可重构柔性装配系统
技术领域
本发明涉及自动化装配领域,尤其是涉及一种可重构柔性装配系统。
背景技术
随着市场中新产品的出现频率加快、产品设计修改和更新换代更加频繁、产品家族系列和个性化定制的变体增多等一系列趋势,传统的大批量生产模式正受到剧烈冲击,目前大部分的自动化装配设备都采用刚性流水线模式,其结构固定,无法改造,只适用单一型号产品的大批量装配生产,很难应对新的市场环境。
发明内容
为了解决现有技术的不足,本发明实施例提供一种可重构柔性装配系统,可以快速对装配系统进行重构,以满足不同产品的装配作业。
本发明实施例解决上述技术问题所采取的技术方案为:提供一种可重构柔性装配系统,包括装配夹具库,所述装配夹具库内设置有若干种装配夹具;装配工具库,所述装配工具库内设置有若干种装配工具;装配作业单元,所述装配夹具与所述装配工具能够安装在所述装配作业单元上;取放装置,所述取放装置能够从所述装配夹具库提取所述装配夹具,并将所述装配夹具传递给所述装配作业单元;所述取放装置能够从所述装配工具库提取所述装配工具,并将所述装配工具传递给所述装配作业单元。
作为上述技术方案的进一步改进,所述取放装置包括夹具取放机械手与工具取放机械手,所述夹具取放机械手能够在所述装配夹具库与所述装配作业单元之间运动,所述工具取放机械手能够在所述装配工具库与所述装配作业单元之间运动。
作为上述技术方案的进一步改进,设置所述装配夹具库与所述装配工具库可转动,所述取放装置还包括沿竖直方向设置的第一滑轨以及沿竖直方向设置的第二滑轨,所述夹具取放机械手可滑动地设置于所述第一滑轨上,所述工具取放机械手可滑动地设置于所述第二滑轨上。
作为上述技术方案的进一步改进,所述装配夹具包括标准更换托盘,所述标准更换托盘的背面设置有定位拉钉,所述第一转筒面板上设有容许所述标准更换托盘嵌入的托盘插槽以及位于所述托盘插槽上方的拉钉定位机构,所述拉钉定位机构包括水平设置的滑槽以及滑动设置于所述滑槽内的一对滑块,一对所述滑块相靠近的一侧设有拉钉卡槽,一对所述滑块相远离的一侧连接有弹性件,所述弹性件给所述滑块始终给所述滑块提供向另一个所述滑块方向滑动的弹力。
作为上述技术方案的进一步改进,所述夹具取放机械手的末端连接有托盘搬运夹爪,其中,所述标准更换托盘相对的两侧分别设有呈倒U形的定位把手,所述定位把手上设有向两侧凸出形成的V形定位部;所述托盘搬运夹爪上设有夹持爪,所述夹持爪包括一对可相互靠拢或相互张开的夹持块,一对所述夹持块之间设有能够与所述V形定位部贴合的V形槽。
作为上述技术方案的进一步改进,所述装配工具包括标准更换接口模块以及固设于所述标准更换接口模块下方的装配执行部件,所述标准更换接口模块上设有定位销钉,所述第二转筒面板上设有工具放置架,所述工具放置架上设有定位孔,所述定位销钉能够穿入所述定位孔内。
作为上述技术方案的进一步改进,所述装配作业单元包括装配工作台以及装配机械手,所述装配工作台呈圆盘状,所述装配机械手可转动地设置于所述装配工作台的圆心处,所述装配工作台上周向排布有装配夹具临时放置架、装配工具临时放置架、夹具快速更换接口以及零件托盘。
作为上述技术方案的进一步改进,还包括传送平台、转运机械手以及自动供料设备,所述传送平台与所述装配工作台相连,所述转运机械手设于所述传送平台与所述装配工作台的连接处,所述自动供料设备能够向所述装配工作台提供物料。
作为上述技术方案的进一步改进,还包括传送装置,所述传送装置设于所述取放装置与所述装配作业单元之间。
作为上述技术方案的进一步改进,所述可重构柔性装配系统排布成环形结构,所述环形结构的外圆设置多组所述装配作业单元,所述环形结构的内圆交替设置多组所述装配夹具库与所述装配工具库,在相邻的所述装配夹具库与所述装配工具库之间设置所述取放装置。
本发明的有益效果:
本发明的可重构柔性装配系统,通过对一定范围内的小型机电类产品的装配工艺进行分析归纳,在装配夹具库设置一系列成套的通用化的装配夹具,在装配工具库设置一系列成套的通用化的装配工具,根据实际产品装配的需求,通过取放装置提取所需的装配夹具与装配工具,并运送至装配作业单元处,进行装配作业单元的重构。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明可重构柔性装配系统一个实施例的整体结构示意图;
图2为本发明装配夹具库一个实施例的结构示意图;
图3为图2中A处的局部放大结构示意图;
图4为装配夹具一个实施例的结构示意图;
图5为图4另一个视角的结构示意图;
图6为装配工具库一个实施例的结构示意图;
图7为装配工具一个实施例的结构示意图;
图8为装配作业单元一个实施例的结构示意图;
图9为装配夹具临时放置架一个实施例的结构示意图;
图10为装配工具库一个实施例的结构示意图;
图11为夹具快速更换接口一个实施例的结构示意图;
图12为托盘搬运夹爪一个实施例的结构示意图;
图13为图12中B处的局部放大结构示意图;
图14为本发明可重构柔性装配系统一个实施例的组装结构示意图;
图15为本发明可重构柔性装配系统另一个实施例的组装结构示意图;
图16为本发明可重构柔性装配系统另一个实施例的组装结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述,以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是,如无特殊说明,当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征,它可以直接固定、连接在另一个特征上,也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外,本发明中所使用的上、下、左、右、前、后等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。
此外,除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例,而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
参照图1,本发明实施例提供一种可重构柔性装配系统,针对一定范围内的小型机电类产品,包括装配作业单元1、装配夹具库2、装配工具库3以及取放装置4。
装配作业单元1为产品进行装配的单元,装配夹具库2中设置有若干种装配夹具20,装配工具库3中设置有若干种装配工具30,取放装置4能够从装配夹具库2、装配工具库3中提取装配夹具20、装配工具30,并将装配夹具20、装配工具30传递给装配作业单元1,装配作业单元1能够将取放装置4传递过来的装配夹具20、装配工具30对接,从而用来对产品进行装配。
基于本发明实施例的可重构柔性装配系统,在操作前,通过对装配工艺进行分析归纳,设计一系列成套的通用化的装配夹具20与装配工具30,将这些装配夹具20、装配工具30分别安装在装配夹具库2、装配工具库3中,从而进行装配作业时,能够选择实际所需的装配夹具20、装配工具30,在装配作业单元1处进行相应的装配作业。
此外,还可进一步设置控制系统,在进行装配作业时,控制系统根据具体产品的装配工艺信息,判断所需的装配夹具20与装配工具30,控制装配夹具库2、装配工具库3以及取放装置4协同工作以获取对应的装配夹具20与装配工具30,通过对装配夹具20、装配工具30取放的控制,本发明实施例的可重构柔性装配系统能够进一步实现自动化的装配作业。
在本发明一个实施例中,装配夹具20可拆卸的安装在装配夹具库2上,如图4与图5,装配夹具20包括标准更换托盘200以及设置在标准更换托盘200上的电路接头201、气路接头202、夹具执行部件203。其中,标准更换托盘200采用标准化托盘,即不同类型的装配夹具20,保证其标准更换托盘200的一致性,以便于对装配夹具20进行取放,电路接头201、气路接头202优选为采用标准接口的形式,以便于对不同装配夹具20进行快速对接,夹具执行部件203承载在标准更换托盘200上,对于不同的装配夹具,夹具执行部件203具有不同的型号,以满足不同的操作和工艺要求。
