CN108801069A - 一种火工品自动化装配系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火工品自动化装配系统，属于自动化装配技术领域。其包括装配机器人单元、机器人末端执行器快换装置单元、灌胶快换装置单元、小型装配台单元、三坐标装配机构以及检测设备。本发明系统可以实现自动化生产，能够提高安全系数，保障操作者与装配现场隔离，并提高装配精度与效率。

Description

一种火工品自动化装配系统

技术领域

本发明涉及自动化装配技术领域，具体涉及一种火工品装配工艺的自动化装配系统。

背景技术

火工品主要由壳体、药块、胶液、螺钉和端盖组成，通过工具将药块、胶液危险性物品按照工艺流程依次装入到壳体中，完成火工品的装配。现有的装配生产线由人工通过专有工具将药块装入到壳体内部，然后再完成灌胶、旋拧螺钉和安装端盖装配工艺流程后，再由人工取走装配好的火工品。现有的火工品装配线存在的问题有：

1.操作者安全难以得到保障。由于药块在装配的过程中有爆炸的可能，操作者现场手动完成药块的装填、胶液的灌装和取走成品的过程中，操作人员与火工品的隔离距离保障不足，并且操作者可能出现误操作，因此该生产线存在着不容忽视的安全隐患，对操作者的生命安全和生产线的保护都造成了威胁。

2.装配精度难以得到保证。由于壳体和药块的装填、螺钉的连接主要采用手动安装调整实现，其中人为因素及外界因素引起的定位误差较大，严重影响了装配质量。

3.装配效率难以得到保证。由于在装药阶段，操作者需要反复放置好壳体与药块之间的位置，再进行灌胶、旋拧螺钉和安装端盖装配工艺流程，待装配完成后再由人工取走成品，装配单个火工品的时间较长，劳动强度大，导致装配效率低。

以上问题的存在，不利于火工品装配生产线提高自动化水平和生产效率、保证安全、装配质量和降低生产成本。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种火工品自动化装配系统，该系统可以实现自动化生产，从而提高安全系数，保障操作者与装配现场隔离，并提高装配精度与效率。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是：

一种火工品自动化装配系统，其包括：装配机器人单元、机器人末端执行器快换装置单元、灌胶快换装置单元、小型装配台单元、三坐标装配机构以及检测设备；

所述装配机器人单元包括用于抓取火工品零件的装配机器人，装配机器人安装在用于与火工品装配区隔离的防护栏的中央位置，装配机器人的末端处还设有视觉相机；

所述灌胶快换装置单元分布于防护栏内部的两侧，包括用于放置胶液快换装置的灌胶工作头放置台，以及用于放置灌胶工作头的第二卡爪；所述灌胶工作头用于在装配过程中向有需要的火工品壳体内部灌注胶液，灌注时，由装配机器人抓取灌胶工作头，并将灌胶工作头安装到小型装配台单元中的自动灌胶机构的末端处，实现对火工品的胶液灌装；

所述小型装配台单元位于防护栏附近位置处，所述小型装配台单元包括用于待装配零件临时定位放置的物料转接台，所述物料转接台上安装有第一气动三爪卡盘，所述第一气动三爪卡盘用来夹紧并定位由装配机器人抓取的零件；所述物料转接台的附近还安装有视觉检测相机；

所述小型装配台单元的中间位置还设有用于火工品装配的装配工作台，所述装配工作台上安装有定位夹紧机构，所述定位夹紧机构包括具备自动定心能力的第二气动三爪卡盘，所述第二气动三爪卡盘的下方安装有用于吸取和固定火工品底盖的吸盘，所述吸盘安装在用于驱动待装配火工品整体回转分度的回转分度机构上，所述回转分度机构连接有作为驱动设备的旋转电机；

所述装配工作台的旁边设置有竖直深孔，所述竖直深孔下方安装有用于旋拧火工品底部装配面连接螺钉的竖直拧螺钉机构，所述竖直拧螺钉机构通过地脚螺栓固定在地面上；所述吸盘执行器设于所述竖直深孔的旁边，所述吸盘执行器通过接近开关判断是否被准确取下；

所述三坐标装配机构位于所述小型装配台单元的正上方，所述三坐标装配机构包括桁架，所述桁架通过地脚螺栓固定在地面上；三坐标装配机构的侧边设有用于执行水平方向运动的第一运动单元；第一运动单元上通过导轨滑块安装有挂臂执行机构，所述挂臂执行机构用于执行竖直方向运动和末端回转运动的，所述挂臂执行机构包括末端执行器和传感器，所述末端执行器包括转接座和吸盘执行器，转接座用于连接吸盘执行器，吸盘执行器通过装配机器人的视觉相机进行识别抓取零件，所述传感器用于测量反馈火工品在装配过程中的力信息和温度信息；

