CN107979249B - 一种磁钢自动装配装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自动机械技术领域，具体而言，涉及一种磁钢自动装配装置。该装置包括装配架（1）、设置在装配架上的可升降旋转台（2）、磁钢夹具（3）以及视觉定位模块（4）；所述装配架(1)包括支撑板、用于支持磁钢夹具(3)做水平及垂直运动的Y、Z轴运动导轨；所述可升降旋转台(2)设置在支撑板中央位置，其包括控制高度的顶升气缸、用于旋转定位的旋转平台、放置并固定电机定子的圆盘；所述可升降旋转台上方的磁钢夹具(3),其包括用于推进磁钢夹具的推进气缸、用于推进磁钢的刀型推杆、用于调整曲形夹板角度的传动齿轮组以及蝶型推杆机构、用于夹取磁钢的曲形夹板；所述视觉定位模块(4)用于识别磁钢安装孔的位置及深度信息，以实现磁钢的自动化装配；本发明可实现磁钢的自动化装配，在提高磁钢装配效率的同时节约了生产成本。

Description

一种磁钢自动装配装置
技术领域
本发明涉及自动机械化领域，具体涉及一种电机磁钢的自动装配装置。
背景技术
磁钢是电机产品的一个重要零部件，每台电机的电机定子通常都设有多个磁钢安装槽，磁钢安装的好坏与否，将影响到电机的性能和使用寿命。
目前，磁钢装配一般采用人工方式进行，即采用人工操作的方式将磁钢插入组装模具内，上述以人工操作为主的生产方式存在装配效率低、成本高、产品一致差等问题；为保证产品质量、有效控制成本，亟需一种能代替人工操作的磁钢自动化装配装置，以提高生产效率。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种磁钢自动装配装置，能够以自动化方式完成磁钢的自动装配任务，在提高了安装效率和安全性的同时，节约成本。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是 ：
一种磁钢自动装配装置，包括装配架（1），装配架上设有支撑板（1-1），其中，磁钢自动装配装置还包括：可升降旋转台（2），位于支撑板（1-1）中央用于升降电机定子（5）；磁钢夹具（3），位于可升降旋转台（2）上方，可沿水平及垂直方向移动，并将磁钢放入电机定子（5）内；视觉定位模块（4），位于磁钢夹具底座（1-4-7）上，负责识别定位电机定子（5）的磁钢安装孔(5-1)的位置。
装配架（1）包括支撑板（1-1）、双T型支撑架（1-2）、Z轴移动装置（1-3）、Y轴移动装置（1-4）；支撑板（1-1）设有电机安装孔（1-1-1）、导轨安装孔（1-1-2）；双T型支撑架（1-2）通过螺孔固定在支撑板（1-1）上，并设有Z轴导轨固定孔（1-2-1）；Y轴移动装置（1-4）通过导轨固定块（1-4-4）固定在Z轴固定导轨（1-3-1）上。
Z轴移动装置（1-3）包括Z轴固定导轨（1-3-1）、蜗杆（1-3-2）、Z轴驱动电机（1-3-3）；Z轴固定导轨（1-3-1）通过Z轴导轨固定孔（1-2-1）及导轨安装孔（1-1-2）固定在支撑板（1-1）上；Z轴驱动电机（1-3-3）驱动蜗杆（1-3-2）转动，调节Y轴移动装置（1-4）的高度。
