CN110767389A - 一种基于工业机器人的线束自动包覆设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于工业机器人的线束自动包覆设备，包括：工业机器人本体、控制柜、布线板、末端执行器、端末置具、智能视觉检测系统；其中：末端执行器设置于所述工业机器人本体上，用于实现线束的包裹；端末置具设置于所述布线板上，用于固定线束端子；且当线束受到的张紧力超过许用拉力值，能够自动释放线束以防线束损坏；智能视觉检测系统包括：智能相机、条形光源；其用于检测线束包裹是否缺包以及对支点的位置判断；智能相机设置于所述末端执行器上，其用于采集布线板上的图像信息；条形光源设置于所述布线板上，其用于为智能相机提供光源；智能相机内的图像处理单元用于对智能相机采集到的图像信息进行处理。

Description

一种基于工业机器人的线束自动包覆设备

技术领域

本发明涉及一种线束组装领域，具体涉及一种基于工业机器人的线束自动包覆设备。

背景技术

线束行业发展迅猛，以中国为首的亚洲线束行业将在2020年占全球一半以上的份额。但现阶段线束加工行业仍处于人力消耗大，高端供给严重不足的状态。现有的包覆设备具有运动不平衡、手持设备笨重等缺点，只能包覆直线型线束，包覆的效率也不高、质量参差不齐。所以为了降低人力成本及提高线束包覆效率与质量，自动完成多分支多类型线束包覆，线束的自动化、智能化包覆设备是线束行业发展新趋势。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于工业机器人的线束自动包覆设备。本发明的技术方案如下：

一种基于工业机器人的线束自动包覆设备，包括：工业机器人本体、控制柜、布线板、末端执行器、端末置具、智能视觉检测系统；其中：

所述末端执行器设置于所述工业机器人本体上，其用于实现线束的包裹；

所述端末置具设置于所述布线板上，其用于固定线束端子，以便线束的包覆；且当线束受到的张紧力超过许用拉力值，能够自动释放线束以防线束损坏；

所述智能视觉检测系统包括：智能相机、条形光源；其用于检测线束包裹是否缺包以及对支点位置的判断；

所述智能相机包括：图像采集单元，图像处理单元和通讯单元，其设置于所述末端执行器上；

所述条形光源设置于所述布线板上，其用于为智能相机提供光源；

所述图像采集单元，用于采集布线板上的图像信息；

所述图像处理单元用于对上述采集到的图像信息进行处理。

可选地，所述末端执行器包括：机构底座、飞轮、送带部分和断带部分；

所述机构底座通过法兰与所述工业机器人本体相连；

所述送带部分包括导向轮、一个及以上胶带套；

所述断带部分包括相互连接的粘附板和刀具；

所述飞轮设置于所述机构底座上，并可在所述机构底座上作圆周旋转；所述送带部分和所述断带部分设置于所述飞轮上。

可选地，所述末端执行器还包括配重杆；所述飞轮上设置有滑槽，所述配重杆设置于滑槽中，且可在滑槽中滑动。

可选地，所述飞轮为U型开口，所述U型开口的末端对应设置有断带部分；所述U型开口的始端对应设置有一带有窄口的扇形部件，该述窄口与所述U型开口连通。

可选地，所述扇形部件的位置位于或靠近所述飞轮的中心。

可选地，所述末端执行器还包括：传动部分，该述传动部分包括主动轮、两个传动轮、若干个外侧辅助轮、若干个内侧辅助轮、电机；其中：

所述主动轮和两个传动轮均设置于所述机构底座上，且位于所述飞轮的外侧；所述两个传动轮分别位于所述主动轮两侧，三者形成三角分布的位置关系；该述两个传动轮分别与所述主动轮啮合，且分别与所述飞轮的外侧啮合；

该述若干个外侧辅助齿轮分布于所述飞轮的外侧，并分别与所述飞轮的外侧啮合；

所述若干个内侧辅助轮分布于所述飞轮的内侧，且分别与所述飞轮的内侧为线接触；

所述电机与所述主动轮连接，用于驱动主动轮。

可选地，所述飞轮的U型开口在飞轮外侧边上的宽度小于任意一个传动轮与飞轮外侧接触部分的宽度。

可选地，所述端末置具包括：端末置具主体、电推缸、弹簧、盖板、支撑杆、压敏传感器；其中：

所述电推缸放置于端末置具主体下部；所述端末置具主体设置有用于容置线束端子的线束卡槽；所述线束卡槽底部开有孔洞，该述孔洞对应所述电推缸的推杆，以便所述推杆通过；

所述压敏传感器放置于所述线束卡槽的前部；所述盖板置于所述线束卡槽上部，并由所述弹簧与所述端末置具主体相连接。

可选地，工业机器人本体对应设置有机器人控制器，该述机器人控制器设置于控制柜中；所述智能相机通过其通讯单元与所述机器人控制器进行通讯。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明设计的末端执行器配合工业机器人有效的实现了多分支线束包覆的自动化，并通过线束工位识别与线束末端是否缺包智能化检测加强了线束包覆的智能化，降低了人力成本，提高了生产效率和包覆质量，对于线束行业具有较高的应用价值。