所述机器人末端执行器快换装置单元放置在防护栏的内部中间位置，包括用于放置末端执行器快换机构的支撑架，所述支撑架上安装有用于放置末端执行器的第一卡爪，所述第一卡爪上安装有用于检测末端执行器是否被准确取下的光电开关；

所述桁架的侧面安装有水平拧螺钉机构，所述水平拧螺钉机构具有水平伸缩结构，所述水平拧螺钉机构在第二运动单元的作用下竖向运动，所述自动灌胶机构设于所述水平拧螺钉机构的上方，所述水平拧螺钉机构的下方安装有用于检测火工品壁面螺钉装配过程的工业相机；

所述检测设备包括安装在桁架四个角位置上的摄像头，还包括安装在桁架侧方的红外热像仪。

可选的，所述竖直拧螺钉机构包括第三直线运动单元、无杆进给气缸、送钉机构和螺钉枪，所述第三直线运动单元用于带动螺钉枪整体运动，实现火工品壁面和底部的装配面进行装配定位；所述送钉机构将正确型号的螺钉通过送钉气管送至螺钉枪的枪头，并结合无杆进给气缸的进给作用和螺钉枪的回转完成螺钉的装配。

使用上述技术方案的有益效果在于：

1.保护操作者与生产线设备安全。保障了操作人员与火工品隔离同时，操作者仍然可以通过监视窗口远程监视生产线装配工作情况，降低了劳动强度，极大地降低了误操作出现的可能，有效防止殉爆发生。

2.装配效率得到提升。火工品配系统实现了自动化上料、压药、灌胶、拧螺钉和取成品的流程，省去了操作人员反复装配的时间，降低了人为因素对生产效率的影响。

3.装配精度得到提高。装配过程中有传感器、红外热像仪高精度检测设备进行现场温度、湿度的监视，由装配机器人配合辅助设备完成上料及装配流程，保证了装配精度。

附图说明

图1是本发明总体结构示意图。

图2是本发明装配机器人的结构示意图。

图3是本发明装配机器人上视觉相机的结构示意图。

图4是本发明小型装配台单元的结构示意图。

图5是本发明三坐标装配机构的结构示意图。

图6是本发明定位夹紧机构的结构示意图。

图7是本发明竖直拧螺钉机构的结构示意图。

图8是本发明灌胶送钉组合机构的结构示意图。

图9是本发明机器人末端执行器快换装置单元的结构示意图。

图10是本发明机器人末端执行器的结构示意图。

图11是本发明灌胶快换装置单元的结构示意图。

图中：

1-装配机器人；2-视觉相机；3-防护栏；4-支撑架；5-转接座；6-吸盘执行器；7-光电开关；8-第一卡爪；9-工业相机；10-灌胶工作头放置台；11-灌胶工作头；12-第二卡爪；13-装配工作台；14-物料转接台；15-第一气动三爪卡盘；16-第二气动三爪卡盘；17-视觉检测相机；18-定位夹紧机构；19-吸盘；20-回转分度机构；21-旋转电机；22-竖直深孔；23-水平拧螺钉机构；24-竖直拧螺钉机构；25-挂臂执行机构；26-接近开关；27-桁架；28-第一运动单元；29-第二运动单元；30-第三运动单元；31-自动灌胶机构；32-无杆进给气缸；33-螺钉枪；34-送钉气管；35-摄像头；36-红外热像仪；37-末端执行器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

一种火工品的自动化装配系统，其包括装配机器人单元、机器人末端执行器快换装置单元、灌胶快换装置单元、小型装配台单元、三坐标装配机构单元、水平和竖直两个方向的自动拧螺钉机构以及相关检测设备。其中装配机器人单元包括用于抓取零件的装配机器人，用于视觉识别的视觉相机，用于与火工品装配区隔离的防护栏。

机器人末端执行器快换装置单元放置在防护栏的内部中间位置，包括用于放置末端执行器快换机构的支撑架，用于放置末端执行器的卡爪和光电开关，其中末端执行器包括吸盘执行器和转接座，转接座用来连接吸盘执行器，光电开关用于检测转接座是否准确的被取下。

