CN110549331A - 精密孔轴自动装配的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

精密孔轴自动装配的方法，包括：1.采集技工预装、调试中手指压力数据，得到上述过程中零件受力变化曲线并将数据传输至数据库；2.用两个六轴机械臂对孔零件和轴零件进行抓取；3.引导机械臂进行孔轴预装；4.测量装配过程中轴零件与孔零件相触所产生的反馈力，记录各反馈力的作用点位置、大小和方向。计算当前零件空间位姿，并进行零件位置调整，使轴零件与孔零件中心精准定位；5.按照步骤1数据库中的零件受力变化曲线，通过分别控制末端执行器中五爪机械手的各手指的气囊的进气量，配合六维力传感器的实时力数据监控，重现步骤1中人手对零件的作用力。还包括实施发明方法的六轴机械臂的末端执行器。

Description

精密孔轴自动装配的方法和设备
技术领域
本发明涉及的是一种用于精密孔轴自动装配的方法和设备。
背景技术
在制造业不紧气的大背景下，一方面一些国家依靠低劳动力、资源丰富等优势开始发展中低端制造业，而另一方面高端制造产业开始向发达国家回流。对我国形成“双向挤压”的严峻挑战，故制造业纷纷转型升级，企业大力提高自动化水平。而在制造过程中，装配过程占40-60％,其中孔轴装配是机械装配中最为基础的任务。
而在传统高精度孔轴装配过程中，孔轴装配费时费力，同时装配精度对成品质量影响较大，往往需要人工多年培训的技工才能完成。在自动化装配过程中，高精度孔轴装配自动化极为困难，机器人装配过程中各方面的误差，会导致孔轴装配过程中产生偏差，影响孔轴同轴度，装配成功率较低，甚至导致后续装配出现的问题。
公开号CN102218652B的专利公开了一种利用机器人的柔顺性实现轴孔装配的装置和方法，但其并没有考虑装配过程中工件间力的作用，可能导致装配过程中工件的损坏，并根据实验显示，文中所用机器视觉仅能完成间隙大于1mm的孔轴装配。
发明内容
为解决现有技术的上述缺点，提供一种用于孔轴自动装配的方法和设备。
为实现上述目的，一种用于精密孔轴自动装配的方法，包括以下步骤：
1)采集前期数据；首先在技工手指第二指节处安装RFP弯曲薄膜电阻式传感器、在指肚处安装电阻式应变片，在手臂各关节处安装双轴角度测量传感器，这些传感器采集技工预装、调试直至成功装配过程中的手部压力及关节角度数据，通过这些数据计算得到零件受力与空间位姿变化并传输至数据库。
2)采用两个六轴机械臂，其结构如公开号CN202169594U的专利所述的ABB工业六轴机械臂所示，末端执行器为带气囊的五爪机械手，首先两臂分别通过机器视觉对孔零件和轴零件进行抓取。
3)利用机器视觉引导机械臂进行孔轴预装，具体采用公开号CN102218652B公开的利用机器视觉引导机械臂进行孔轴预装的方法。
4)在孔轴预装过程中，通过末端执行器顶部安装的六维力传感器，测量装配过程中轴零件与孔零件相触所产生的反馈力，记录各反馈力的作用点位置、大小和方向，计算得到当前零件空间位姿，根据当前零件空间位姿，比对步骤1)中数据库中零件空间位姿，并读出后续一系列零件受力与空间位姿变化数据。
5)通过控制机械臂移动模仿上述零件位姿的变化，通过分别控制末端执行器中五爪机械手的各手指的气囊的进气量，模仿上述零件所受力的大小，以完成装配。
