CN109290506B - 一种基于机器人的自动送钉系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器人的自动送钉系统，属于航空制造领域。包括底座，所述底座上的一边安装有控制柜，另一边安装有铆钉储料架；所述控制柜和铆钉储料架之间固定安装出料装置；所述控制柜上固定安装有工业机器人和多个抓取工位，所述多个抓取工位分布于工业机器人的两侧；所述工业机器人上设置有法兰盘，所述法兰盘上安装有视觉抓取末端；所述工业机器人正前方还设置有吹钉装置。本发明通过视觉抓取末端识别并抓取多种型号铆钉，可以为自动钻铆机高效地供给铆钉，并能够智能识别铆钉的直径、长度以及铆钉表面的缺陷从而有效减少自动送钉的故障。本发明还公开了一种基于机器人的自动送钉系统的工作方法。

Description

一种基于机器人的自动送钉系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及航空制造领域，具体涉及一种基于机器人的自动送钉系统及其工作方法。

背景技术

随着我国大型客机和新型战斗机的研制，飞机制造在高质量、高效率、长寿命等方面有了新的要求。传统的手工钻铆已经难以满足飞机装配中对精度的要求。因此，采用自动钻铆系统是飞机装配领域的发展趋势。由于自动钻铆系统的钻铆效率较高，所以需要一套高效地自动送钉系统为钻铆末端输送多种规格的铆钉。

目前的自动送钉系统多采用振动盘直接送钉，或采用储钉管将铆钉预先定向排列在管中，在使用时依次吹出。公告号为CN101733355B的发明专利公开了一种钻铆机的自动送夹铆钉装置。该装置通过多个振动盘输送铆钉，每种铆钉通过振动盘定向排列，吹钉结构依次运动到每个震动盘前将单个铆钉吹送至钻铆末端。此种属于振动盘直接送料的自动送钉系统，振动盘部分的故障率较高，且整体送钉速度较慢，影响自动钻铆系统的整体效率。

公告号为CN106541067B的发明专利公开了一种飞机壁板自动钻铆机的由头铆钉自动供钉系统，该系统将铆钉预先定向排列在抽屉内的弯管中，通过气压将铆钉依次吹出。公告号为CN103706752B的发明专利公开了一种自动选钉与送钉系统，该系统通过震动盘将铆钉定向排列在竖直细管中，铆钉通过自身重力下落，吹钉机构分离出单个铆钉后吹送至自动钻铆末端。这两种方法都是通过储钉管将铆钉预先定向排列再进行输送，虽然送钉效率有所提升，但依然需要振动盘对铆钉进行排列，故障点较多，整体效率依然较低。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于机器人的自动送钉系统及其工作方法，以解决现有技术存在的高故障率、送钉速度较慢和低效率等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于机器人的自动送钉系统，包括底座，所述底座上的一边安装有控制柜，另一边安装有铆钉储料架；

所述控制柜和铆钉储料架之间固定安装出料装置；

所述控制柜上固定安装有工业机器人和多个抓取工位，所述多个抓取工位分布于工业机器人的两侧；

所述工业机器人上设置有法兰盘，所述法兰盘上安装有视觉抓取末端；

所述工业机器人正前方还设置有吹钉装置。

出料装置可从铆钉储料架中运送某一种规格的铆钉至抓取工位中，并在抓取结束后将剩余的铆钉运回至铆钉储料架；抓取工位可对待抓取的铆钉进行轻微震动，使重叠在一起的铆钉平铺至平面，方便视觉抓取末端对其进行抓取。

进一步的，所述视觉抓取末端包括双目视觉系统和铆钉抓取结构；

所述铆钉抓取结构安装在工业机器人的法兰盘下方，所述双目视觉系统安装在铆钉抓取结构的两侧。

双目视觉系统采用两个工业相机固定在工业机器人的法兰盘两侧，两个摄像头之间距离固定并呈一定夹角，从而保证两摄像头公共视野覆盖整个抓取工位；视觉抓取末端能够适应不同规格的铆钉，每次抓取均能够从抓取工位中抓取一枚铆钉并竖直投放至吹钉装置内。

进一步的，所述铆钉储料架为多层结构并存放多个储钉盘，每个储钉盘中存放一种规格的铆钉。

进一步的，所述吹钉装置由吹钉结构和送钉管组成，所述送钉管与吹钉结构贯通连接，吹钉结构具有多个入口，用于吹送不同规格的铆钉，当视觉抓取末端将铆钉投放到对应的入口后，吹钉结构将入口密封，并通过高压空气将铆钉经送钉管直接吹送至自动钻铆末端。

