CN110860890A - 一种用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线 - Google Patents

Abstract

本发明用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线，包括AGV运输小车、方向舵装配机器人工位、动力轴装配机器人工位、在线检测机器人工位和综合控制箱，方向舵装配机器人工位、动力轴装配机器人工位和在线检测机器人工位设于AGV运输小车行走轨道两侧，装配机器人工装将无人艇动力舱内的方向舵舵、动力主轴等零部件的上料、装配和调试检测等功能集合到一起，通过机器人在线检测工装和在线调试工装对无人艇动力舱的装配实现自动化检测和在线调试，自动化程度高，装配、运输快速、工作节拍准确，可适应不同种类、不同尺寸的小型无人艇尾部动力舱的装配要求，降低了成本投入，提高了装配效率，缩短了生产周期。

Description

一种用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线

技术领域

本发明涉及无人艇制造装配技术中的一种用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线。

背景技术

海洋资源的开发和利用已成为世界所趋、国家大势，受海洋自然条件和人类自身生理条件的限制，仅仅依靠人力或者通过有人驾驶操纵的船舶很难全面利用海洋资源；无人艇作为一种维护成本低，使用效率高的新兴海洋装备，是深化海洋资源开发与国家海洋利益保护中不可或缺的重要装备，无人艇正向着小型化、集成化、高速化，多用途化发展；传统无人艇制造装配工艺高度依赖人工装配，例如方向舵、水平舵零部件的上料、装配等，耗时耗力多，效率低下，特别是半潜式无人艇尾部动力舱的水平舵、动力主轴，体积大，重量较重，安装连接操作不方便，现有技术中用于自动装配水面交通设备的机器人主要集中于大型船舶的船舵或方向快速轮的装配技术领域，例如专利号为CN 105966591的一种大型集装箱船舶船舵装配结构，缺少能够自动完成小型无人艇动力设备装配工作的机器人设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够完成小型无人艇尾部动力舱自动化装配，无需操作人员手动操纵，提高装配效率和装配质量，占用空间少，减轻人工劳动强度，成本低，用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线、控制系统及其操作方法。

本发明用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线，其特征在于：包括有安装平台，安装平台中部设置有AGV运输小车，AGV运输小车能够沿安装平台中部行走轨道来回移动，待装配的无人艇尾部动力舱壳体限位安置在AGV运输小车上方；安装平台上方位于行走轨道两侧的空间后端分别设置有第一方向舵装配机器人工位、第二方向舵装配机器人工位，两侧空间中部分别设置有第一动力主轴装配机器人工位、第二动力主轴装配机器人工位，两侧空间前端分别设置有在线检测机器人、在线调试机器人；安装平台前端外部连接有综合控制箱，一侧外部连接有主控制台；

所述AGV运输小车包括带有动力装置的底盘，底盘上方前后两端分别设置有能够限位支撑无人艇尾部动力舱壳体的前支撑架、后支撑架，前支撑架设置有与无人艇尾部动力舱壳体前端外圆周面相适应的弧形支撑段，弧形支撑段两端分别固定连接有水平直线导轨和滑块，底盘上还安装有重量传感器；

所述第一方向舵装配机器人工位包括有第一机器人平台，第一机器人平台底部通过螺栓连接固定在安装平台上，第一机器人平台的机械臂前端通过法兰盘固定连接有第一装配机器人工装；第一装配机器人工装包括有第一固定连接板，第一固定连接板一侧侧边固定安装有第一宽型气缸，上端固定安装有第一手指气缸，下端固定安装有第一工业摄像机；

第二方向舵装配机器人工位包括有第二机器人平台，第二机器人平台底部通过螺栓连接固定在安装平台上，第二机器人平台的机械臂前端通过法兰盘固定连接有第二装配机器人工装；第二装配机器人工装包括有第二固定连接板，第二固定连接板上端固定安装有第二手指气缸，下端固定安装有第二工业摄像机，一侧侧边通过虬批抱箍固定安装有第一电批；

第一动力主轴装配机器人工位包括有第三机器人平台，第三机器人平台底部通过螺栓连接固定在安装平台上，第三机器人平台的机械臂前端通过法兰盘固定连接有第一装配机器人工装；

第二动力主轴装配机器人工位包括有第四机器人平台，第四机器人平台底部通过螺栓连接固定在安装平台上，第四机器人平台的机械臂前端通过法兰盘固定连接有第二装配机器人工装；

