑移的水平滑移气缸243、升降滑移设置于水平滑移架242上的叉臂板244、以及用于驱动叉臂板244升降滑移的第二升降气缸245，所述的叉臂板244的上端依次设置有第一定位插套2441、第二定位插套2442以及定距插板2443，所述的第一定位插套2441和第二定位插套2442上设置有与每个载具22的侧支板221的下端部插接套配的定位凹槽2444，第一定位插套2441和第二定位插套2442之间的间距等于每个载具22的长度与第二定位插套2442至定距插板2443之间的间距相加。

此外本实施例还包括有出口端下料接驳单元4，所述的出口端下料接驳单元4位于主行走导轨框212的外端间邻下方，该出口端下料接驳单元4包括有邻接设置于主行走导轨框212下料端外侧的下料端板链传送带41、以及位于下料端板链传送带41两侧的一对下料接驳载具升降单元42，下料端板链传送带41的物料输送面的高度低于所述的第二高度，下料接驳载具升降单元42包括有第三支座421、升降滑移设置于第三支座421上的承托板422以及用于驱动承托板422升降的第三升降气缸423，每个下料接驳载具升降单元42的承托板422的上方与位于下料端板链传送带41上方的载具22的边侧承托支撑配合。

此外本实施例所述的进口端导轨框211的进料端的外侧输料连接设置有用于载具22传输到进口端导轨框211上的进料端板链传送带5，第一抬升架232的上端转动且等高设置有多个滚轮234，该多个滚轮234的上端与位于进口端导轨框211上的载具22的下端面滚动支撑配合。

此外本实施例所述的主行走导轨框212的框内壁上设置有用于检测载具22通过状态和位置的光电传感器。

此外本实施例还包括有视觉采集机构，视觉采集机构包括有设置于机架1上相对于物料输运机构2的边侧的固定视觉检测单元25、设置于工业机器人3的手臂上的随动视觉采集单元、以及图像采集卡、安装有视觉处理软件的PC电脑、，该固定视觉检测单元包括有第一光源251和第一工业相机252，随动视觉采集单元包括有第二光源253和第二工业相机254。

如图3所示，本发明所提出的改进PID流程图，PID控制的优点在于算法简单、稳健性好、可靠性高，因此在工业中大量应用。本发明通过结合DNN和PID控制，实现机器人更为敏捷、平滑的控制。

如图4所示，本发明机器视觉采集和处理系统，通过大量采集工件的实际图形样本，建立工件种类、缺陷产品的样本库。然后通过模式识别和机器学习的方法区分工件的类型是否正确、是否存在缺陷等。

如图5所示，软件平台的程序分为四个模块，分别工作在不同的硬件上：UI程序、PLC程序、机器人程序和机器视觉程序。

1)UI程序工作在核心计算机上，实现与用户的交互和参数的设定，用户切换工作模式时，UI程序从预存的参数库中调取相应参数，并设定到执行机构的控制器上。此外UI程序接入生产线的局域网，与其设备通信，实现协同工作。

2)PLC程序运行在PLC上，负责单元的整体运行调度控制，与UI程序通过串口和Modbus协议、或以太网和TCP/IP协议通信。UI程序可设定PLC程序的工作模式和参数，而PLC程序上传设备整体的运行和故障状态。

3)机器人程序运行在机器人控制器上，负责机器人的运动控制，通过以太网和TCP/IP协议与UI程序通信。UI程序可设定机器人程序的工作模式和参数，而机器人程序上传机器人的运行和故障状态。

4)机器视觉程序运行在机器视觉用计算机上，负责图像处理识别由工业相机采集到的图像数据，通过以太网和TCP/IP协议与UI程序通信，实现机械动作和视觉识别的节拍同步，并反馈识别处理结果。UI程序可设定机器视觉程序的工作模式和参数。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

实施本发明具有以下技术效果：

（1）柔性化装配单元设计

本发明通过物料输运机构和工业机器人，可以完成小型断路不同部件的多种装配动作，或者通过设置多个本发明的装配装置实现整个小型断路器从零件到成品的装配，因此，具有柔性化（即装配的通用性）特性。

（2）小型断路器零部件自动装配技术

本发明运用机器人、机器视觉、光电传感、数字化控制等技术，开发小型断路器多个规格零件的自动装配和检测技术。采用工业机器人夹取、搬运、安装零部件；使用机器视觉技术实现零部件的精确定位和安装结果的检测；结合各类机械传动、光电传感和数字化控制技术，实现工作单元的整体运行。