Y轴移动装置（1-4）包括Y轴驱动电机（1-4-1）、Y轴传送带（1-4-2）、Y轴导轨（1-4-3）、导轨固定块（1-4-4）、直线轴承（1-4-5）、螺纹孔（1-4-6）、磁钢夹具底座(1-4-7)、水平移动块（1-4-8），滑动齿轮（1-4-9）；Y轴驱动电机（1-4-1）通过螺丝固定在导轨固定块（1-4-4）上，并通过齿轮啮合驱动Y轴传送带（1-4-2）沿Y轴导轨（1-4-3）传动；水平移动块（1-4-8）套接在Y轴导轨（1-4-3）上，并设有滑动齿轮（1-4-9），该滑动齿轮（1-4-9）与Y轴传送带（1-4-2）相啮合，实现磁钢夹具（3）的水平移动；导轨固定块（1-4-4）上设有直线轴承（1-4-5）与Z轴固定导轨（1-3-1）套连在一起；导轨固定块（1-4-4）上设有螺纹孔（1-4-6）与蜗杆（1-3-2）啮合，用于调节Y轴移动装置（1-4）的高度。
可升降旋转台（2）设有转动台底座（2-1）、旋转平台（2-2）、圆盘（2-3）、顶升气缸（2-4）；顶升气缸（2-4）位于转动台底座（2-1）上，通过螺丝与旋转平台（2-2）固定，用于调节旋转平台（2-2）的高度；旋转平台（2-2）上设有旋转平台固定板（2-2-1）、旋转驱动电机（2-2-2）、旋转驱动轴（2-2-3）、旋转台传动带（2-2-4）、轴承（2-2-5）、凹洞（2-2-6）；旋转驱动轴（2-2-3）设有螺纹，与旋转台传动带（2-2-4）啮合;轴承（2-2-5）嵌在旋转平台固定板（2-2-1）的凹洞（2-2-6）内，并与旋转驱动轴（2-2-3）下部套连在一起；旋转驱动电机（2-2-2）通过齿轮及旋转台传动带（2-2-4）带动旋转驱动轴（2-2-3）转动；旋转驱动轴（2-2-3）末端设有半月型缺口，与圆盘（2-3）的中心固定孔（2-3-1）相契合。
磁钢夹具（3）包括夹具推进气缸（3-1）、蝶型推杆机构（3-2）、传动齿轮组（3-3）、曲形夹板（3-4）、 旋转夹具安装柱（3-5）；蝶型推杆机构（3-2）设有滑槽推杆（3-2-1）、刀型推杆（3-2-2）、L型固定板（3-2-3）、推杆中轴（3-2-4）,夹具推进气缸（3-1）与刀型推杆（3-2-2）相连，能够驱动刀型推杆（3-2-2）作径向运动；两根滑槽推杆（3-2-1）通过推杆中轴（3-2-4）交叉叠放在刀型推杆（3-2-2）上，滑槽推杆（3-2-1）末端与传动齿轮组（3-3）连接，在夹具推进气缸（3-1）的推动下，能够实现曲形夹板（3-4）的张开和闭合功能，从而实现抓取动作；L型固定板（3-2-3）通过螺丝与刀型推杆（3-2-2）固定，防止滑槽推杆（3-2-1）在工作过程中脱落；刀型推杆（3-2-2）在夹具推进气缸（3-1）的推动下作径向运动，可将磁钢推送到指定位置；旋转夹具安装柱（3-5）包括旋转夹具安装孔（3-5-1）、固定契合孔（3-5-2）；旋转夹具安装孔（3-5-1）与旋转电机(1-5)相契合，可实现磁钢夹具（3）的旋转功能。
视觉定位模块（4）固定在磁钢夹具底座(1-4-7)上，通过双目摄像头采集图像信息，采用模板匹配算法识别出磁钢安装孔(5-1)的位置信息，并以该位置信息为特征点，运用双目测距算法完成自动测距功能，驱动磁钢夹具（3）实现磁钢的自动装配。
附图说明
图1为磁钢自动装配装置的整体结构示意图 。
图2至图3为磁钢自动装配装置中装配架结构示意图。
图4为图3装配架中Y轴移动装置结构示意图。
图5为磁钢自动装配装置中可升降旋转台结构示意图 。
图6为磁钢自动装配装置中可升降旋转台结构细节图。
图7为磁钢自动装配装置中磁钢夹具结构示意图 。
图8为磁钢自动装配装置中磁钢夹具结构细节图 。
图9为图8中蝶型推杆机构结构示意图 。
图10为磁钢夹具与旋转电机的连接示意图。
