CN110788622A - 实训用基于相机的键盘自动装配装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及实训用基于相机的键盘自动装配装置，包括工作台、机械臂、相机和快换工具盘，快换工具盘不少于两个，机械臂安装在工作台上，还包括拍照架，拍照架上装有相机；按键托盘位于相机的下方，按键托盘上放置有多个按键；装配托盘上装有空键盘；成品托盘用于放置装配好的键盘；真空吸盘的一端装有快换工具盘；气动夹爪上装有快换工具盘；真空吸盘和气动夹爪均活动插在工具架上；拍照架、按键托盘、装配托盘和成品托盘均安装在工作台上，按键托盘、装配托盘和成品托盘均位于机械臂的工作范围内。该装置结构简单、成本低、通过相机获取按键的位置和姿态，通过机械臂实现抓取、姿态调整和装配，适用散乱零件的装配，能有效提高学员的操作技能。

Description

实训用基于相机的键盘自动装配装置

技术领域

本发明涉及一种自动装配装置，尤其是实训用基于相机的键盘自动装配装置。

背景技术

目前自动化设备的教学和培训多集中在简单的设备，尤其是功能简单的自动输送和自动码垛等，与工厂中实际应用结合不紧密，对学员的技能的提升有限，而实际应用中采用机械臂进行装配的情况很多，机械臂控制复杂，需要对整个工作流程进行规划，才能保证装配的正常进行；而学员不熟悉装配流程，因此需要适用实训的自动装配装置来提高学员的技能。

虽然按键装配有现成的自动化装配设备，但是这种设备适用大批量单一产品的生产使用，占地面积较大，成本高，并且是采用的直线模组和气缸等组成的，装配用的原料均是规则排列，实现的是简单装配，无需相机和功能强大的机械臂，这种设备无法实现对散乱元件进行定位和装配的功能，使学员也无法实现对相机功能的学习和操作，这种成套设备不适合学员基于相机的复杂装配培训使用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供适合学员培训使用、成本低、占地面积少、通过相机和机械臂实现散乱零件的自动装配，有效提高学员技能的实训用基于相机的键盘自动装配装置，具体技术方案为：

实训用基于相机的键盘自动装配装置，包括工作台、机械臂、相机和快换工具盘，所述快换工具盘不少于两个，所述机械臂安装在工作台上，还包括拍照架，所述拍照架上装有相机；按键托盘，所述按键托盘位于相机的下方，所述按键托盘上放置有多个按键；装配托盘，所述装配托盘上装有空键盘；成品托盘，所述成品托盘用于放置装配好的键盘；真空吸盘，所述真空吸盘的一端装有快换工具盘；气动夹爪，所述气动夹爪上装有快换工具盘；及工具架，所述真空吸盘和气动夹爪均活动插在工具架上；所述拍照架、按键托盘、装配托盘和成品托盘均安装在工作台上，所述按键托盘、装配托盘和成品托盘均位于机械臂的工作范围内。

通过采用上述技术方案，相机用于采集图像得出按键在按键托盘上的坐标位置和姿态，然后将坐标位置和姿态发送给机械臂，机械臂根据坐标位置准确的吸取按键，然后根据姿态转动按键，使按键转动到正确的角度进行装配。通过相机与机械臂配合实现精确的装配，提高学员对相机和机械臂的认知和操作技能。

按键托盘、装配托盘和成品托盘的位置固定，方便机械臂确定位置，保证按键的正常装配。

真空吸盘吸取方便按键方便，并且真空吸盘也为常用工具，提高学员对气动工具的认识水平。

气动夹爪用于将装配好的键盘从装配托盘上移动到成品托盘上。气动夹爪为常用工具，提高学员对常用工具的使用技能。

工具架用于放置工具，对工具的位置进行固定，方便机械臂更换工具，并且能放置多种工具，方便拓展功能。

通过相机采集按键的位置和姿态，通过机械臂实现按键安装到键盘上，实现了自动化装配，并且装配精度较高，与实际生产中的装配场景结合紧密，能有效提高学员的技能，使学员熟悉实际的装配流程，提高对相机、机械臂和气动工具的认识和操作技能。