一种基于机器人的自动送钉系统的工作方法，该系统包括铆钉储料架、出料装置、工业机器人、多个抓取工位、视觉抓取末端和吹钉装置；所述视觉抓取末端包括双目视觉系统和铆钉抓取结构，具体步骤如下：

a、在铆钉储料架中储存不同型号及数量的铆钉；

b、将出料装置移动至所需铆钉存放的储料架的位置，并运送所需铆钉至最近的抓取工位内；

c、工业机器对抓取工位内的铆钉进行视觉检验；

d、视觉检验完成后，工业机器人对抓取工位内的一枚铆钉进行抓取；

e、工业机器人将铆钉投入吹钉装置对应的入口中；

f、吹钉装置将铆钉吹送至自动钻铆末端等待铆接；

g、在c-e 步骤进行的同时， 出料装置将运送需要的下一种铆钉至其他抓取工位内；

h、出料装置在d 步骤完成后，将该抓取工位内的剩余铆钉送回储料架上对应的储钉盘内，使该抓取工位清空，然后重复g 步骤。

进一步的，所述步骤c的具体过程为：

工业机器人携带视觉抓取末端移至抓取工位上方，视觉抓取末端的双目视觉系统智能识别抓取工位内的铆钉位置，并对铆钉的种类、数量、规格以及是否有缺陷进行视觉检测，若检测到铆钉有重叠，则抓取工位轻微震动铆钉后再次进行视觉检测。

进一步的，所述步骤d具体过程为：工业机器人根据双目视觉系统提供的铆钉位置信息通过铆钉抓取结构对抓取工位内的一枚铆钉进行抓取。

进一步的，所述步骤e的具体过程为；工业机器在成功抓取铆钉后，根据铆钉的种类和倾角，调整视觉抓取末端的姿态，将铆钉以钉杆竖直向下的姿态投入吹钉装置对应的入口中。

进一步的，所述步骤f的具体过程为：吹钉装置首先将入口密封，然后通过高压空气将铆钉经送钉管吹送至自动钻铆末端。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1、本系统采用工业机器人进行铆钉的抓取，工业机器人有较高的自由度，工作范围大，可达性好，能以不同的姿态抓取和投放铆钉，从而降低了抓钉失败率，提高了送钉效率；

2、本系统采用储料架储存多种铆钉，显著增多了所供给的铆钉种类；同时该结构较为紧凑，并通过可快速移动的出料装置从储料架中取料，在保证出料速度的同时，节省了工作台面的占用面积，使整套自动钻铆系统能够更加轻量化；

3、本系统拥有多个抓取工位，在抓钉的同时可向其他抓钉工位中送料，使系统始终处于并行运作状态，可以大幅度提高送钉节拍，从而提升了自动钻铆系统的效率；

4、本系统在铆钉的抓取上采用双目视觉系统，能够依据立体视觉算法识别铆钉的三维位置，并能够鉴别铆钉的规格与质量，从而排除异种规格以及残次品铆钉，从源头上避免铆钉的误抓、误送；

5、本系统通过工业机器人实现铆钉抓取后的投放，铆钉自由下落至送钉管内，而不依赖于多个气缸以及伺服电机的配合，流程更加简单，可靠性较现有送钉系统有显著提升。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种基于机器人的自动送钉系统示意图；

图2为本发明一种基于机器人的自动送钉系统侧视图；

图3位本发明一种基于机器人的自动送钉系统的视觉抓取末端示意图。

附图标记：1-底座；2-控制柜；3-铆钉储料架；4-出料装置；5-工业机器人；6-抓取工位；8-吹钉装置；9-双目视觉系统；10-铆钉抓取结构。

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明白，下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1、图2所示，一种基于机器人的自动送钉系统，包括底座1，底座1上的一边安装有控制柜2，另一边安装有铆钉储料架3；

控制柜2和铆钉储料架3之间固定安装出料装置4；

控制柜2上固定安装有工业机器人5和多个抓取工位6，多个抓取工位6分布于工业机器人5的两侧；

工业机器人5上设置有法兰盘，法兰盘上安装有视觉抓取末端7；

工业机器人5正前方还设置有吹钉装置8。

如图3所示，视觉抓取末端7包括双目视觉系统9和铆钉抓取结构10；

铆钉抓取结构10安装在工业机器人5的法兰盘下方，双目视觉系统9安装在铆钉抓取结构10的两侧。

铆钉储料架3为多层结构并存放多个储钉盘。

吹钉装置8由吹钉结构和送钉管组成，所述送钉管与吹钉结构贯通连接。

一种基于机器人的自动送钉系统的工作方法，该系统包括铆钉储料架3、出料装置4、工业机器人5、多个抓取工位6、视觉抓取末端7和吹钉装置8；视觉抓取末端7包括双目视觉系统9和铆钉抓取结构10，具体步骤如下：

a、在铆钉储料架3中储存不同型号及数量的铆钉；

b、将出料装置4移动至所需铆钉存放的储料架3的位置，并运送所需铆钉至最近的抓取工位6内；

c、工业机器5对抓取工位6内的铆钉进行视觉检验；

d、视觉检验完成后，工业机器人5对抓取工位6内的一枚铆钉进行抓取；

e、工业机器人5将铆钉投入吹钉装置8对应的入口中；

f、吹钉装置8将铆钉吹送至自动钻铆末端等待铆接；

g、在c-e 步骤进行的同时， 出料装置4将运送需要的下一种铆钉至其他抓取工位6内；

h、出料装置4在d 步骤完成后，将该抓取工位6内的剩余铆钉送回储料架3上对应的储钉盘内，使该抓取工位6清空，然后重复g 步骤。

步骤c的具体过程为：

工业机器人5携带视觉抓取末端7移至抓取工位6上方，视觉抓取末端7的双目视觉系统9智能识别抓取工位6内的铆钉位置，并对铆钉的种类、数量、规格以及是否有缺陷进行视觉检测，若检测到铆钉有重叠，则抓取工位6轻微震动铆钉后再次进行视觉检测。