（1）装配架，（2）可升降旋转台，（3）磁钢夹具，（4）视觉定位模块，（5）电机定子，（1-1）支撑板，（1-2）双T型支撑架，（1-3）Z轴移动装置，（1-4）Y轴移动装置，（1-5）旋转电机，（1-1-1）电机安装孔，（1-1-2）导轨安装孔，（1-2-1）Z轴导轨固定孔，（1-3-1）Z轴固定导轨，（1-3-2）蜗杆，（1-3-3）Z轴驱动电机，（1-4-1）Y轴驱动电机，（1-4-2）Y轴传送带，（1-4-3）Y轴导轨，（1-4-4）导轨固定块，（1-4-5）直线轴承，（1-4-6）螺纹孔，(1-4-7) 磁钢夹具底座，（1-4-8）水平移动块，（1-4-9）滑动齿轮，（2-1）转动台底座，（2-2）旋转平台，（2-3）圆盘，（2-4）顶升气缸，（2-2-1）旋转平台固定板，（2-2-2）旋转驱动电机，（2-2-3）旋转驱动轴，（2-2-4）旋转台传动带，（2-2-5）轴承，（2-2-6）凹洞，（2-3-1）中心固定孔，（3-1）夹具推进气缸，（3-2）蝶型推杆机构，（3-3）传动齿轮组，（3-4）曲形夹板，（3-5）旋转夹具安装柱，（3-2-1）滑槽推杆，（3-2-2）刀型推杆，（3-2-3）L型固定板，（3-2-4）推杆中轴，（3-5-1）旋转夹具安装孔，（3-5-2）固定契合孔，（5-1）磁钢安装孔。
具体实施方案
下面结合附图说明对本发明做进一步详细说明 。
如图1至图10所示，磁钢自动装配装置包括装配架（1），所述装配架（1）上设有支撑板（1-1），且磁钢自动装配装置还包括：可升降旋转台（2），位于支撑板（1-1）中央，用于升降电机定子（5）；磁钢夹具（3），位于可升降旋转台（2）上方，可沿水平及垂直方向移动，并将磁钢放入电机定子（5）内；视觉定位模块（4），位于磁钢夹具底座(1-4-7)上，负责识别定位电机定子（5）上的磁钢安装孔（5-1）位置；装配架（1），其包括与所述磁钢夹具(3)同时工作的Y轴移动装置(1-4)和Z轴移动装置(1-3)；所述Z轴移动装置(1-3)用于调节磁钢夹具（3）垂直高度；所述Y轴移动装置（1-4）用于调节磁钢夹具（3）水平位置；可旋转升降台（2），其包括与磁钢夹具（3）配合工作的顶升气缸（2-4）和旋转平台（2-2）；所述顶升气缸（2-4）位于所述旋转平台（2-2）下方，用于调节旋转平台（2-2）的高度；所述旋转平台（2-2）用于将电机定子（5）旋转合适的角度并配合磁钢夹具（3）将磁钢放入电机定子（5）内；磁钢夹具（3）和视觉定位模块（4）均位于所述可旋转升降台（2）上方；所述磁钢夹具（3）通过视觉定位模块（4）定位电机定子的磁钢安装孔（5-1）位置；本发明针对电机磁钢的自动装配装置，该磁钢自动装配装置采用视觉定位模块（4）实时识别电机定子（5）磁钢安装孔（5-1）的位置，通过可升降旋转台（2）将电机定子（5）上升旋转到合适位置，并控制磁钢夹具（3）完成磁钢的夹取、旋转任务，实现磁钢装配过程的自动化，整个过程无需人工操作，既提升了生产效率，又节约了人力成本。
如图2至图3所示，装配架（1）包括支撑板（1-1）、双T型支撑架（1-2）、Z轴移动装置（1-3）、Y轴移动装置（1-4）。