进一步的，所述按键托盘上设有放料槽，所述按键活动位于放料槽中。

通过采用上述技术方案，放料槽防止按键掉落到工作台上，并且将按键限制在相机的拍照范围内，方便相机拍照。

进一步的，还包括光源，所述光源安装在按键托盘的两侧，且位于按键托盘的上方。

通过采用上述技术方案，光源提高相机采集图像的清晰度，保证得到准确的坐标。

进一步的，所述光源为条形光源；还包括光源支架，所述光源支架固定在按键托盘的两侧，所述光源支架顶部的两侧均设有调节板，所述调节板上设有转动孔和调节孔，所述调节孔为圆弧形的腰孔，所述调节孔的圆心与转动孔的圆心重合；转动轴，所述转动轴固定在条形光源的两端，所述转动轴转动安装在转动孔中；及定位螺钉，所述定位螺钉通过螺纹拧在条形光源的两端，且定位螺钉活动位于调节孔中。

通过采用上述技术方案，调节板方便调整条形光源的照射角度，从而保证光源覆盖按键托盘上的所有按键。

进一步的，所述装配托盘上设有第一定位槽，所述第一定位槽与键盘相匹配，所述键盘活动插在第一定位槽内。

通过采用上述技术方案，第一定位槽用于键盘进行定位，从而保证机械臂准确的进行装配。

进一步的，所述成品托盘上设有第二定位槽，所述第二定位槽与键盘相匹配，所述键盘活动插在第二定位槽内。

通过采用上述技术方案，第二定位槽方便对键盘进行限位，同时实现成品放置位置的要求，与实际生产中的流程相同，提高学员对装配流程的认知。

进一步的，还包括真空压力传感器，所述真空压力传感器与真空吸盘连接。

通过采用上述技术方案，真空压力传感器用于检测真空吸盘是否吸有按键，避免没有按键进行空装配，保证装配的可靠，提高学员对真空吸盘使用的认知。

进一步的，还包括工具挂板，所述工具挂板上的两端均设有定位孔，所述快换工具盘固定在工具挂板上；所述工具架包括工具底板，所述工具底板安装在工作台上；工具立柱，所述工具立柱固定在工具底板上，所述工具立柱不少于两个；工具销钉，所述工具销钉固定在工具立柱上，所述定位孔活动插在工具销钉上。

通过采用上述方案，工具架方便放置多种工具，实现工具的定位，方便机械臂抓取工具。

进一步的，所述拍照架包括拍照底板，所述拍照底板安装在工作台上；拍照立柱，所述拍照立柱固定在拍照底板上；滚珠丝杆，所述滚珠丝杆安装在拍照立柱上；丝杆螺母，所述丝杆螺母活动安装在滚珠丝杆上；直线导轨，所述直线导轨固定在拍照立柱上，且与滚珠丝杆平行；滑块，所述滑块滑动安装在直线导轨上；拍照座，所述拍照座固定在滑块上，且与丝杆螺母连接，所述相机安装在拍照座上；转动座，所述转动座固定在拍照立柱的顶部，所述滚珠丝杆的一端活动插在转动座上；锁紧螺钉，所述锁紧螺钉拧在转动座上，且位于滚珠丝杆的一侧，所述锁紧螺钉用于锁紧滚珠丝杆；手轮，所述手轮位于转动座的上方，且与滚珠丝杆的一端连接。

通过采用上述技术方案，滚珠丝杆的调节精度高，便于精确的调整相机的位置，从而保证照片的清晰度，提高识别精度。

锁紧螺钉防止滚珠丝杆自由转动，从而保证相机的位置稳定。

进一步的，所述工作台的顶部装有铝型材，所述铝型材并列设有多个。

通过采用上述技术方案，铝型材上设有多个安装槽，方便各种装置的快捷装卸，同时方便布局，使工作台的通用性较好，方便增加其它装置。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

本发明提供的实训用基于相机的键盘自动装配装置结构简单、占地面积小、成本低、通用性好、通过相机获取按键的位置和姿态，通过机械臂带动按键移动到键盘处，并同时调整按键的姿态，然后进行装配，能够实现复杂的散乱零件的装配，提高了学员对相机和机械臂的认知和操作技能，使学员熟悉装配流程。