如图2与图3,装配夹具库2上安装有多个夹具放置架21,装配夹具20一一对应的安装在夹具放置架21上,夹具放置架21上设置有托盘插槽210,托盘插槽210为上端开设槽口,当装配夹具20安装在夹具放置架21上时,装配夹具20的标准更换托盘200嵌设在托盘插槽210内,托盘插槽210优选为沿夹具放置架21的水平方向设置至少2处,以通过多点支撑保证装配夹具20的稳固安装,在提起装配夹具20时,将装配夹具20向上移动,使标准更换托盘200脱离托盘插槽210的限制区域,进而将装配夹具20取出。
优选的,标准更换托盘200上还设置有定位拉钉204,定位拉钉204向标准更换托盘200的背面凸出,夹具放置架21上设有拉钉定位机构,其中拉钉定位机构包括水平设置的滑槽211以及可滑动地设置于滑槽211内的一对滑块212,一对滑块212相对的一侧设有拉钉卡槽213,当一对滑块212相互靠拢时,形成的拉钉卡槽213可正好容置定位拉钉204。其中,一对滑块212相背离的一端连接有弹簧(未示出),通过弹簧的弹性力使滑块212始终受到相互靠拢的推力,一对滑块212相靠拢的一端的上部设有导向部214,当标准更换托盘200向下安装时,定位拉钉204在导向部214处挤压滑块212,使滑块212张开,供定位拉钉204移动至拉钉卡槽213的位置处,导向部214优选为圆弧形或斜面形,当取出标准更换托盘200时,由于拉钉卡槽213自身的圆形结构,能够形成导向结构,在定位拉钉204的推力的作用下,使滑块212张开。
本发明一个实施例中,装配夹具库2采用转动的形式使所需的装配夹具20运动到提取工位,装配夹具库2包括第一转轴23、与第一转轴23连接的第一转筒24,第一转筒24的横截面优选为呈多边形结构,从而在第一转筒24上形成多个第一转筒面板240,夹具放置架21安装在对应的第一转筒面板240上,当第一转轴23转动时,第一转筒24随第一转轴23的转动而同步转动,以带动安装在第一转筒面板240上的装配夹具20转动。第一转轴23的转动通过电机驱动,其中,电机的输出轴与第一转轴23通过齿轮啮合的形式传动。
在本发明一个实施例中,如图7,装配工具30包括标准更换接口模块300与装配执行部件301,装配执行部件301连接于标准更换接口模块300的下部,标准更换接口模块300采用标准化的接口,标准更换接口模块300上设有标准化的电路接口、气路接口,以方便、快速的与其他部件进行对接。
优选的,标准更换接口模块300上设置有定位销钉302,用于装配工具30的安装与定位。其中,如图6,装配工具库3上设有工具放置架31,工具放置架31呈L形结构,工具放置架31的一端自由端贴合设置于装配工具库3上,工具放置架31的另一个自由端上设有定位孔310,定位孔310能够与定位销钉302配合,实现对装配工具30的定位。在安装装配工具30时,装配工具30从定位孔310的上方向下运动,使定位销钉302穿过定位孔310,通过标准更换接口模块300位于定位销钉302上部的部位抵持在工具放置架31上,实现装配工具30的精准安装。
在优选的实施例中,工具放置架31连接有承载板311,定位孔310设置于承载板311上,承载板311向下倾斜设置,以通过承载板311的倾斜结构为装配工具30的定位提供导向作用,便于定位销钉302快速穿入定位孔310中,优选的,工具放置架31与承载板311连接的部位设置为斜面结构,以使承载板311安装于工具放置架31上后向下倾斜。
在优选的实施例中,承载板311设置定位销钉302的部分向下倾斜一定的角度,通过倾斜的设置,可以方便装配工具30安装时更加快捷地找到定位孔312的位置。