灌胶快换装置单元分布于防护栏内部的两侧，包括用于放置胶液快换装置的灌胶工作头放置台，用于放置灌胶工作头的卡爪，其中灌胶工作头用于火工品在装配过程中需要向壳体内部灌注胶液，由装配机器人将灌胶工作头抓取安装到小型装配台单元处的自动灌胶机构的末端，完成火工品胶液的灌装。

小型装配台单元位于距离防护栏附近位置，装配工作台上设有火工品的装配机构，其中包括用于待装配零件临时定位放置的物料转接台，用于夹紧和定位药块的气动三爪卡盘，用于检测火工品装配过程的视觉相机，用于实现待装配火工品的定位夹紧机构，该定位夹紧机构包括具备自动定心能力，确保装配过程火工品的壳体可定位夹紧的气动三爪卡盘，用于吸取与固定火工品底盖的吸盘和用于装配的装配工作台；用于驱动待装配火工品壳体整体回转分度，并且配合水平拧螺钉机构完成火工品的螺钉装配的回转分度机构和旋转电机；用于放置待装配火工品壳体的竖直深孔，竖直深孔下方安装有用于火工品底部的装配面连接螺钉的竖直拧螺钉机构，用于三坐标装配机构的挂臂执行机构末端执行器连接的吸盘执行器，用于检测吸盘执行器是否被准确取下的接近开关。

三坐标装配机构位于小型装配台单元正上方，与装配机器人配合完成火工品的装配作业。三坐标装配机构采用桁架式结构，包括用于执行水平方向运动的直线运动台，用于执行竖直方向运动和末端回转运动的挂臂执行机构，该挂臂执行机构包括末端执行器和用于测量反馈装配过程的力信息和温度信息的传感器；用于火工品装配过程中火工品壁面螺钉连接的水平拧螺钉机构，用于火工品装药过程中灌胶的自动灌胶机构，用于检测火工品壁面螺钉装配过程的工业相机。

水平和竖直两个方向的自动拧螺钉机构用于端盖、壳体零部件在装配过程中的连接。其中包括用于完成火工品壁面螺钉连接的水平拧螺钉机构，该水平拧螺钉机构安装在桁架上；包括位于小型装配台单元装配夹具正下方，穿过装配工作台上的通孔来完成火工品底部螺钉连接的竖直拧螺钉机构。水平和竖直两个方向的拧螺钉机构包括用于带动螺钉枪整体运动，实现火工品壁面和底部的装配面装配定位的第二运动单元；包括用于输送不同型号螺钉的送钉气管，用于螺钉进给的无杆进给气缸和用于回转并将螺钉旋拧入连接孔的螺钉枪。

检测设备用于监视整个装配区的装配流程，包括用于检测装配过程的摄像头，用于检测装配区的温度，避免温度过高而引起殉爆的红外热像仪。

具体来说，参考图1～11，一种火工品的自动化装配系统，该自动化装配系统包括：装配机器人单元、机器人末端执行器快换装置单元、灌胶快换装置单元、小型装配台单元、三坐标装配机构、水平拧螺钉机构与竖直拧螺钉机构以及检测设备。

装配机器人单元包括用于抓取火工品零件的装配机器人1，装配机器人1安装在用于与火工品装配区隔离的防护栏3中央位置，视觉相机2安装在装配机器人1末端处，视觉相机2用于识别抓取火工品的零件。

机器人末端执行器快换装置单元放置在防护栏3的内部中间位置，包括用于放置末端执行器快换机构的支撑架4，支撑架4上安装有用于放置末端执行器37的第一卡爪8，第一卡爪8上安装有用于检测末端执行器37是否被准确取下的光电开关7，末端执行器37包括转接座5和吸盘执行器6，转接座5用于连接吸盘执行器6，吸盘执行器6通过装配机器人1的视觉相机2进行识别抓取零件。

灌胶快换装置单元分布于防护栏3内部的两侧，包括用于放置胶液快换装置的灌胶工作头放置台10，用于放置灌胶工作头11的第二卡爪12，其中灌胶工作头11用于火工品在装配过程中需要向壳体内部灌注胶液，由装配机器人1抓取灌胶工作头11安装到小型装配台单元中的自动灌胶机构31的末端处，完成火工品胶液的灌装。