在线检测机器人、在线调试机器人沿行走轨道中心线对称设置，底部分别通过螺栓连接固定在安装平台上；在线检测机器人包括有能够检测无人艇尾部动力舱装配间隙的在线检测机器人工装，在线调试机器人包括有能够在线调试无人艇尾部动力舱方向舵和主电机的在线调试机器人工装；

在线检测机器人工装包括固定连接在在线检测机器人机械臂前端法兰盘上的第三固定连接板，第三固定连接板一侧固定安装有电子带表量规，下端固定安装有第三工业摄像机，上端固定安装有手动电子量仪；

在线调试机器人工装包括固定连接在在线调试机器人机械臂前端法兰盘上的第四固定连接板，第四固定连接板一侧固定安装有电子量仪，上端固定安装有第三手指气缸，下端固定安装有手持式电动拧紧扳手；

主控制台通过综合控制箱经线束连通至AGV运输小车、第一方向舵装配机器人工位、第二方向舵装配机器人工位、第一动力主轴装配机器人工位、第二动力主轴装配机器人工位、在线检测机器人、在线调试机器人，并能够通过控制系统控制各工位按序动作；

所述安装平台前端外部还连接有备用控制箱，相对于主控制面板的另一侧外部连接有备用控制台；

所述安装平台四周边缘设置有安全防护栏，防护栏靠近安装平台后端的一侧设置有入口，另一侧前端设置有出口，行走轨道自入口延伸至出口构成Z字形结构，入口、出口外部分别连接有导向斜坡；主控制台固定安装于出口处防护栏外部，备用控制台固定安装于入口处防护栏外部，综合控制箱、备用控制箱都固定安装于安装平台前端防护栏外部；

本发明还涉及上述用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线的控制系统，其特征在于：包括有PLC可编程控制器、HMI触控屏、主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块、主电机驱动器、方向舵直线电机驱动器、重量传感器、控制按钮、接近开关和电池单元；

PLC可编程控制器通讯连接至IGBT整流逆变模块、主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块；PLC可编程控制器上集成有PWR电源模块、数字量信号输入输出模块、ADC模拟信号输入输出模块以及PORT串口通讯模块：ADC模拟量输入模块通讯连接至重量传感器、接近开关；数字量输入输出模块通讯连接至控制按钮；PORT串口通讯模块通过串口通讯线与HMI触控屏实现串口通讯并能够接收触控屏的指令以及反馈PLC可编程控制器的实时数据、与其他装配机器人控制器实现串口通讯并能够发送PLC可编程控制器的指令以及反馈装配机器人控制器的实时数据；PLC可编程控制器通过PWR电源模块连接有电池单元，电池单元通过电源线同时电连接至方向舵直线电机驱动器；

主电机驱动器、方向舵直线电机驱动器分别通过信号线线束插座连接至主电机、方向舵直线电机；主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块分别设置有IGBT整流逆变接口和PWM脉冲输出接口，主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块分别通过相应IGBT整流逆变接口与电池单元相连，通过相应PWM脉冲输出接口经通讯线分别与主电机驱动器、方向舵直线电机驱动器的PWM脉冲输入接口相连；

所述PLC可编程控制器、HMI触控屏、主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块、主电机驱动器、方向舵直线电机驱动器和电池单元集成安装在综合控制箱内，控制按钮安装在主控制台面板上，重量传感器安装在AGV运输小车的底盘上；接近开关分散安装在接近方向舵装配机器人工位、动力轴装配机器人工位和在线检测机器人工位的轨道附件上；

所述PLC可编程控制器为西门子S7-200控制器；

所述PLC可编程控制器上集成有PORT1第一串口通讯模块、PORT0第二串口通讯模块两个串口通讯模块，第一串口通讯模块连接至触控显示屏，第二第一串口通讯模块连接至其它装配机器人控制器；