附图说明

图1是实训用基于相机键盘自动装配装置的结构示意图；

图2是拍照架的结构示意图；

图3是拍照架的另一个视角的结构示意图；

图4是按键托盘的结构示意图；

图5是转盘托盘的结构示意图；

图6是成品托盘的结构示意图；

图7是工具架的结构示意图；

图8是真空吸盘与快换工具盘装配在一起的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图8所示，实训用基于相机键盘自动装配装置，包括工作台11、机械臂2、相机7和快换工具盘81，快换工具盘81不少于两个，机械臂2安装在工作台11上，还包括拍照架3，拍照架3上装有相机7；按键托盘4，按键托盘4位于相机7的下方，按键托盘4上放置有多个按键101；装配托盘5，装配托盘5上装有空键盘102；成品托盘6，成品托盘6用于放置装配好的键盘102；真空吸盘83，真空吸盘83的一端装有快换工具盘81；气动夹爪84，气动夹爪84上装有快换工具盘81；工具架7，真空吸盘83和气动夹爪84均活动插在工具架7上；拍照架3、按键托盘4、装配托盘5和成品托盘6均安装在工作台11上，按键托盘4、装配托盘5和成品托盘6均位于机械臂2的工作范围内。

相机7用于采集图像得出按键101在按键托盘4上的坐标位置和姿态，然后将坐标位置和姿态发送给机械臂2，机械臂2根据坐标位置准确的吸取按键101，然后根据姿态转动按键101，使按键101转动到正确的角度进行装配。通过相机7与机械臂2配合实现对散乱零件的精确的装配，提高学员对相机7和机械臂2的认知和操作技能。

按键托盘4、装配托盘5和成品托盘6的位置固定，方便机械臂2确定位置，保证按键101的正常装配。

真空吸盘83吸取方便按键101方便，并且真空吸盘83也为常用工具，提高学员对气动工具的认识水平。

气动夹爪84用于将装配好的键盘102从装配托盘5上移动到成品托盘6上。气动夹爪84为常用工具，提高学员对气动工具的使用技能。

工具架7用于放置工具，对工具的位置进行固定，方便机械臂2更换工具，并且能放置多种工具，方便拓展功能。

通过相机7采集按键101的位置和姿态，通过机械臂2实现按键101安装到键盘102上，实现了自动化装配，并且装配精度较高，能够对散乱零件进行装配，与实际生产中的装配场景结合紧密，能有效提高学员的技能，使学员熟悉实际的装配流程，提高对相机7、机械臂2和气动工具的认识和操作技能。

其中键盘102上设有用于装配的键槽103，键槽103与按键101相匹配，用于按键101的插入和拔出，方便重复使用，减低培训成本。

快换工具盘81为现有的成熟产品。快换工具盘81包含快换工具公盘和快换工具母盘，快换工具公盘和快换工具母盘实现快速更换。快换工具公盘安装于机械臂2的末端，快换工具母盘分别安装在真空吸盘83和气动夹爪84上。

机械臂2为六轴机械臂或七轴机械臂，机械臂2的应用较为广泛，控制也较复杂，但是能够实现较为复杂的功能，相比采用直线模组的自动化设备结构更加简单，采用机械臂2能够提高学员对机械臂2的认知和操作技能。

工作台11的顶部装有铝型材13，铝型材13并列设有多个。铝型材13上设有多个安装槽，方便各种装置的快捷装卸，同时方便布局，使工作台11的通用性较好，方便增加其它装置。

工作台11的顶部还装有框架12，框架12采用铝方管组成。框架12上装有透明亚克力防护门，透明亚克力防护门既可实现安全防护，保障操作安全，同时也方便观察加工情况。工作台11底部的内部用于放置机械臂2控制器、电气系统以及空气压缩机等。框架12的一侧配有悬臂窗，用于安装控制面板、触摸屏等部件，实现现场操作和人机交互。

按键托盘4上设有放料槽41，按键101活动位于放料槽41中。放料槽41防止按键101掉落到工作台11上，并且将散乱的按键101限制在相机7的拍照范围内，方便相机7拍照。

还包括光源43，光源43安装在按键托盘4的两侧，且位于按键托盘4的上方。光源43提高相机7采集图像的清晰度，保证得到准确的坐标和姿态。

光源43为条形光源43；还包括光源支架42，光源支架42固定在按键托盘4的两侧，光源支架42顶部的两侧均设有调节板45，调节板45上设有转动孔和调节孔451，调节孔451为圆弧形的腰孔，调节孔451的圆心与转动孔的圆心重合；转动轴44，转动轴44固定在条形光源43的两端，转动轴44转动安装在转动孔中；及定位螺钉，定位螺钉通过螺纹拧在条形光源43的两端，且定位螺钉活动位于调节孔451中。