小型装配台单元位于距离防护栏3附近位置，小型装配台单元中的装配工作台13上设有火工品的装配机构，其中包括用于待装配零件临时定位放置的物料转接台14，物料转接台14上安装有第一气动三爪卡盘15，第一气动三爪卡盘15用来夹紧与定位由装配机器人1抓取的零件，起到一个转接作用；距离物料转接台15附近位置安装有视觉检测相机17，该视觉检测相机17用于检测火工品装配的过程。

小型装配台单元中间位置安装有用于火工品装配的装配工作台13，装配工作台13上安装有用于实现待装配火工品的定位夹紧机构18，该定位夹紧机构18包括具备自动定心能力，保证火工品在装配过程定位夹紧的第二气动三爪卡盘16，第二气动三爪卡盘16下方安装有用于吸取和固定火工品底盖的吸盘19。吸盘19安装在用于驱动待装配火工品整体回转分度的回转分度机构20上，旋转电机21作为驱动设备，并且配合水平拧螺钉机构23完成火工品的螺钉装配。

装配工作台13的附近安装有竖直深孔22，竖直深孔22下方安装有用于火工品底部的装配面连接螺钉的竖直拧螺钉机构24，竖直拧螺钉机构24通过地脚螺栓安装在地面上。竖直深孔22 旁边放置有用于三坐标装配机构的挂臂执行机构25的末端执行器37连接的吸盘执行器6，吸盘执行器6通过接近开关26判断是否被准确取下。

三坐标装配机构位于小型装配台单元正上方，与装配机器人1配合完成火工品的装配作业。其中三坐标装配机构采用桁架27式结构，桁架27通过地脚螺栓固定在地面上作为支撑机构；用于执行水平方向运动的第一运动单元28，横跨在三坐标装配机构的侧边；通过导轨滑块安装在第一运动单元28上的挂臂执行机构25，挂臂执行机构25用于执行竖直方向运动和末端回转运动的，该挂臂执行机构25包括末端执行器37和传感器，末端执行器37用于挂臂执行机构25连接相应的转接座5和吸盘执行器6抓取零件，传感器用于测量反馈火工品在装配过程中力信息和温度信息。

桁架27的侧面安装有用于火工品装配过程中火工品壁面螺钉连接的水平拧螺钉机构23，水平拧螺钉机构23可以实现水平方向的伸缩，同时还可以沿着第二运动单元29进行竖直方向的运动，在水平拧螺钉机构23上方安装有用于火工品装药过程中灌胶的自动灌胶机构31，同时在水平拧螺钉机构23的下方安装有工业相机9，工业相机9用于检测火工品壁面螺钉装配过程。

水平和竖直拧螺钉机构用于端盖、壳体零部件在装配过程中螺钉的连接。其中包括用于完成火工品壁面螺钉连接的水平拧螺钉机构23，该水平拧螺钉机构23安装在桁架27上，可实现水平方向的伸缩；位于小型装配台单元装配夹具正下方，穿过装配工作台13上的通孔来完成火工品底部螺钉连接的竖直拧螺钉机构24。所述竖直拧螺钉机构24包括第三直线运动单元30、无杆进给气缸32和螺钉枪33，所述第三直线运动单元30用于带动螺钉枪33整体运动，实现火工品壁面和底部的装配面进行装配定位；送钉机构将正确型号螺钉通过送钉气管34送至螺钉枪头，结合无杆进给气缸32的进给作用和螺钉枪33的回转完成螺钉的装配。

检测设备用于监视整个装配区的装配流程，其中摄像头35安装在桁架27四个角位置，用于检测火工品整个装配过程；红外热像仪36安装在桁架27的侧方，用于检测装配区的温度，避免温度过高引起殉爆。

火工品装配工作流程：物料筹备系统将火工品待装零件送至指定区域后，装配机器人1根据待装零件的形状和装配要求在支撑架4上更换相应的末端执行器37，依据装配顺序要求将第一个零件放置在小型装配台单元的物料转接台14上，物料转接台14上的第一气动三爪卡盘15自动夹紧零件，之后装配机器人1相继从传送装置上抓取火工品的其他待装零件。若装配机器人1可以独立完成装配的，则将火工品的零件直接按要求装入到壳体中，完成一次装配动作；若无法独立完成装配工作，装配机器人1与三坐标装配机构相互配合完成装配动作，装配机器人1将待装配零件以相应的位置和姿态放在物料转接台14，三坐标装配机构更换对应的末端执行器37，在第一运动单元28上反复运动，完成相应的装配动作。