所述电池单元为24V锂电池；

所述主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块均为EM253电机驱动模块；

本发明还涉及上述用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线的操作方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤（1）：当综合控制箱接通电源后S7-200 PLC可编程控制器控制系统首先在线检测AGV运输小车搭载的重量传感器，判断是否AGV运输小车是否搭载无人艇尾部动力舱；当初始工位的接近开关触发后，检测到AGV运输小车搭载无人艇尾部动力舱停止在初始工位；S7-200PLC可编程控制器向第一机器人平台、第二机器人平台发送开始装配信号，第一装配机器人工装中的第一手指气缸首先拾取无人艇方向舵上夹板、方向舵下夹板，将其放入安装位置后，第二装配机器人工装中的第二手指气缸再拾取无人艇方向舵上连接杆、下连接杆，将上、下连接杆分别插入无人艇尾部动力舱壳体相应的孔位，然后第二装配机器人工装中的电批抱箍带动电批将2个M5螺栓固定在上、下连接杆的连接孔位上，以固定方向舵上、下夹板的位置；第一装配机器人工装中的第一宽型气缸再次拾取无人艇方向舵上舵叶和方向舵下舵叶，将其放置在方向舵上、下夹板的上方，使得上、下方向舵舵叶预留孔位与方向舵上、下夹板的固定孔位一一对齐，第二装配机器人工装中的电批将6个M5螺栓分别固定在上、下方向舵舵叶的孔位上，将方向舵舵叶固定；第一装配机器人工装中的第一手指气缸依次拾取方向舵上曲柄、方向舵曲柄连接轴、方向舵连杆、方向舵下曲柄，第二机器人装配工装中的电批依次将4个M5螺栓固定在方向舵曲柄连接轴、方向舵连杆以及方向舵上下曲柄的预留固定空位上，完成方向舵转舵机构零部件的装配工作；当第一工业摄像机、第二工业摄像机拍摄识别方向舵转舵机构装配零部件正确无误后，AGV运输小车搭载无人艇尾部动力舱壳体继续行驶到动力轴装配机器人工位；

步骤（2）：当AGV运输小车搭载的无人艇尾部动力舱行驶至动力轴装配工位后，触发接近开关，S7-200 PLC可编程控制器收到接近开关信号后向第一动力轴装配机器人、第二动力轴装配机器人发送开始装配信号，第一装配机器人工装中的第一手指气缸首先拾取联轴器，将联轴器与主电机的输出轴采用连接键相连，第一装配机器人工装中的第一宽型气缸拾取动力主轴，从无人艇尾部动力舱的端盖装入，动力主轴的一端与联轴器采用连接键相连，另一端与尾部螺旋桨采用M5螺栓相连；第一装配机器人工装再次拾取方向舵直线电机、丝杠螺母放置在无人艇尾部动力舱内筒侧面的安装位；第二装配机器人工装中的电批依次将4个M5螺栓固定在方向舵直线电机的预留螺栓孔位上，完成动力轴装配工作，当第二工业摄像机拍摄识别动力轴零部件正确无误后，AGV运输小车搭载无人艇尾部动力舱壳体继续行驶至在线检测机器人工位；

步骤（3）：当AGV运输小车搭载的无人艇尾部动力舱壳体行驶至在线检测机器人工位，触发接近开关，S7-200 PLC可编程控制器收到接近开关信号后向在线检测机器人、在线调试机器人发送检测和调试信号；在线检测机器人首先使用在线检测机器人工装的手动电子量仪测量和电子带表量规测量方向舵各零部件、动力主轴各零部件装配间隙，如果发现装配间隙过大，使用在线调试工装的手持式电动拧紧扳手拧紧各零部件安装螺栓；装配间隙检测完毕后，在线调试机器人首先使用第三手指气缸将线束插座与无人艇尾部动力舱中的方向舵直线电机和主电机的控制线束通过插座相连，连接完毕后通过在综合控制箱发出方向舵转舵脉冲指令和主电机启停、调速指令，第三工业摄像机观察方向舵舵叶转动角度是否达到设计要求，综合控制箱检测主电机输出轴转速是否达到设计要求；当确定各零部件装配间隙无误，方向舵直线电机以及主电机工作正常后，AGV运输小车搭载无人艇尾部动力舱继续行驶出无人艇尾部动力舱装配线，进入无人艇总装环节。

本发明用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线有益效果是：

1. 本发明采用AGV小车运输无人艇尾部动力舱壳体，自动化程度高，搬运时无需人员操纵，在控制柜的控制指令下，完成无人艇尾部动力舱在装配工位间的运输工作。AGV运输小车及配套工装夹具能够适应不同规格的无人艇尾部动力舱，摆脱传统皮带输送线或滚筒输送线的装配线传输形式通用化程度低、载重小和成本高昂的缺点；

2. 本发明使用方向舵装配机器人、动力轴机器人和在线检测机器人协同完成无人艇尾部动力舱各零部件的装配、检验调试工作，相对于原始人工安装调试，大大提高了装配效率和装配质量，减少了装配异常，实际节省了大量人力及装配空间，从而达到提升实际产能，真正使得无人艇能够实现大规模量产；