Y轴移动装置（1-4）通过Y轴驱动电机（1-4-1）驱动齿轮转动，并依靠齿轮啮合Y轴传送带（1-4-2）运动，Y轴传送带（1-4-2）与安装在水平滑动块（1-4-8）内的滑动齿轮（1-4-9）啮合，带动水平滑动块（1-4-8）沿Y轴导轨（1-4-3）运动，从而实现磁钢夹具（3）在水平方向上的位置移动；Z轴移动装置（1-3）由Z轴固定导轨（1-3-1）、蜗杆（1-3-2）、Z轴驱动电机（1-3-3）组成，主要用于实现Y轴移动装置（1-4）在垂直方向上的位置移动；其中，Z轴固定导轨（1-3-1）通过导轨安装孔（1-1-2）、Z轴导轨固定孔（1-2-1）固定在双T型支撑架（1-2）及支撑板（1-1）上；一方面，导轨固定块（1-4-4）设有安装孔，通过直线轴承（1-4-5）套接在Z轴固定导轨（1-3-1）上；另一方面，导轨固定块（1-4-4）通过螺纹孔(1-4-6)与蜗杆（1-3-2）啮合，蜗杆末端与Z轴驱动电机（1-3-3）固定连接，通过驱动蜗杆（1-3-2）转动，使Y轴移动装置（1-4）能够沿Z轴固定导轨（1-3-1）移动。
如图5至图6所示，可升降旋转台（2）位于支撑板（1-1）正中心位置，其特征在于顶升气缸（2-４）位于转动台底座（2-1）上，通过螺丝与旋转平台（2-2）固定能够实现旋转平台（2-2）的升降功能；圆盘（2-3）的旋转定位功能是通过旋转驱动轴（2-2-3）旋转带动实现的，旋转驱动轴（2-2-3）设有螺纹，与旋转台传动带（2-2-4）啮合，轴承（2-2-5）嵌在旋转平台固定板（2-2-1）的凹洞（2-2-6）内，并与旋转驱动轴（2-2-3）下部套连在一起，便于旋转驱动轴（2-2-3）的转动，旋转驱动电机（2-2-2）通过齿轮及旋转台传动带（2-2-4）带动旋转驱动轴（2-2-3）转动，旋转驱动轴（2-2-3）末端设有半月型缺口，与圆盘（2-3）的中心固定孔（2-3-1）相契合，实现圆盘（2-3）旋转功能；通过调整圆盘（2-3）的旋转角度，可辅助磁钢夹具（3）完成磁钢的装填任务，装填完毕后圆盘（2-3）继续旋转，开始下一次的磁钢安装，重复上述步骤，直至装满整个电机定子（5）。
如图7至图9所示，磁钢夹具（3）位于磁钢夹具底座(1-4-7)下方，其特征在于旋转电机(1-5)与磁钢夹具（3）尾部的旋转夹具安装孔（3-5-1）相契合，旋转夹具安装柱（3-5）上设有固定契合孔（3-5-2），将螺丝穿过固定契合孔（3-5-2）使其与夹具旋转电机（1-5）固定，当旋转电机(1-5)转动时，能够驱动磁钢夹具（3）实现旋转功能；夹具推进气缸（3-1）前端通过螺丝与刀型推杆（3-2-2）相连，用于推进刀型推杆（3-2-2）；两根滑槽推杆（3-2-1）通过推杆中轴（3-2-4）交叉叠放在刀型推杆（3-2-2）上，其前端通过螺丝与传动齿轮组（3-3）固定连接，曲形夹板（3-4）通过螺丝与传动齿轮组（3-3）的另一端相连，用于夹取磁钢，使得夹具推进气缸（3-1）能够推动传动齿轮组（3-3）转动，进而实现曲形夹板（3-4)的夹取功能；L型固定板（3-2-3）通过螺丝与刀型推杆（3-2-2）固定，防止滑槽推杆（3-2-1）在工作过程中脱落；因此，在推进气缸（3-1）的推动下，经由滑槽推杆（3-2-1）、传动齿轮组（3-3）的传动，实现磁钢夹具（3）的磁钢夹取功能。
视觉定位模块（4）由双目摄像头及控制板组成，主要负责采集图像信息，采用图像识别算法完成自动测距功能，并自动识别磁钢安装孔(5-1)的位置及深度信息。其识别流程，包括以下步骤：
(a) 打开视觉定位模块中的双目摄像头，左右摄像头各拍一张照，记为左图、右图，并采用模板匹配算法识别出磁钢安装孔(5-1)的位置信息，具体做法是：将含有磁钢安装孔（5-1）图像信息的照片设为搜索模板B( m×n 个像素)，将视觉定位模块拍摄到的电机定子（5）平面图设为搜索图D( W×H 个像素)；将已知搜索模板B叠放在被搜索图D上平移，模板B覆盖被搜索图D的那块区域叫子图