本发明的设备能通过工业机器人与末端执行器(包覆机构)的配合，包覆多分支线束，解决了一般包覆设备只能包覆直线的缺点。

本发明的设备可以通过视觉检测系统自动识别通过检测算法检测线束末端是否缺包以及支点位置判断，解决了一般包覆设备包覆容易出现的线束末端缺包的质量问题，提高了包覆质量。

本发明的设备可以根据工艺要求，选择包覆的类型(花包、密包、间隔包)以及胶带宽度规格与胶带材料(布基胶带、波纹管、PVC和工业塑料布)，实现了线束包覆设备的通用性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明具体实施例一种基于工业机器人的线束自动包覆设备的结构示意图；

图2是本发明具体实施例末端执行器的结构示意图；

图3是本发明具体实施例末端执行器的传动部分的结构示意图；

图4是本发明具体实施例端末置具的结构示意图；

图5是本发明具体实施例端末置具压力信号传递过程示意图；

图6是本发明具体实施例智能视觉检测系统的结构示意图；

图7是本发明具体实施例线束包裹各阶段的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1，本实施例公开了一种基于工业机器人的线束自动包覆设备，包括：工业机器人本体1、控制柜2、布线板3、末端执行器4、端末置具7、智能视觉检测系统；其中：

所述末端执行器4设置于所述工业机器人本体上，其用于实现线束的包裹；本实施例中，所述末端执行器设置于该述工业机器人本体上的机器人手臂上。工业机器人本体1对应设置有机器人控制器，该述机器人控制器设置于控制柜中；

所述端末置具7设置于所述布线板3上，其用于固定线束端子，以便线束的包覆；且当线束受到的张紧力超过许用拉力值，能够自动释放线束以防线束损坏。

所述智能视觉检测系统包括：智能相机5、条形光源6、光源控制器；其用于检测线束包裹是否缺包；

所述智能相机5设置于所述末端执行器上，其用于采集布线板3上的图像信息；本实施例中，所述智能相机设置于该述工业机器人本体上的机器人手臂上。

所述条形光源6设置于所述布线板3上，其用于为智能相机提供光源；本实施例中，在布线板3的上端和下端分别都安装了条形光源6。

所述光源控制器用于启/停或调节条形光源的亮度，其与条形光源6连接。所述光源控制器置于所述控制柜内。

所述智能相机包括：图像采集单元，图像处理单元和通讯单元，其设置于所述末端执行器上；

所述图像采集单元用于采集布线板上的图像信息；

所述条形光源设置于所述布线板上，其用于为智能相机提供光源；

所述图像处理单元用于对智能相机采集到的图像信息进行处理。

如图2和图3，末端执行器主要是通过自身机构圆周运动使胶带在旋转中心实现线束的包覆功能。该末端执行器包括机构底座8、飞轮9、送带部分和断带部分15、配重杆13。其中：

所述机构底座8通过一连接件10上的法兰与机器人手臂相连；所述飞轮9设置于所述机构底座8上，并可在所述机构底座8上作圆周旋转；所述送带部分和所述断带部分设置于所述飞轮上。所述飞轮9上设置有滑槽，所述配重杆13设置于滑槽中，且可在滑槽中滑动。

所述送带部分包括导向轮14、一个及以上胶带套；本实施例中，在飞轮9上设置了两个胶带套12-1，12-2。所述断带部分15包括相互连接的粘附板20和刀具21。胶带轮的数量这里仅为举例，本发明不对胶带轮的具体数量作出限定。

所述飞轮9为U型开口，所述U型开口的末端对应设置有断带部分；所述U型开口的始端对应设置有一带有窄口的扇形部件，该述窄口与所述U型开口连通。

本实施例中，所述扇形部件的位置位于或靠近所述飞轮的中心。

包覆时将胶带固定在飞轮一侧的胶带套12-1或12-2上，可根据滑槽微调转矩的配重杆13，使机构旋转时处于相对平衡状态，避免了飞轮产生较大的偏心距。飞轮9作圆周旋转时，固定好的胶带通过导向轮14及飞轮中心的扇形部件的窄口在飞轮中心的包覆点处出胶，由粘带断带部分15自动粘附在线束上以包覆线束，结束后自动切断。