调节板45方便调整条形光源43的照射角度，从而保证光源43覆盖按键托盘4上的所有按键101。

装配托盘5上设有第一定位槽，第一定位槽与键盘102相匹配，键盘102活动插在第一定位槽内。第一定位槽用于键盘102进行定位，从而保证机械臂2准确的进行装配。

成品托盘6上设有第二定位槽61，第二定位槽61与键盘102相匹配，键盘102活动插在第二定位槽61内。第二定位槽61方便对键盘102进行限位，同时实现成品放置位置的要求，与实际生产中的流程相同，提高学员对装配流程的认知。

还包括真空压力传感器，真空压力传感器与真空吸盘83连接。真空压力传感器用于检测真空吸盘83是否吸有按键101，避免没有按键101进行空装配，保证装配的可靠，提高学员对真空吸盘83使用的认知。

还包括工具挂板82，工具挂板82上的两端均设有定位孔，快换工具盘81固定在工具挂板82上；工具架7包括工具底板71，工具底板71安装在工作台11上；工具立柱72，工具立柱72固定在工具底板71上，工具立柱72不少于两个；工具销钉73，工具销钉73固定在工具立柱72上，定位孔活动插在工具销钉73上。工具架7方便放置多种工具，实现工具的定位，方便机械臂2抓取工具。

拍照架3包括拍照底板31，拍照底板31安装在工作台11上；拍照立柱32，拍照立柱32固定在拍照底板31上；滚珠丝杆33，滚珠丝杆33安装在拍照立柱32上；丝杆螺母，丝杆螺母活动安装在滚珠丝杆33上；直线导轨34，直线导轨34固定在拍照立柱32上，且与滚珠丝杆33平行；滑块，滑块滑动安装在直线导轨34上；拍照座38，拍照座38固定在滑块上，且与丝杆螺母连接，相机7安装在拍照座38上；转动座35，转动座35固定在拍照立柱32的顶部，滚珠丝杆33的一端活动插在转动座35上；锁紧螺钉36，锁紧螺钉36拧在转动座35上，且位于滚珠丝杆33的一侧，锁紧螺钉36用于锁紧滚珠丝杆33；手轮37，手轮37位于转动座35的上方，且与滚珠丝杆33的一端连接。

手轮37方便转动滚珠丝杆，滚珠丝杆33的调节精度高，便于精确的调整相机7的位置，从而保证照片的清晰度，提高识别精度。锁紧螺钉36防止滚珠丝杆33自由转动，从而保证相机7的位置稳定。

工作时，先调整相机7的位置，使相机7能够将按键托盘4上的按键101全部采集到，从而得到所有按键101的位置坐标和姿态；然后机械臂2移动到工具架7上方，机械臂2通过快换工具盘81与真空吸盘83连接，机械臂2根据按键101的坐标将真空吸盘83移动到相应的按键101上方，通过真空吸盘83吸取按键101，将按键101移动到装配托盘5的上方，然后机械臂2根据姿态转动按键101，使按键101与键槽103相匹配，然后将按键101插入到键盘102的键槽103中，并且根据设定的装配顺序依次将键盘102上的键槽103全部安装上按键101；当键盘102上的按键101装配完成后再对装配托盘5上的其它键盘102进行按键101的装配，当所有键盘102均安装好按键101后机械臂2移动到工具架7的上方，将真空吸盘83上的工具挂板82插到工具架7顶部的工具销钉73上，然后移动到气动夹爪84的上方，通过安装在气动夹爪84上的快换工具盘81与气动夹爪84连接，机械臂2带动气动夹爪84移动到装配托盘5上方，机械臂2带动气动夹爪84将键盘102夹住，然后将键盘102移动到成品托盘6的上方，并将装配好的键盘102放置到成品托盘6的第二定位槽61中。

由于按键101与键盘102是活动连接的，因此可以重复使用，降低了实训成本。也可以通过机械臂2带动真空吸盘83从键盘102上将按键101依次拆下，然后将按键101放回到按键托盘4上，进行拆卸按键101的培训，实现多种场景的实训，大大提高了实训设备的利用率。