Figure SMS_1
。i，j为子图左上角在被搜索图D上的坐标。搜索范围是： 1≤ i ≤ W–m
1≤ j ≤ H–n
通过比较搜索模板B 和子图
Figure SMS_2
的相似性，即可完成模板匹配过程，即采用公式(1)来衡量模板B和子图/>
Figure SMS_3
的匹配程度，
Figure SMS_6
（1）
由上式(1)可知 ，中间第二项是一个常数，只跟模板有关系，而第一项和第三项是和原图有关的，随着模板在原图上的移动，这两个值也在发生变化。当T(i,j)的值最小时，说明找到了磁钢安装孔的位置；
(b)在识别出磁钢安装孔(5-1)的位置信息后，以该位置信息为特征点，采用双目测距算法计算出磁钢夹具(3)与磁钢安装孔(5-1)的距离，其主要算法流程如下：先对双目摄像头进行标定，得到每个摄像头的内部参数数据（焦距、成像原点、畸变系数）以及双目摄像头的相对位置关系（旋转矩阵和平移向量），并对左右视图进行消除畸变和行对准，使得左右视图的成像原点坐标一致；接着把同一场景在左右视图上对应的特征点匹配起来，得到视差图，进而得到视差数据，通过公式（2）和公式（3）：
Figure SMS_7
（2）
Figure SMS_8
（3）
可计算出：
Figure SMS_9
其中JL为特征点在两个相机感光器上的成像点P和 P’的距离；
Figure SMS_10
与/>
Figure SMS_12
表示识别到的磁钢安装孔(5-1)中心点在左图及右图上的位置坐标；/>
Figure SMS_13
为视差；C为两相机的中心距；f为相机焦距；H为想要求的深度信息，即磁钢夹具(3)与磁钢安装孔(5-1)的距离；
(c)将计算得到的距离及位置信息反馈给控制器，用于控制磁钢夹具（3）实现磁钢的自动装配。

Claims (6)

1.一种磁钢自动装配装置，包括装配架（1），所述装配架（1）上设有支撑板（1-1），其特征在于，磁钢自动装配装置还包括：
可升降旋转台（2），位于所述支撑板（1-1）中央，用于升降电机定子（5）；
磁钢夹具（3），位于所述可升降旋转台（2）上方，可沿水平及垂直方向移动，并将磁钢放入电机定子（5）内；
视觉定位模块（4），位于磁钢夹具底座（1-4-7）上，负责识别定位电机定子（5）的磁钢安装孔(5-1)的位置；
所述磁钢夹具（3）包括夹具推进气缸（3-1）、蝶型推杆机构（3-2）、传动齿轮组（3-3）、曲形夹板（3-4）、 旋转夹具安装柱（3-5）；所述蝶型推杆机构（3-2）设有滑槽推杆（3-2-1）、刀型推杆（3-2-2）、L型固定板（3-2-3）、推杆中轴（3-2-4）,所述夹具推进气缸（3-1）与刀型推杆（3-2-2）相连，能够驱动刀型推杆（3-2-2）作径向运动；所述滑槽推杆（3-2-1）通过推杆中轴（3-2-4）交叉叠放在刀型推杆（3-2-2）上，滑槽推杆（3-2-1）末端与传动齿轮组（3-3）连接，在夹具推进气缸（3-1）的推动下，能够实现曲形夹板（3-4）的张开和闭合功能，从而实现抓取动作；所述L型固定板（3-2-3）通过螺丝与刀型推杆（3-2-2）固定，防止滑槽推杆（3-2-1）在工作过程中脱落；所述刀型推杆（3-2-2）在夹具推进气缸（3-1）的推动下作径向运动，可将磁钢推送到指定位置；所述旋转夹具安装柱（3-5）包括旋转夹具安装孔（3-5-1）、固定契合孔（3-5-2）；旋转夹具安装孔（3-5-1）与旋转电机(1-5)相契合，可实现磁钢夹具（3）的旋转功能。