所述末端执行器还包括：传动部分，该述传动部分包括主动轮16、两个传动轮17、若干个外侧辅助轮18、若干个内侧辅助轮19、电机；所述电机安装于电机架11上，并与主动轮16连接，用于驱动主动轮16的运动。其中：

所述主动轮16和两个传动轮17均设置于所述机构底座上，且位于所述飞轮9的外侧；所述两个传动轮17分别位于所述主动轮16两侧，三者形成三角分布的位置关系；该述两个传动轮17分别与所述主动轮16啮合，且分别与所述飞轮9的外侧啮合；

该述若干个外侧辅助齿轮18分布于所述飞轮9的外侧，并分别与所述飞轮的外侧啮合；

所述若干个内侧辅助轮19分布于所述飞轮9的内侧，且分别与所述飞轮9的内侧为线接触；

本实施例中，设置有4个外侧辅助齿轮18和7个内侧辅助轮19。

包覆线束时，首先由电机通过联轴器带动主动轮16，主动轮带动两侧三角分布的传动轮17，飞轮9在4个外轮18和7个内轮的辅助下通过传动轮17完成机构的旋转。

本实施例中，所述飞轮9的U型开口在飞轮外侧边上的宽度小于任意一个传动轮与飞轮外侧接触部分的宽度。该种结构体现为飞轮9设计为齿圈处开口较小(U型口开口处)中间较大的结构，这种结构保留了飞轮中心处线束包覆的空间，同时可以使飞轮齿圈9与2个传动轮17啮合时始终有1个传动轮17的传动是完整的，另一个传动轮17能达到部分啮合，保持了传动的持续性与稳定性。4个外侧辅助齿轮18、7个内侧辅助19与飞轮9都是线接触，阻力较小，传动效率不会受到其影响，同时4个外侧辅助齿轮18与7个内侧辅助轮在传动时可以起到使飞轮9中心在旋转时不发生偏移，始终处于包覆点的作用，保证了出胶点在线束包覆点处。粘带断带部分可以实现胶带自动粘带与断带。粘带断带部分15由粘附面20与刀具21组成。为了使胶带在初始阶段能自动粘附于线束上，把胶带从胶带套处拉至刀具21处，并粘附于粘附板20上，当线束包覆时，粘附板上的胶带靠近将要包覆的线束，通过飞轮9的转动将胶带粘附于线束上完成自动粘附线束的功能。为了实现胶带的自动断带，在完成线束包覆后，末端执行器4的U型开口向下，并通过机器人手臂上升把胶带拉至刀具21刀口处，飞轮9再次旋转，让胶带面与刀口成30度进行断带。

布线板3上根据实际需要，会设置多个端末置具。端末置具作用主要固定线束端子，以便线束的包覆；且当线束受到的张紧力超过许用拉力值，能够自动释放线束以防线束损坏。如图4，以一个端末置具为例，对其结构进行说明。所述端末置具包括：端末置具主体22、电推缸23、弹簧24、盖板25、支撑杆26、压敏传感器27；其中：

电推缸23放置于端末置具主体22下部；所述端末置具主体22设置有用于容置线束端子的线束卡槽；在端末置具主体22线束卡槽底部开有孔洞，，该述孔洞对应所述电推缸的推杆，以便电推缸23推杆通过；压敏传感器27放置于线束卡槽的前部；盖板25置于端末置具主体22卡槽上部，并由弹簧24(弹簧始终处于压缩状态)与端末置具主体22相连接。

端末置具固定线束端子流程：首先手动把盖板25向上拉至线束端子可以放入的高度(弹簧24被压缩)，然后把线束端子卡入端末置具主体22线束卡槽内，再放开盖板25，使其回到原来位置(如图4所示)，固定线束端子完成。

自动释放线束过程：当压敏传感器27检测到处于固定状态的线束受到的拉力值超过许用值(信号传递过程如图5所示)，电推缸23伸长推杆通过端末置具主体22中的线束卡槽底部的孔洞将线束端子向上顶出线束卡槽，这时线束端子由于受到沿着线束轴向张紧力作用，被拉出端末置具主体22，自动释放线束端子完成。

如图6，本实施例中，智能视觉检测系统可以减少线束末端缺包的现象以及对支点位置判断，提高了包覆质量。其具体操作过程如下：

线束包覆时，末端执行器对线束的拉力会使线束产生一定的拉伸变形，从而支点位置发生偏移，造成线束末端缺包的质量问题。该智能视觉检测系统利用智能相机采集图像，在得出支点信息后，对支点位置判断，如发生支点位置偏移，智能相机通过通讯单元发送信号给机器人控制器，机器人执行相应动作进行补包，解决了线束包覆不完整的质量问题。