在本发明一个实施例中,装配工具库3采用转动的形式使装配工具30转动到需要提取的工位处。具体的,装配工具库3包括第二转轴32与第二转筒33,第二转筒33随第二转轴32的转动而同步转动,其中,第二转筒33的横截面优选为呈多边形结构,在第二转筒33的侧表面形成多个第二转筒面板330,工具放置架31安装在对应的第二转筒面板330上。在第二转轴32转动时,第二转筒33随第二转轴32的转动而同步转动,通过第二转筒33的转动,将安装在第二转筒33的侧表面上的装配工具30送至需要提取的工位。
需要注意,装配夹具库2、装配工具库3转动式的结构只是本发明的一个实施例,装配夹具库2、装配工具库3为了达到传递对应的装配夹具20、装配工具30的目的,也可以采用其他的结构,如传输带,通过传输带等传输平台,将装配夹具20、装配工具30传递到需要提取的工位。
在本发明一个实施例中,如图8,装配作业单元1包括装配工作台10与装配机械手11,装配机械手11设于装配工作台10的中心位置处,装配机械手11能够转动,以到达装配工作台10的不同位置。
装配工作台10上设有装配夹具临时放置架12与装配工具临时放置架13,装配夹具临时放置架12在装配作业的过程中临时储存装配夹具,装配工具临时放置架13在装配作业的过程中临时储存装配工具,装配机械手11的末端设有快速更换接口(未示出),快速更换接口采用标准化的接口结构,能够快速装配工具30的标准更换接口模块300以及用于夹持装配夹具20的托盘搬运夹爪(详细描述见下文)实现快速的对接和分离,装配机械手11对接托盘搬运夹爪以将位于装配夹具临时放置架13内的装配夹具20转移至装配夹具的工作工位处,装配机械手11对接装配工具30以对产品进行该装配工具30所对应的装配作业。
在一个实施例中,装配工作台10上设置有夹具快速更换接口14,通过装配机械手11对接托盘搬运夹爪,以实现对装配夹具20的转运,在装配机械手11的作用下,装配夹具20在装配夹具临时放置架12与夹具快速更换接口14之间交换,实现夹具快速更换接口14处的夹具的更换。
其中,优选为装配工作台10上设有搬运夹爪放置架(未示出),用于临时储存上述托盘搬运夹爪,以在需要时,装配机械手11提取托盘搬运夹爪进行装配夹具20的转运。
如图9,装配夹具临时放置架12的四个边角处设有支撑台120,在放置装配夹具20时,装配夹具20的四个边角分别设于装配夹具临时放置架12的四个支撑台120上,支撑台120的外边沿设有L形挡边121,通过L形挡边121对装配夹具20进行定位。
如图10,装配工具临时放置架13上设有用于安装装配工具30的临时承载板130,临时承载板130上设有临时定位孔131,装配工具30安装在装配工具临时放置架13上时,定位销钉302正好穿入临时定位孔131内。
如图11,夹具快速更换接口14包括电路连接底座140、气路连接底座141与机械锁紧模块142,其中,电路连接底座140设有与标准更换托盘200上的电路接头201相同型号的标准化的接口,气路连接底座141上设有与标准更换托盘200上的气路接头202相同型号的标准化的接口,机械锁紧模块142的中部设有与定位拉钉204的外部尺寸相匹配的锁紧接口,电路连接底座140、气路连接底座141、机械锁紧模块142三者之间的相对位置关系与电路接头201、气路接头202、定位拉钉204三者之间的相对位置关系相同,以实现装配夹具20与夹具快速更换接口14的快速对接。
在一个优选的实施例,装配工作台10设置为圆盘形结构,装配机械手11设于装配工作台10的圆心处,装配夹具临时放置架12、装配工具临时放置架13、夹具快速更换接口14沿着装配工作台10的圆周方向分布于装配工作台10上,以最大限度的利用转配机械手11的工作空间。
在一个实施例中,如图1,取放装置4包括夹具取放机械手40与工具取放机械手41,通过夹具取放机械手40完成装配夹具20在装配夹具库2与装配夹具临时放置架12之间的运输,通过工具取放机械手41完成装配工具30在装配工具库3与装配工具临时放置架13之间的运输。