（3）工业机器人精确控制技术

本项目针对小型断路器零部件尺寸小、形状不规则、工差较大、装配精度要求高等技术难题，开展对人工智能与自动化控制融合理论的研究，改进传统的机器人PID控制算法，基于深度学习理论建立PID自适应控制模型，实现机器人敏捷运动和精确定位。

（4）机器视觉伺服和检测技术

本发明针对小型断路器装配中零部件的定位、测量、检验等问题展开技术攻关，设计工业视觉成像方案，采集零部件的数字图像，融合SIFT特征提取、Hough变换、小波分析、支持向量机、卷积神经网络等图像处理和模式识别算法，实现图像的精准匹配、识别和判断。从而引导工业机器人的精准定位，并检测产品的装配质量。

（5）通用软件平台

本发明集成了PLC操作、机器人控制、机器视觉设定、数据通信等功能的自动装配单元通用软件平台，将所有相关功能整合在一台控制电脑上，实现模式快速切换、远程状态监测、多机协同工作，使该单元可以无缝接入生产线。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种用于小型断路器的零件组装的装配装置，其特征在于包括有

机架、

物料输运机构、以及

工业机器人，设置于物料输运机构的边侧，用于对位于物料输运机构上待装配零件实施装配动作；

所述的物料输运机构包括有输运架体、多个载具、进口端进料接驳单元、载具等距位移驱动单元，所述的输运架体上设置有沿第一高度方向延伸的进口端导轨框以及接邻于进口端导轨框的后端且沿第二高度方向延伸的主行走导轨框，所述的载具与进口端导轨框以及主行走导轨框均滑移导向配合，第一高度低于第二高度设置；

所述的每个载具的同一侧边均固定设置有侧支板；

所述的进口端进料接驳单元设置于输运架体内相对于进口端导轨框的下方，该进口端进料接驳单元上设置有第一支座、升降滑移设置于第一支座上的第一抬升架以及用于驱动第一抬升架升降的第一升降气缸，所述的第一抬升架的上端与位于进口端导轨框上的载具的下端面支撑配合；

所述的载具等距位移驱动单元设置于输运架体内相对于主行走导轨框的下方，载具等距位移驱动单元包括有第二支座、水平滑移设置于第二支座上的水平滑移架、用于驱动水平滑移架水平滑移的水平滑移气缸、升降滑移设置于水平滑移架上的叉臂板、以及用于驱动叉臂板升降滑移的第二升降气缸，所述的叉臂板的上端依次设置有第一定位插套、第二定位插套以及定距插板，所述的第一定位插套和第二定位插套上设置有与每个载具的侧支板的下端部插接套配的定位凹槽，第一定位插套和第二定位插套之间的间距等于每个载具的长度与第二定位插套至定距插板之间的间距相加。

2.根据权利要求1所述的一种用于小型断路器的零件组装的装配装置，其特征在于：还包括有出口端下料接驳单元，所述的出口端下料接驳单元位于主行走导轨框的外端间邻下方，该出口端下料接驳单元包括有邻接设置于主行走导轨框下料端外侧的下料端板链传送带、以及位于下料端板链传送带两侧的一对下料接驳载具升降单元，下料端板链传送带的物料输送面的高度低于所述的第二高度，下料接驳载具升降单元包括有第三支座、升降滑移设置于第三支座上的承托板以及用于驱动承托板升降的第三升降气缸，每个下料接驳载具升降单元的承托板的上方与位于下料端板链传送带上方的载具的边侧承托支撑配合。

3.根据权利要求1所述的一种用于小型断路器的零件组装的装配装置，其特征在于：所述的进口端导轨框的进料端的外侧输料连接设置有用于载具传输到进口端导轨框上的进料端板链传送带，第一抬升架的上端转动且等高设置有多个滚轮，该多个滚轮的上端与位于进口端导轨框上的载具的下端面滚动支撑配合。

4.根据权利要求1所述的一种用于小型断路器的零件组装的装配装置，其特征在于：所述的主行走导轨框的框内壁上设置有用于检测载具通过状态和位置的光电传感器。

5.根据权利要求1所述的一种用于小型断路器的零件组装的装配装置，其特征在于：还包括有视觉采集机构，视觉采集机构包括有设置于机架上相对于物料输运机构的边侧的固定视觉检测单元、设置于工业机器人的手臂上的随动视觉采集单元、以及图像采集卡、安装有视觉处理软件的PC电脑、，该固定视觉检测单元包括有第一光源和第一工业相机，随动视觉采集单元包括有第二补光灯和第二数码相机。