3. 本发明装配流程控制部分采用包括S7-200 PLC可编程控制器、HMI触控屏、EM253电机驱动模块、EM253电机驱动模块、主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块、重量传感器、控制按钮、接近开关和电池单元组成。其中HMI触控屏与S7-200 PLC可编程控制器之间采用串口通讯连接，HMI触控屏作为主要人机输入输出界面，负责装配流水线的修正，程序调试运行、状态显示等功能。避免人工控制装配系统时存在失误的问题。

附图说明

图1是本发明实施例用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线所适用的无人艇尾部动力舱零部件安装关系爆炸图；

图2是本发明实施例用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线立体结构示意图；

图3是本发明实施例用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线中AGV小车与尾部动力舱的立体结构示意图；

图4是本发明实施例用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线中装配机器人工装立体结构示意图；

图5是本发明实施例用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线在线检测机器人工装立体结构示意图；

图6是本发明实施例用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线中在线调试工装立体结构示意图；

图7是本发明实施例用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线的电气控制原理图；

图8是本发明实施例用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线的控制系统软件流程图。

具体实施方式

如图所示，本发明涉及小型无人艇装配制造技术领域，特别是小型半潜式无人艇尾部动力舱自动化装配流水线设计技术，一种用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线；

小型无人艇尾部动力舱需要装配的零部件包括：无人艇尾部动力舱主电机1、主电机联轴器2、方向舵直线电机3、方向舵滑块4、方向舵上曲柄5、方向舵下曲柄6、方向舵曲柄连接轴7、方向舵尾部壳体8、上方向舵9、方向舵上连接块10、方向舵上连接轴11、方向舵下连接轴12、方向舵下连接块13、下方向舵14、动力舱主轴15和螺旋桨16；

本发明小型无人艇尾部动力舱自动化装配流水线通过一安装平台23集成安装所有自动化控制设备，具体设备结构与位置关系如下：

在安装平台23四周边缘设置安全防护栏，在防护栏靠近安装平台后端的一侧设置入口，连接对前道工序生产线，在另一侧前端设置出口，连接至无人艇总装生产线。在安装平台23的中部设置AGV运输小车22的行走轨道，行走轨道自入口延伸至出口构成Z字形结构，为便于转序，可以在入口、出口外部分别连接导向斜坡；在出口处防护栏外部固定安装一主控制台32，在前端防护栏外部固定安装一综合控制箱26；为预防生产线故障，同时还在入口处防护栏外部固定安装一备用控制台21，在前端防护栏外部固定安装一备用控制箱27；

AGV运输小车22沿走轨道来回移动，待装配的无人艇尾部动力舱壳体8限位安置在AGV运输小车上方；安装平台23上方位于行走轨道两侧的空间后端分别设置方向舵装配机器人工位，两侧空间中部分别设置动力主轴装配机器人工位，两侧空间前端分别设置在线检测机器人工位、在线调试机器人工位；

各部位具体结构如下：

AGV运输小车22设置带有动力装置的底盘34、连接在底盘34上用于固定无人艇尾舱的前支撑架35、后支撑架37、左限位装置33、右限位装置36和重量传感器62；无人艇尾部动力舱壳体32放置在AGV运输小车的前支撑架35、后支撑架37上，前支撑架35、后支撑架37限制了无人艇尾部动力舱的垂直方向的运动，

前支撑架35上段设置与无人艇尾部动力舱壳体前端外圆周面相适应的弧形支撑段，弧形支撑段两端分别固定连接水平直线导轨和滑块，构成左限位装置33和右限位装置36，当无人艇尾部动力舱处于装配工作阶段，直线导轨和滑块工作，由两侧的滑块直线移动，抵住无人艇尾部动力舱外壳从而限制无人艇尾部动力舱的转动位移。当装配工作结束后，滑块反向直线移动，松开无人艇尾部动力舱壳体8。

方向舵装配机器人有两个：第一方向舵装配机器人工位、第二方向舵装配机器人工位；

第一方向舵装配机器人工位设置第一机器人平台19，第一机器人平台19底部通过螺栓连接固定在安装平台上，第一机器人平台19的机械臂前端通过法兰盘固定连接第一装配机器人工装28；第一装配机器人工装28通过第一固定连接板39经螺栓配合固定连接在法兰盘上，第一固定连接板39一侧侧边固定安装第一宽型气缸41，上端固定安装第一手指气缸38，下端固定安装第一工业摄像机40；

第二方向舵装配机器人工位设置第二机器人平台20，第二机器人平台20底部通过螺栓连接固定在安装平台上，第二机器人平台20的机械臂前端通过法兰盘固定连接第二装配机器人工装29；第二装配机器人工装29通过第二固定连接板43经螺栓配合固定连接在法兰盘上，第二固定连接板43上端固定安装第二手指气缸42，下端固定安装第二工业摄像机44，一侧侧边通过电批抱箍固定安装第一电批45；