夹具取放机械手40的末端连接有托盘搬运夹爪400,将装配夹具库2内的装配夹具20运送至装配夹具临时放置架12上时,夹具取放机械手40首先运动,使夹具取放机械手40的末端位于需要取放的装配夹具20的工位处,然后通过托盘搬运夹爪400将需要提取的装配夹具20取出,并传送至装配夹具临时放置架12上。
需要注意,此处的托盘搬运夹爪400与装配机械手11对接的托盘搬运夹爪采用相同的型号,在托板搬运夹爪400的上部设有标准化接口401,标准化接口401的型号与装配机械手11末端的快速更换接口以及此处夹具取放机械手40末端的接口相匹配的型号,以快速实现托盘搬运夹爪400与装配机械手11或夹具取放机械手40的对接。
如图12与图13,托盘搬运夹爪400下部的两端位置处分别设置有夹持爪402。首先,标准更换托盘200其中相对的两端处设有呈倒U形的定位把手2000,定位把手2000的外侧横杆上设有向两侧凸出的V形定位部2001,夹持爪402上设有能够容置V形定位部2001的V形槽403,夹持爪402还设置有位于V形槽403下方的支撑部404,在夹持爪402夹持标准更换托盘200时,V形槽403与V形定位部2001相互贴合,支撑部404与定位把手2000的下部抵持,以保证标准更换托盘200整体稳固地被托盘搬运夹爪400夹持。
在优选的实施例中,夹持爪402包括一对夹持块405,一对夹持块405设置为可相互靠拢或相互张开,其中,可以将一对夹持块405设置在滑轨上,通过气缸驱动一对夹持块405的相对靠拢或相互张开,上述V形槽403通过一对夹持块405相对的一侧形成。
工具取放机械手41用于实现装配工具30在装配工具库3与装配工具临时放置架13之间的传递,工具取放机械手41的末端设有标准化对接接口410,标准化对接接口410具有与装配工具30的标准更换接口模块300相匹配的型号,其可以快速的实现与装配工具30的对接和分离。
在本发明一个实施例中,如图1,取放装置4还包括沿竖直方向设置的第一滑轨42以及沿竖直方向设置的第二滑轨43,其中,夹具取放机械手40可滑动地设置于第一滑轨42上,工具取放机械手43可滑动地设置第二滑轨43上。
为了最大限度的利用装配夹具库2与装配工具库3的空间,装配夹具20在装配夹具库2的竖直方向上呈多层排布,装配工具30在装配工具库3的竖直方向上呈多层排布,仅仅依赖夹具取放机械手40、工具取放机械手41自身的自由度的运动,其在竖直方向移动范围比较小,因此,设置第一滑轨42与第二滑轨43,使夹具取放机械手40可以沿第一滑轨42滑动,以使夹具取放机械手40能够达到不同的高度,对不同高度的装配夹具20实施提取动作,使工具取放机械手41可以沿第二滑轨43滑动,以使工具取放机械手41能够达到不同的高度,对不同高度的装配工具实施提取动作。
在上述技术方案中,夹具取放机械手40的运动范围在装配夹具2与装配夹具临时放置架12之间,工具取放机械手41的运动范围在装配工具3与装配工具临时放置架13之间,装配夹具2、装配工具3的取放通过夹具取放机械手40、工具取放机械手41即可实施,但是,在其他不同的实施例中,夹具取放机械手40、工具取放机械手41的运动范围可能难以覆盖装配夹具库2、装配工具库3与装配工作台10之间的范围,如装配工作台10与装配夹具库2和/或装配工具库3之间的距离较远时,为了解决装配夹具20在装配夹具库2与装配夹具临时放置架12、装配工具30在装配工具库3与装配工具临时放置架13之间的转移,如图15,在取放装置4与装配工作台10之间还设置有传送装置8,利用传送装置8辅助对装配夹具20、装配工具30进行传递。在一个优选的实施例中,传送装置8可以为传送带,另在传送带与装配工作台10之间设置转运机械手。
上述技术方案介绍了装配工作台10、装配夹具库2、装配工具库3、取放装置4相互之间的运动结构,除此之外,本发明一个实施例中,装配工具台1上还设置有零件托盘15,用于放置装配作业时必须的装配零件,零件托盘15的承托结构与装配夹具20的标准更换托盘200的结构相同,且两者的型号一致,从而可以方便地实现零件托盘15的转运。