当火工品需进行螺钉连接时，控制系统将驱使小型装配台单元的装配工作台13底部的竖直拧螺钉机构24及侧边水平拧螺钉机构23，配合装配工作台13的回转分度机构20进行分度转动，自动拧紧螺钉；同样，自动灌胶机构31在火工品装好药块之后又根据控制指令向壳体内注入混合胶液。工作区各部分在控制系统的控制下相互协调作业，共同完成火工品的装配。

防护栏3用来保护装配机器人1，装配区内安装有监视设备，操作者可以通过远程界面监视整个装配工艺流程。

Claims (2)

1.一种火工品自动化装配系统，其特征在于，包括：装配机器人单元、机器人末端执行器快换装置单元、灌胶快换装置单元、小型装配台单元、三坐标装配机构以及检测设备；

所述装配机器人单元包括用于抓取火工品零件的装配机器人，装配机器人安装在用于与火工品装配区隔离的防护栏的中央位置，装配机器人的末端处还设有视觉相机；

所述灌胶快换装置单元分布于防护栏内部的两侧，包括用于放置胶液快换装置的灌胶工作头放置台，以及用于放置灌胶工作头的第二卡爪；所述灌胶工作头用于在装配过程中向有需要的火工品壳体内部灌注胶液，灌注时，由装配机器人抓取灌胶工作头，并将灌胶工作头安装到小型装配台单元中的自动灌胶机构的末端处，实现对火工品的胶液灌装；

所述小型装配台单元位于防护栏附近位置处，所述小型装配台单元包括用于待装配零件临时定位放置的物料转接台，所述物料转接台上安装有第一气动三爪卡盘，所述第一气动三爪卡盘用来夹紧并定位由装配机器人抓取的零件；所述物料转接台的附近还安装有视觉检测相机；

所述小型装配台单元的中间位置还设有用于火工品装配的装配工作台，所述装配工作台上安装有定位夹紧机构，所述定位夹紧机构包括具备自动定心能力的第二气动三爪卡盘，所述第二气动三爪卡盘的下方安装有用于吸取和固定火工品底盖的吸盘，所述吸盘安装在用于驱动待装配火工品整体回转分度的回转分度机构上，所述回转分度机构连接有作为驱动设备的旋转电机；

所述装配工作台的旁边设置有竖直深孔，所述竖直深孔下方安装有用于旋拧火工品底部装配面连接螺钉的竖直拧螺钉机构，所述竖直拧螺钉机构通过地脚螺栓固定在地面上；所述吸盘执行器设于所述竖直深孔的旁边，所述吸盘执行器通过接近开关判断是否被准确取下；

所述三坐标装配机构位于所述小型装配台单元的正上方，所述三坐标装配机构包括桁架，所述桁架通过地脚螺栓固定在地面上；三坐标装配机构的侧边设有用于执行水平方向运动的第一运动单元；第一运动单元上通过导轨滑块安装有挂臂执行机构，所述挂臂执行机构用于执行竖直方向运动和末端回转运动的，所述挂臂执行机构包括末端执行器和传感器，所述末端执行器包括转接座和吸盘执行器，转接座用于连接吸盘执行器，吸盘执行器通过装配机器人的视觉相机进行识别抓取零件，所述传感器用于测量反馈火工品在装配过程中的力信息和温度信息；

所述机器人末端执行器快换装置单元放置在防护栏的内部中间位置，包括用于放置末端执行器快换机构的支撑架，所述支撑架上安装有用于放置末端执行器的第一卡爪，所述第一卡爪上安装有用于检测末端执行器是否被准确取下的光电开关；

所述桁架的侧面安装有水平拧螺钉机构，所述水平拧螺钉机构具有水平伸缩结构，所述水平拧螺钉机构在第二运动单元的作用下竖向运动，所述自动灌胶机构设于所述水平拧螺钉机构的上方，所述水平拧螺钉机构的下方安装有用于检测火工品壁面螺钉装配过程的工业相机；

所述检测设备包括安装在桁架四个角位置上的摄像头，还包括安装在桁架侧方的红外热像仪。

2.根据权利要求1所述的火工品自动化装配系统，其特征在于，所述竖直拧螺钉机构包括第三直线运动单元、无杆进给气缸、送钉机构和螺钉枪，所述第三直线运动单元用于带动螺钉枪整体运动，实现火工品壁面和底部的装配面进行装配定位；所述送钉机构将正确型号的螺钉通过送钉气管送至螺钉枪的枪头，并结合无杆进给气缸的进给作用和螺钉枪的回转完成螺钉的装配。