动力主轴装配机器人工位有两个：第一动力主轴装配机器人工位、第二动力主轴装配机器人工位；

第一动力主轴装配机器人工位设置第三机器人平台18，第三机器人平台18底部通过螺栓连接固定在安装平台上，第三机器人平台18的机械臂前端通过法兰盘固定连接第一装配机器人工装28，第一装配机器人工装28具体结构同上；

第二动力主轴装配机器人工位设置第四机器人平台24，第四机器人平台24底部通过螺栓连接固定在安装平台上，第四机器人平台24的机械臂前端通过法兰盘固定连接第二装配机器人工装29，第二装配机器人工装29具体结构同上；

在线检测机器人工位设置一台用于尾部动力舱零部件装配间隙的在线检测机器人17，在线调试机器人工位设置一台用于尾部动力舱方向舵和动力主轴在线调试的在线调试机器人25，在线检测机器人17、在线调试机器人25沿行走轨道中心线对称设置，底部分别通过螺栓连接固定在安装平台上；在线检测机器人17设置能够检测无人艇尾部动力舱装配间隙的在线检测机器人工装30，在线调试机器人25设置能够在线调试无人艇尾部动力舱方向舵和主电机的在线调试机器人工装31；

在线检测机器人工装30通过第三固定连接板47固定连接在在线检测机器人17机械臂前端法兰盘上，第三固定连接板47一侧固定安装电子带表量规49，下端固定安装第三工业摄像机48，上端固定安装手动带有数据传输功能的电子量仪46；

在线调试机器人工装31通过第四固定连接板51固定连接在在线调试机器人25机械臂前端法兰盘上，第四固定连接板51一侧固定安装有电子量仪53，上端固定安装有第三手指气缸50，下端固定安装有手持式电动拧紧扳手52；

调试时综合控制箱26内含有线束插座一端连接在主电机驱动器57和方向舵直线电机驱动器输出端口，当机器人在线调试无人艇尾部动力舱方向舵和主电机时，当需要调试时，由第四固定连接板51上的第三手指气缸50将线束插座与无人艇尾部动力舱壳体8中方向舵直线电机3及主电机1的信号线束相连，实现在线调试无人艇方向舵直线电机3及主电机1的加减速动作。

上述用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线，通过下述控制系统实现：一种小型无人艇用装配机器人流水线的控制系统，包括PLC可编程控制器、HMI触控屏59、主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块、主电机驱动器57、方向舵直线电机驱动器58、重量传感器61、控制按钮60、接近开关62和电池单元63，PLC可编程控制器为西门子S7-200控制器54，主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块分别选择EM253电机驱动模块56、EM253电机驱动模块55，电池单元63为24V锂电池；

PLC可编程控制器上集成有PORT1第一串口通讯模块、PORT0第二串口通讯模块两个串口通讯模块，第一串口通讯模块连接至触控显示屏，第二第一串口通讯模块连接至其它装配机器人控制器；还集成有PWR电源模块、数字量信号输入输出模块、ADC模拟信号输入输出模块，ADC模拟量输入模块与重量传感器61和接近开关62通过信号线相连，数字量输入输出模块与控制按钮分别通过信号线相连，第二串口通讯模块PORT0通过串口通讯线与HMI触控屏实现串口通讯并能够接收触控屏的指令以及反馈PLC可编程控制器的实时数据，第一串口通讯模块PORT1通过串口通讯线与其他装配机器人控制器实现串口通讯并能够发送PLC可编程控制器的指令以及反馈装配机器人控制器的实时数据。

PLC可编程控制器与IGBT整流逆变模块、主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块之间采用通讯线连接；电池单元63通过PWR电源模块给PLC可编程控制器、方向舵直线电机驱动模块供电；主电机1与主电机驱动器通过信号线线束插座连接，方向舵直线电机3与方向舵直线电机驱动器通过信号线线束插座连接。

进一步的，主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块均具有IGBT整流逆变接口和PWM脉冲输出接口，主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块均通过各自的IGBT整流逆变接口与电池单元相连，主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块均通过各自的PWM脉冲输出接口通过通讯线与相对应的主电机驱动器、方向舵直线电机驱动器的PWM脉冲输入接口相连。