识别前，先取得未包覆线束节点坐标，进一步包括：将工业机器人手臂移到布线板的中央高处，利用安装于末端执行器处的智能相机的图像采集单元采集布线板的图像信息。将采集到的图像通过智能相机的图像处理单元进行图像处理，该述处理包括：预处理(双边滤波、梯度腐蚀、二值化等)、边缘拟合、角点检测以及工位特征点的筛选得到比较精确的线束节点的信息，以便后面的包覆检测。

线束包覆时，当包覆到线束分支初始坐标时，安装于末端执行器的智能相机在光源的照射下实时采集线束图像，智能相机的图像处理单元对实时线束图像进行处理，与未包覆部分的分支点坐标进行对比，判断该坐标点距离是否超过5mm。未超出范围时，末端执行器断带，进行下一分支包覆；如超过范围时，继续包覆，直至达到5mm以内断带，结束包覆。

如图7为线束包裹各阶段的示意图。

本实施例中，所述线束自动包覆设备可以选择的包覆材料主要是布基胶带、波纹管、PVC和工业塑料布。可以选择的线束包覆类型分为定点包覆、间隔包以及密包。密包类型为0.5重合率的包覆，间隔包类型是线束被均匀的裸露在外，两者均在包覆时做螺旋线运动。定点包则在不断做圆周运动并每段包覆之间有间隔距离。末端执行器的包覆速度控制在150～200r/min。工业机器人手臂的前进速度30～36mm/s。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种基于工业机器人的线束自动包覆设备，其特征在于，包括：工业机器人本体、控制柜、布线板、末端执行器、端末置具、智能视觉检测系统；其中：

所述末端执行器设置于所述工业机器人本体上，其用于实现线束的包裹；

所述端末置具设置于所述布线板上，其用于固定线束端子，以便线束的包覆；且当线束受到的张紧力超过许用拉力值，能够自动释放线束以防线束损坏；

所述智能视觉检测系统包括：智能相机、条形光源；其用于检测线束包裹是否缺包以及对支点位置的判断；

所述智能相机包括：图像采集单元，图像处理单元和通讯单元，其设置于所述末端执行器上；

所述条形光源设置于所述布线板上，其用于为智能相机提供光源；

所述图像采集单元，用于采集布线板上的图像信息；

所述图像处理单元用于对上述采集到的图像信息进行处理。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述末端执行器包括：机构底座、飞轮、送带部分和断带部分；

所述机构底座通过法兰与所述工业机器人本体相连；

所述送带部分包括导向轮、一个及以上胶带套；

所述断带部分包括相互连接的粘附板和刀具；

所述飞轮设置于所述机构底座上，并可在所述机构底座上作圆周旋转；所述送带部分和所述断带部分设置于所述飞轮上。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述末端执行器还包括配重杆；所述飞轮上设置有滑槽，所述配重杆设置于滑槽中，且可在滑槽中滑动。

4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述飞轮为U型开口，所述U型开口的末端对应设置有断带部分；所述U型开口的始端对应设置有一带有窄口的扇形部件，该述窄口与所述U型开口连通。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述扇形部件的位置位于或靠近所述飞轮的中心。

6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述末端执行器还包括：传动部分，该述传动部分包括主动轮、两个传动轮、若干个外侧辅助轮、若干个内侧辅助轮、电机；其中：

所述主动轮和两个传动轮均设置于所述机构底座上，且位于所述飞轮的外侧；所述两个传动轮分别位于所述主动轮两侧，三者形成三角分布的位置关系；该述两个传动轮分别与所述主动轮啮合，且分别与所述飞轮的外侧啮合；

该述若干个外侧辅助齿轮分布于所述飞轮的外侧，并分别与所述飞轮的外侧啮合；

所述若干个内侧辅助轮分布于所述飞轮的内侧，且分别与所述飞轮的内侧为线接触；

所述电机与所述主动轮连接，用于驱动主动轮。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述飞轮的U型开口在飞轮外侧边上的宽度小于任意一个传动轮与飞轮外侧接触部分的宽度。

8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述端末置具包括：端末置具主体、电推缸、弹簧、盖板、支撑杆、压敏传感器；其中：

所述电推缸放置于端末置具主体下部；所述端末置具主体设置有用于容置线束端子的线束卡槽；所述线束卡槽底部开有孔洞，该述孔洞对应所述电推缸的推杆，以便所述推杆通过；

所述压敏传感器放置于所述线束卡槽的前部；所述盖板置于所述线束卡槽上部，并由所述弹簧与所述端末置具主体相连接。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，工业机器人本体对应设置有机器人控制器，该述机器人控制器设置于控制柜中；所述智能相机通过其通讯单元与所述机器人控制器进行通讯。

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