2.根据权利要求1所述的一种磁钢自动装配装置，其特征在于，所述装配架（1）包括支撑板（1-1）、双T型支撑架（1-2）、Z轴移动装置（1-3）、Y轴移动装置（1-4）；所述支撑板（1-1）设有电机安装孔（1-1-1）、导轨安装孔（1-1-2）；所述双T型支撑架（1-2）通过螺孔固定在支撑板（1-1）上，并设有Z轴导轨固定孔（1-2-1）；所述Y轴移动装置（1-4）通过导轨固定块（1-4-4）固定在Z轴固定导轨（1-3-1）上。
3.根据权利要求2所述的一种磁钢自动装配装置，其特征在于，所述Z轴移动装置（1-3）包括Z轴固定导轨（1-3-1）、蜗杆（1-3-2）、Z轴驱动电机（1-3-3）；所述Z轴固定导轨（1-3-1）通过Z轴导轨固定孔（1-2-1）及导轨安装孔（1-1-2）固定在支撑板（1-1）上；所述Z轴驱动电机（1-3-3）驱动蜗杆（1-3-2）转动，调节Y轴移动装置（1-4）的高度。
4.根据权利要求2所述的一种磁钢自动装配装置，其特征在于，所述Y轴移动装置（1-4）包括Y轴驱动电机（1-4-1）、Y轴传送带（1-4-2）、Y轴导轨（1-4-3）、导轨固定块（1-4-4）、直线轴承（1-4-5）、螺纹孔（1-4-6）、磁钢夹具底座(1-4-7)、水平移动块（1-4-8），滑动齿轮（1-4-9）；所述Y轴驱动电机（1-4-1）通过螺丝固定在导轨固定块（1-4-4）上，并通过齿轮啮合驱动Y轴传送带（1-4-2）沿Y轴导轨（1-4-3）传动；所述水平移动块（1-4-8）套接在Y轴导轨（1-4-3）上，并设有滑动齿轮（1-4-9），该滑动齿轮（1-4-9）与Y轴传送带（1-4-2）相啮合，实现磁钢夹具（3）的水平移动；所述导轨固定块（1-4-4）上设有直线轴承（1-4-5）与Z轴固定导轨（1-3-1）套连在一起；所述导轨固定块（1-4-4）上设有螺纹孔（1-4-6）与蜗杆（1-3-2）啮合，用于调节Y轴移动装置（1-4）的高度。
5.根据权利要求1所述的一种磁钢自动装配装置，其特征在于，所述可升降旋转台（2）设有转动台底座（2-1）、旋转平台（2-2）、圆盘（2-3）、顶升气缸（2-4）；所述顶升气缸（2-4）位于转动台底座（2-1）上，通过螺丝与旋转平台（2-2）固定，用于调节旋转平台（2-2）的高度；所述旋转平台（2-2）上设有旋转平台固定板（2-2-1）、旋转驱动电机（2-2-2）、旋转驱动轴（2-2-3）、旋转台传动带（2-2-4）、轴承（2-2-5）、凹洞（2-2-6）；所述旋转驱动轴（2-2-3）设有螺纹，与旋转台传动带（2-2-4）啮合;所述轴承（2-2-5）嵌在旋转平台固定板（2-2-1）的凹洞（2-2-6）内，并与旋转驱动轴（2-2-3）下部套连在一起；所述旋转驱动电机（2-2-2）通过齿轮及旋转台传动带（2-2-4）带动旋转驱动轴（2-2-3）转动；所述旋转驱动轴（2-2-3）末端设有半月型缺口，与圆盘（2-3）的中心固定孔（2-3-1）相契合。
6.根据权利要求1所述的一种磁钢自动装配装置，其特征在于，所述视觉定位模块（4）固定在磁钢夹具底座(1-4-7)上，通过双目摄像头采集图像信息，采用模板匹配算法识别出磁钢安装孔(5-1)的位置信息，并以该位置信息为特征点，运用双目测距算法完成自动测距功能，驱动磁钢夹具（3）实现磁钢的自动装配。
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