进一步的，S7-200 PLC可编程控制器54、HMI触控屏59、EM253电机驱动模块56、EM253电机驱动模块55、主电机驱动模块57、方向舵直线电机驱动模块58和电池单元63均安装在综合控制箱26内，控制按钮60安装在主控制台32的面板上，备用控制箱27和备用控制台21中另备用一套相同控制设备和控制按钮，紧急情况时可随时切换使用。重量传感器61安装在AGV运输小车的底板34上。接近开关62分散安装在接近方向舵装配机器人工位、动力轴装配机器人工位和在线检测机器人工位的轨道附件上。

调试时综合控制箱26内含有线束插座一端连接在调试控制箱内主电机驱动器57和方向舵直线电机驱动器输出端口。当机器人在线调试无人艇尾部动力舱方向舵和主电机时，当需要调试时，由第四固定连接板51上的第三手指气缸50将线束插座与无人艇尾部动力舱壳体8内腔中的方向舵直线电机3及主电机1的信号线束相连，实现在线调试无人艇方向舵直线电机3及主电机1的加减速动作。

结合图8所示，本发明的小型无人艇装配机器人流水线的工作步骤如下：

步骤（1）：当综合控制箱接通电源后S7-200 PLC可编程控制器控制系统首先在线检测AGV运输小车22搭载的重量传感器61，判断是否AGV运输小车22是否搭载无人艇尾部动力舱23。当初始工位的接近开关62触发后，检测到AGV运输小车搭载无人艇尾部动力舱停止在初始工位。S7-200PLC可编程控制器54向机器人平台19、机器人平台20发送开始装配信号，第一装配机器人工装28中的第一手指气缸38首先拾取无人艇方向舵上夹板10、方向舵下夹板13，将其放入安装位置后，装配机器人工装29中的第二手指气缸42再拾取无人艇方向舵上连接杆11、下连接杆12，将上、下连接杆分别插入无人艇尾部动力舱壳体8相应的孔位，然后装配机器人工装29中的电批45将2个M5螺栓固定在上、下连接杆11、12连接孔位上，以固定方向舵上、下夹板10、13的位置。第一装配机器人工装28中的第一宽型气缸41再次拾取无人艇方向舵舵叶9和方向舵舵叶14，将其放置在方向舵上、下夹板10、13的上方，使得方向舵舵叶9、14预留孔位与方向舵上、下夹板10、13的固定孔位一一对齐，第二装配机器人工装29中的电批45将6个M5螺栓分别固定在方向舵舵叶9、14的孔位上，将方向舵舵叶固定。第一装配机器人工装28中的手指气缸38依次拾取方向舵曲柄5、方向舵曲柄连接轴7、方向舵连杆4、方向舵曲柄6，第二机器人装配工装29中的电批45依次将4个M5螺栓固定在方向舵曲柄1、方向舵曲柄连接轴7、方向舵连杆4以及方向舵曲柄5、6的预留固定空位上，完成方向舵转舵机构零部件的装配工作。当工业摄像机40、44拍摄识别方向舵转舵机构装配零部件正确无误后，AGV运输小车22搭载无人艇尾部动力舱23继续行驶到动力轴装配机器人工位。

步骤（2）：当AGV运输小车搭载无人艇尾部动力舱壳体行驶至动力轴装配工位后，触发接近开关62，S7-200 PLC可编程控制器54收到接近开关62信号后向动力轴装配机器人18、24发送开始装配信号，第一装配机器人工装28中的第一手指气缸38首先拾取联轴器2，将联轴器2与主电机1输出轴采用连接键相连，第一装配机器人工装28中的第一宽型气缸41拾取动力主轴15，从无人艇尾部动力舱的端盖装入，动力主轴15的一端与联轴器2采用连接键相连，另一端与尾部螺旋桨16采用M5螺栓相连。第一装配机器人工装28再次拾取方向舵直线电机3、丝杠螺母4放置在无人艇尾部动力舱内筒侧面的安装位。第二装配机器人工装29中的电批45依次将4个M5螺栓固定在方向舵直线电机3的预留螺栓孔位上，完成动力轴装配工作，当第二工业摄像机44拍摄识别动力轴零部件正确无误后，AGV运输小车22搭载无人艇尾部动力舱23继续行驶至在线检测机器人工位。