Claims (10)

1.实训用基于相机的键盘自动装配装置，包括工作台、机械臂、相机和快换工具盘，所述快换工具盘不少于两个，所述机械臂安装在工作台上，其特征在于，还包括

拍照架，所述拍照架上装有相机；

按键托盘，所述按键托盘位于相机的下方，所述按键托盘上放置有多个按键；

装配托盘，所述装配托盘上装有空键盘；

成品托盘，所述成品托盘用于放置装配好的键盘；

真空吸盘，所述真空吸盘的一端装有快换工具盘；

气动夹爪，所述气动夹爪上装有快换工具盘；及

工具架，所述真空吸盘和气动夹爪均活动插在工具架上；

所述拍照架、按键托盘、装配托盘和成品托盘均安装在工作台上，所述按键托盘、装配托盘和成品托盘均位于机械臂的工作范围内。

2.根据权利要求1所述的实训用基于相机的键盘自动装配装置，其特征在于，所述按键托盘上设有放料槽，所述按键活动位于放料槽中。

3.根据权利要求1所述的实训用基于相机的键盘自动装配装置，其特征在于，还包括光源，所述光源安装在按键托盘的两侧，且位于按键托盘的上方。

4.根据权利要求3所述的实训用基于相机的键盘自动装配装置，其特征在于，所述光源为条形光源；

还包括光源支架，所述光源支架固定在按键托盘的两侧，所述光源支架顶部的两侧均设有调节板，所述调节板上设有转动孔和调节孔，所述调节孔为圆弧形的腰孔，所述调节孔的圆心与转动孔的圆心重合；

转动轴，所述转动轴固定在条形光源的两端，所述转动轴转动安装在转动孔中；及

定位螺钉，所述定位螺钉通过螺纹拧在条形光源的两端，且定位螺钉活动位于调节孔中。

5.根据权利要求1所述的实训用基于相机的键盘自动装配装置，其特征在于，所述装配托盘上设有第一定位槽，所述第一定位槽与键盘相匹配，所述键盘活动插在第一定位槽内。

6.根据权利要求1所述的实训用基于相机的键盘自动装配装置，其特征在于，所述成品托盘上设有第二定位槽，所述第二定位槽与键盘相匹配，所述键盘活动插在第二定位槽内。

7.根据权利要求1所述的实训用基于相机的键盘自动装配装置，其特征在于，

还包括工具挂板，所述工具挂板上的两端均设有定位孔，所述快换工具盘固定在工具挂板上；

所述工具架包括

工具底板，所述工具底板安装在工作台上；

工具立柱，所述工具立柱固定在工具底板上，所述工具立柱不少于两个；

工具销钉，所述工具销钉固定在工具立柱上，所述定位孔活动插在工具销钉上。

8.根据权利要求1所述的实训用基于相机的键盘自动装配装置，其特征在于，还包括真空压力传感器，所述真空压力传感器与真空吸盘连接。

9.根据权利要求1所述的实训用基于相机的键盘自动装配装置，其特征在于，所述拍照架包括

拍照底板，所述拍照底板安装在工作台上；

拍照立柱，所述拍照立柱固定在拍照底板上；

滚珠丝杆，所述滚珠丝杆安装在拍照立柱上；

丝杆螺母，所述丝杆螺母活动安装在滚珠丝杆上；

直线导轨，所述直线导轨固定在拍照立柱上，且与滚珠丝杆平行；

滑块，所述滑块滑动安装在直线导轨上；

拍照座，所述拍照座固定在滑块上，且与丝杆螺母连接，所述相机安装在拍照座上；

转动座，所述转动座固定在拍照立柱的顶部，所述滚珠丝杆的一端活动插在转动座上；

锁紧螺钉，所述锁紧螺钉拧在转动座上，且位于滚珠丝杆的一侧，所述锁紧螺钉用于锁紧滚珠丝杆；

手轮，所述手轮位于转动座的上方，且与滚珠丝杆的一端连接。

10.根据权利要求1所述的实训用基于相机的键盘自动装配装置，其特征在于，所述工作台的顶部装有铝型材，所述铝型材并列设有多个。

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