步骤d具体过程为：工业机器人5根据双目视觉系统9提供的铆钉位置信息通过铆钉抓取结构10对抓取工位6内的一枚铆钉进行抓取。

步骤e的具体过程为；工业机器5在成功抓取铆钉后，根据铆钉的种类和倾角，调整视觉抓取末端7的姿态，将铆钉以钉杆竖直向下的姿态投入吹钉装置8对应的入口中。

步骤f的具体过程为：吹钉装置8首先将入口密封，然后通过高压空气将铆钉经送钉管吹送至自动钻铆末端端。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于机器人的自动送钉系统，包括底座（1），其特征在于，所述底座（1）上的一边安装有控制柜（2），另一边安装有铆钉储料架（3）；

所述控制柜（2）和铆钉储料架（3）之间固定安装出料装置（4）；

所述控制柜（2）上固定安装有工业机器人（5）和多个抓取工位（6），所述多个抓取工位（6）分布于工业机器人（5）的两侧；

所述铆钉储料架（3）为多层结构并存放多个储钉盘；

所述工业机器人（5）上设置有法兰盘，所述法兰盘上安装有视觉抓取末端（7）；

所述工业机器人（5）正前方还设置有吹钉装置（8）。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器人的自动送钉系统，其特征在于，

所述视觉抓取末端（7）包括双目视觉系统（9）和铆钉抓取结构（10）；

所述铆钉抓取结构（10）安装在工业机器人（5）的法兰盘下方，所述双目视觉系统（9）安装在铆钉抓取结构（10）的两侧。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器人的自动送钉系统，其特征在于，所述吹钉装置（8）由吹钉结构和送钉管组成，所述送钉管与吹钉结构贯通连接。

4.一种基于机器人的自动送钉系统的工作方法，其特征在于，该系统包括铆钉储料架（3）、出料装置（4）、工业机器人（5）、多个抓取工位（6）、视觉抓取末端（7）和吹钉装置（8）；所述视觉抓取末端（7）包括双目视觉系统（9）和铆钉抓取结构（10），具体步骤如下：

a、在铆钉储料架（3）中储存不同型号及数量的铆钉；

b、将出料装置（4）移动至所需铆钉存放的储料架（3）的位置，并运送所需铆钉至最近的抓取工位（6）内；

c、工业机器人（5）对抓取工位（6）内的铆钉进行视觉检验；

d、视觉检验完成后，工业机器人（5）对抓取工位（6）内的一枚铆钉进行抓取；

e、工业机器人（5）将铆钉投入吹钉装置（8）对应的入口中；

f、吹钉装置（8）将铆钉吹送至自动钻铆末端等待铆接；

g、在c-e 步骤进行的同时， 出料装置（4）将运送需要的下一种铆钉至其他抓取工位（6）内；

h、出料装置（4）在d 步骤完成后，将该抓取工位（6）内的剩余铆钉送回储料架（3）上对应的储钉盘内，使该抓取工位（6）清空，然后重复g 步骤。

5.根据权利要求4所述的一种基于机器人的自动送钉系统的工作方法，其特征在于，所述步骤c的具体过程为：

工业机器人（5）携带视觉抓取末端（7）移至抓取工位（6）上方，视觉抓取末端（7）的双目视觉系统（9）智能识别抓取工位（6）内的铆钉位置，并对铆钉的种类、数量、规格以及是否有缺陷进行视觉检测，若检测到铆钉有重叠，则抓取工位（6）轻微震动铆钉后再次进行视觉检测。

6.根据权利要求5所述的一种基于机器人的自动送钉系统的工作方法，其特征在于，所述步骤d具体过程为：工业机器人（5）根据双目视觉系统（9）提供的铆钉位置信息通过铆钉抓取结构（10）对抓取工位（6）内的一枚铆钉进行抓取。

7.根据权利要求6所述的一种基于机器人的自动送钉系统的工作方法，其特征在于，所述步骤e的具体过程为；工业机器（5）在成功抓取铆钉后，根据铆钉的种类和倾角，调整视觉抓取末端（7）的姿态，将铆钉以钉杆竖直向下的姿态投入吹钉装置（8）对应的入口中。

8.根据权利要求7所述的一种基于机器人的自动送钉系统的工作方法，其特征在于，所述步骤f的具体过程为：吹钉装置（8）首先将入口密封，然后通过高压空气将铆钉经送钉管吹送至自动钻铆末端。