步骤（3）：当AGV运输小车22搭载的无人艇尾部动力舱壳体8行驶至在线检测机器人工位，触发接近开关62，S7-200 PLC可编程控制器54收到接近开关62信号后向在线检测机器人17、在线调试机器人25发送检测和调试信号；在线检测机器人17首先使用在线检测机器人工装30的手动电子量仪测量46和电子带表量规49测量方向舵各零部件、动力主轴各零部件装配间隙，如果发现装配间隙过大，使用在线调试工装32的手持式电动拧紧扳手52拧紧各零部件安装螺栓；装配间隙检测完毕后，在线调试机器人25首先使用第三手指气缸50将线束插座与无人艇尾部动力舱中的方向舵直线电机3和主电机1的控制线束通过插座相连，连接完毕后通过综合控制箱27发出方向舵转舵脉冲指令和主电机启停、调速指令，第三工业摄像机48观察方向舵舵叶转动角度是否达到设计要求，综合制箱27检测主电机输出轴转速是否达到设计要求；当确定各零部件装配间隙无误，方向舵直线电机以及主电机工作正常后，AGV运输小车22搭载无人艇尾部动力舱8继续行驶出无人艇尾部动力舱装配线，进入无人艇总装环节。

本发明公开了一种小型无人艇尾部动力舱装配机器人流水线方法，属于无人艇制造装配技术领域。本发明涉及一种用于制造小型无人艇的自动化装备，一种基于智能机器人的一种小型无人艇尾部动力舱装配机器人流水线。该装配系统，主要由无人艇AGV运输小车、方向舵装配机器人工位、动力轴装配机器人工位、在线检测机器人工位和综合控制箱组成。所述方向舵装配机器人工位、动力轴装配机器人工位和在线检测机器人工位设于工作站流水线两侧，所述无人艇AGV运输小车用于传送小型无人艇动力舱壳体设于流水线上。本发明所述的一种小型无人艇尾部动力舱基于装配机器人，依靠装配机器人工装将无人艇动力舱内的方向舵舵、动力主轴等零部件的上料、装配和调试检测等功能集合到一起，通过机器人在线检测工装和在线调试工装对无人艇动力舱的装配实现自动化检测和在线调试。本发明的优点：本小型无人艇机器人流水线自动化程度高，装配、运输快速、工作节拍准确，可适应不同种类、不同尺寸的小型无人艇尾部动力舱的装配要求，大大降低了相关企业装配人工投入成本。提高了装配效率，使得无人艇的总体装配时间得以缩短。

Claims (10)

1.一种用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线，其特征在于：包括有安装平台，安装平台中部设置有AGV运输小车，AGV运输小车能够沿安装平台中部行走轨道来回移动，待装配的无人艇尾部动力舱壳体限位安置在AGV运输小车上方；安装平台上方位于行走轨道两侧的空间后端分别设置有第一方向舵装配机器人工位、第二方向舵装配机器人工位，两侧空间中部分别设置有第一动力主轴装配机器人工位、第二动力主轴装配机器人工位，两侧空间前端分别设置有在线检测机器人、在线调试机器人；安装平台前端外部连接有综合控制箱，一侧外部连接有主控制台；

所述AGV运输小车包括带有动力装置的底盘，底盘上方前后两端分别设置有能够限位支撑无人艇尾部动力舱壳体的前支撑架、后支撑架，前支撑架设置有与无人艇尾部动力舱壳体前端外圆周面相适应的弧形支撑段，弧形支撑段两端分别固定连接有水平直线导轨和滑块，底盘上还安装有重量传感器；

所述第一方向舵装配机器人工位包括有第一机器人平台，第一机器人平台底部通过螺栓连接固定在安装平台上，第一机器人平台的机械臂前端通过法兰盘固定连接有第一装配机器人工装；第一装配机器人工装包括有第一固定连接板，第一固定连接板一侧侧边固定安装有第一宽型气缸，上端固定安装有第一手指气缸，下端固定安装有第一工业摄像机；

第二方向舵装配机器人工位包括有第二机器人平台，第二机器人平台底部通过螺栓连接固定在安装平台上，第二机器人平台的机械臂前端通过法兰盘固定连接有第二装配机器人工装；第二装配机器人工装包括有第二固定连接板，第二固定连接板上端固定安装有第二手指气缸，下端固定安装有第二工业摄像机，一侧侧边通过虬批抱箍固定安装有第一电批；

第一动力主轴装配机器人工位包括有第三机器人平台，第三机器人平台底部通过螺栓连接固定在安装平台上，第三机器人平台的机械臂前端通过法兰盘固定连接有第一装配机器人工装；

第二动力主轴装配机器人工位包括有第四机器人平台，第四机器人平台底部通过螺栓连接固定在安装平台上，第四机器人平台的机械臂前端通过法兰盘固定连接有第二装配机器人工装；