实施前述的一种用于精密孔轴自动装配的方法的设备，包括所述的六轴机械臂的末端执行器，该末端执行器是一个带气囊的五爪机械手，包括中轴基部36、分别与五根手指对应的五根立柱式导轨39、滑块38和第一制动器气缸37，立柱式导轨39的底部连接在中轴基部36上，立柱式导轨39的顶部连接六维力传感器4；滑块38开有五个通孔，五根立柱式导轨39各自穿过滑块38上的通孔，固连在中轴基部36上的第一制动器气缸37连接滑块38，使滑块38在立柱式导轨39上运动；每个手指包括相互铰接的第一手指连杆32和第二手指连杆33，每个第一手指连杆32的上端分别铰接于滑块38上与立柱式导轨39对应的位置；第二手指连杆33呈曲尺形，一端铰接于所述中轴基部36，转角处铰接于所述第一手指连杆的下端，第二手指连杆33内部设有气管，气管与气囊34相通，通过气管外接气泵向气囊输气，控制气囊缩胀；第一制动器气缸37，带动滑块上下移动，以使所述第一手指连杆相对于所述滑块进行相对旋转，并且使所述第二手指连杆相对于所述中轴基部进行相对旋转。
第一制动器气缸下拉滑块，带动第一手指连杆和第二手指连杆旋转，以松开机械手，当其运动到夹持点处，第一制动器气缸上推滑块，以使第二手指连杆夹紧零件。当机械手夹紧零件后，气管外接气泵向气囊输气，控制气囊缩胀，以控制零件夹紧力与零件轴向角度。
本发明的优点是：在利用机器人的柔顺性实现轴孔的自动装配时考虑装配过程中工件间力的作用，防止装配过程中工件的损坏，提高了孔轴装配的成功率和精度。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
图2为本发明人手模型传感器布置图。
图3为本发明末端执行器结构图。
图4为本发明末端执行器中轴结构图。
图5为本发明末端执行器第二手指连杆结构图。
图6为本发明机械手第二手指连杆气囊通气管道轴向剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图中包含：电阻式应变片1，RFP弯曲薄膜电阻式传感器2，机械手3，中轴31，第一手指连杆32，第二手指连杆33，气囊34，通气管35，中轴基部36，第一制动器气缸37，滑块38，滑轨39，六维力传感器4。
为实现上述目的，一种用于精密孔轴自动装配的方法，包括以下步骤：
1)采集前期数据；首先在技工手指第二指节处安装2RFP弯曲薄膜电阻式传感器、在指肚处安装1电阻式应变片，在手臂各关节处安装双轴角度测量传感器，这些传感器采集技工预装、调试直至成功装配过程中的手部压力及关节角度数据，通过这些数据计算得到零件受力与空间位姿变化并传输至数据库。
2采用两个六轴机械臂，其结构如公开号CN202169594U的专利所述的ABB工业六轴机械臂所示，末端执行器为带34气囊的3五爪机械手，当两机械臂分别通过机器视觉运动到孔零件和轴零件上方时，3五爪机械手37第一制动器气缸下拉38滑块，带动32第一手指连杆和33第二手指连杆旋转，以松开机械手，当其运动到零件夹持点处，37第一制动器气缸上推38滑块，以使33第二手指连杆夹紧零件。
3)根据上述公开号CN102218652B利用机器视觉引导机械臂进行孔轴预装。
4)在孔轴预装过程中，通过末端执行器顶部安装的4六维力传感器，测量装配过程中轴零件与孔零件相触所产生的反馈力，记录各反馈力的作用点位置、大小和方向，计算得到当前零件空间位姿，根据当前零件空间位姿，比对步骤一中数据库中零件空间位姿，并读出后续一系列零件受力与空间位姿变化数据。
5)通过控制机械臂移动模仿上述零件位姿的变化，通过控制末端执行器中3机械手34气囊的进气量，控制34气囊缩胀，模仿上述零件夹紧力大小与零件轴向角度变化，以完成装配。