另外,在装配工作台10的周边还设置有自动供料设备5,通过自动供料设备5向装配工作台10自动化传送装配作业所必须的物料。
在本发明一个实施例中,如图14,装配工作台10的侧面连接有传送平台6,通过传送平台6将该装配作业单元1装配完成的产品传送至下一工位,或将需要装配的产品传递至该装配作业单元1。优选的,装配工作台10的侧面还设置有转运机械手7,通过转运机械手7实现产品在装配工作台10与传送平台6之间的转运。
在本发明优选的实施例中,装配机械手11、夹具取放机械手40、工具取放机械手41、转运机械手7的末端设置为相同的标准化接口结构,以使这些机械手具有良好的互换性、对接性。
下面详细描述本发明实施例的可重构柔性装配系统的工作过程:
1、对装配夹具库上的装配夹具、装配工具库上的装配工具进行编号,以便于控制系统识别每个装配夹具与装配工具;2、识别产品的装配作业工艺,判断所需要的装配夹具以及所需要的装配工具;3、装配夹具库运动,使所需的装配夹具运动至装配夹具的取放工位处,夹具取放机械手沿第一滑轨滑动至对应的高度处,然后夹具取放机械手运动调整其末段的位置和姿态,当达到理想的位置和姿态后,夹具取放机械手夹取对应的装配夹具,并将该装配夹具转运至装配夹具临时放置架;同时,装配工具库运动,使所需的装配工具运动至装配工具的取放工位处,工具取放机械手沿第二滑轨滑动至对应的高度处,然后工具取放机械手运动调整其末段的位置和姿态,当达到理想的位置和姿态后,工具取放机械手与对应的装配工具对接,并将装配工具转运至装配工具临时放置架,只有工具取放机械手与装配工具分离;4、装配机械手工作,其中,装配机械手的工作包括装配夹具的转移、装配作业;装配夹具需要从装配夹具临时放置架转运至与夹具快速更换接口对接,此时,装配机械手的末端与装配工作台上常备的托盘搬运夹爪对接,装配机械手带动托盘搬运夹爪运动至装配夹具临时放置架,提取装配夹具并带动装配夹具运动至夹具快速更换接口处,装配夹具与夹具快速更换接口通过电路、气路、机械的标准化接口实现快速的对接,完成装配夹具的转移后,将托盘搬运夹爪放置回初始位置后,移动至装配工具临时放置架,与对应的装配工具对接,运动至装配工位处,对产品进行装配作业;5、装配完成后的产品通过转运机械手以及传送平台传送至下一工位。
基于上述技术方案,在本发明其他的实施例中,可以通过多组装配夹具库2、装配工具库3、装配作业单元1和取放装置4组成的装配单元相连连接形成流水线,在流水线上,不同的装配单元可以用来实施不同的装配作业,以增加整体的装配效率。
在本发明实施例中,由于装配夹具20、装配工具30的对接具有良好的通用性,在装配作业时,为了合理利用装配夹具20与装配工具30,避免其闲置,可以将装配夹具库2、装配工具库3采用一拖多的方式与装配作业单元1进行连接,在一个实施例中,设置一个装配夹具库2、一个装配工具库3以及一个取放装置4,取放装置4可以实现对装配夹具库2内的装配夹具20以及装配工具库3内的装配工具30的取放,设置多个装配作业单元1,在取放装置4与多个装配作业单元1之间设置传送装置8,取放装置4将提取的装配夹具20、装配工具30放置于传送装置8上,通过传送装置8将装配夹具20、装配工具30传送至对应的装配作业单元1处,可以通过该装配作业单元1的转运机械手7或另外设置机械手将传送过来的装配夹具20、装配工具30传输到该装配作业单元1的装配工作台10上。
在此基础上,本发明实施例还提供了一种优选的方案,多组装配单元布置成环形结构,如图16,在环形结构的外圆设置多组装配作业单元,在环形结构的内圆设置多组装配夹具库2、装配工具库2以及取放装置4,通过环形结构的布置可以合理的减小整个装配作业所占的空间,同时,相邻两个装配作业单元1可以更加方便的共用一个装配夹具库2或装配工具库3。
以上是对本发明的较佳实施进行的具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。