实施前述的一种用于精密孔轴自动装配的方法的设备，包括所述的六轴机械臂的末端执行器，该末端执行器是一个带气囊的五爪机械手，包括中轴基部36、分别与五根手指对应的五根立柱式导轨39、滑块38和第一制动器气缸37，立柱式导轨39的底部连接在中轴基部36上，立柱式导轨39的顶部连接六维力传感器4；滑块38开有五个通孔，五根立柱式导轨39各自穿过滑块38上的通孔，固连在中轴基部36上的第一制动器气缸37连接滑块38，使滑块38在立柱式导轨39上运动；每个手指包括相互铰接的第一手指连杆32和第二手指连杆33，每个第一手指连杆32的上端分别铰接于滑块38上与立柱式导轨39对应的位置；第二手指连杆33呈曲尺形，一端铰接于所述中轴基部36，转角处铰接于所述第一手指连杆的下端，第二手指连杆33内部设有气管，气管与气囊34相通，通过气管外接气泵向气囊输气，控制气囊缩胀；第一制动器气缸37，带动滑块上下移动，以使所述第一手指连杆相对于所述滑块进行相对旋转，并且使所述第二手指连杆相对于所述中轴基部进行相对旋转。
第一制动器气缸下拉滑块，带动第一手指连杆和第二手指连杆旋转，以松开机械手，当其运动到夹持点处，第一制动器气缸上推滑块，以使第二手指连杆夹紧零件。当机械手夹紧零件后，气管外接气泵向气囊输气，控制气囊缩胀，以控制零件夹紧力与零件轴向角度。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.精密孔轴自动装配的方法，包括以下步骤：
1)采集前期数据；首先在技工手指肚处安装电阻式应变片，这些传感器采集技工预装、调试直至成功装配过程中一系列手指压力数据，通过这些数据得到上述过程中零件受力变化曲线并将数据传输至数据库。
2)用两个六轴机械臂通过机器视觉对孔零件和轴零件进行抓取，六轴机械臂的末端执行器为带气囊的五爪机械手。
3)利用机器视觉引导机械臂进行孔轴预装。
4)在孔轴预装过程中，通过末端执行器顶部安装的六维力传感器，测量装配过程中轴零件与孔零件相触所产生的反馈力，记录各反馈力的作用点位置、大小和方向。计算当前零件空间位姿，并进行零件位置调整，使轴零件与孔零件中心精准定位。
5)按照步骤1)数据库中的零件受力变化曲线，通过分别控制末端执行器中五爪机械手的各手指的气囊的进气量，配合六维力传感器的实时力数据监控，重现步骤1)中人手对零件的作用力，以完成装配。
2.实施如权利要求1所述的精密孔轴自动装配的方法的设备，其特征在于：包括所述的六轴机械臂的末端执行器，该末端执行器是一个带气囊的五爪机械手，包括中轴基部(36)、分别与五根手指对应的五根立柱式导轨(39)、滑块(38)和第一制动器气缸(37)，立柱式导轨(39)的底部连接在中轴基部(36)上，立柱式导轨(39)的顶部连接六维力传感器(4)；滑块(38)开有五个通孔，五根立柱式导轨(39)各自穿过滑块(38)上的通孔，固连在中轴基部(36)上的第一制动器气缸(37)连接滑块(38)，使滑块(38)在立柱式导轨(39)上运动；每个手指包括相互铰接的第一手指连杆(32)和第二手指连杆(33)，每个第一手指连杆(32)的上端分别铰接于滑块(38)上与立柱式导轨(39)对应的位置；第二手指连杆(33)一端铰接于所述中轴基部(36)，第二手指连杆(33)还铰接于所述第一手指连杆的下端，第二手指连杆(33)内部设有气管，气管与气囊(34)相通，通过气管外接气泵向气囊输气，控制气囊缩胀；第一制动器气缸(37)，带动滑块上下移动，以使所述第一手指连杆相对于所述滑块进行相对旋转，并且使所述第二手指连杆相对于所述中轴基部进行相对旋转。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于：第二手指连杆(33)呈曲尺形，转角处铰接于所述第一手指连杆(32)的下端。
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