在线检测机器人、在线调试机器人沿行走轨道中心线对称设置，底部分别通过螺栓连接固定在安装平台上；在线检测机器人包括有能够检测无人艇尾部动力舱装配间隙的在线检测机器人工装，在线调试机器人包括有能够在线调试无人艇尾部动力舱方向舵和主电机的在线调试机器人工装；

在线检测机器人工装包括固定连接在在线检测机器人机械臂前端法兰盘上的第三固定连接板，第三固定连接板一侧固定安装有电子带表量规，下端固定安装有第三工业摄像机，上端固定安装有手动电子量仪；

在线调试机器人工装包括固定连接在在线调试机器人机械臂前端法兰盘上的第四固定连接板，第四固定连接板一侧固定安装有电子量仪，上端固定安装有第三手指气缸，下端固定安装有手持式电动拧紧扳手；

主控制台通过综合控制箱经线束连通至AGV运输小车、第一方向舵装配机器人工位、第二方向舵装配机器人工位、第一动力主轴装配机器人工位、第二动力主轴装配机器人工位、在线检测机器人、在线调试机器人，并能够通过控制系统控制各工位按序动作。

2.根据权利要求1所述用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线，其特征在于：所述安装平台前端外部还连接有备用控制箱，相对于主控制面板的另一侧外部连接有备用控制台。

3.根据权利要求1所述用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线，其特征在于：所述安装平台四周边缘设置有安全防护栏，防护栏靠近安装平台后端的一侧设置有入口，另一侧前端设置有出口，行走轨道自入口延伸至出口构成Z字形结构，入口、出口外部分别连接有导向斜坡；主控制台固定安装于出口处防护栏外部，备用控制台固定安装于入口处防护栏外部，综合控制箱、备用控制箱都固定安装于安装平台前端防护栏外部。

4.一种用于权利要求1～3所述之一装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线的控制系统，其特征在于：包括有PLC可编程控制器、HMI触控屏、主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块、主电机驱动器、方向舵直线电机驱动器、重量传感器、控制按钮、接近开关和电池单元；

PLC可编程控制器通讯连接至IGBT整流逆变模块、主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块；PLC可编程控制器上集成有PWR电源模块、数字量信号输入输出模块、ADC模拟信号输入输出模块以及PORT串口通讯模块：ADC模拟量输入模块通讯连接至重量传感器、接近开关；数字量输入输出模块通讯连接至控制按钮；PORT串口通讯模块通过串口通讯线与HMI触控屏实现串口通讯并能够接收触控屏的指令以及反馈PLC可编程控制器的实时数据、与其他装配机器人控制器实现串口通讯并能够发送PLC可编程控制器的指令以及反馈装配机器人控制器的实时数据；PLC可编程控制器通过PWR电源模块连接有电池单元，电池单元通过电源线同时电连接至方向舵直线电机驱动器；

主电机驱动器、方向舵直线电机驱动器分别通过信号线线束插座连接至主电机、方向舵直线电机；主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块分别设置有IGBT整流逆变接口和PWM脉冲输出接口，主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块分别通过相应IGBT整流逆变接口与电池单元相连，通过相应PWM脉冲输出接口经通讯线分别与主电机驱动器、方向舵直线电机驱动器的PWM脉冲输入接口相连。

5.根据权利要求4所述装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线的控制系统，其特征在于：所述PLC可编程控制器、HMI触控屏、主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块、主电机驱动器、方向舵直线电机驱动器和电池单元集成安装在综合控制箱内，控制按钮安装在主控制台面板上，重量传感器安装在AGV运输小车的底盘上；接近开关分散安装在接近方向舵装配机器人工位、动力轴装配机器人工位和在线检测机器人工位的轨道附件上。

6.根据权利要求4所述装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线的控制系统，其特征在于：所述PLC可编程控制器为西门子S7-200控制器。

7.根据权利要求4所述装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线的控制系统，其特征在于：所述PLC可编程控制器上集成有PORT1第一串口通讯模块、PORT0第二串口通讯模块两个串口通讯模块，第一串口通讯模块连接至触控显示屏，第二第一串口通讯模块连接至其它装配机器人控制器。

8.根据权利要求4所述装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线的控制系统，其特征在于：所述电池单元为24V锂电池。

9.根据权利要求4所述装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线的控制系统，其特征在于：所述主电机驱动模块、方向舵直线电机驱动模块均为EM253电机驱动模块。

10.一种用于装配小型无人艇尾部动力舱的机器人流水线的操作方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤（1）：当综合控制箱接通电源后S7-200 PLC可编程控制器控制系统首先在线检测AGV运输小车搭载的重量传感器，判断是否AGV运输小车是否搭载无人艇尾部动力舱；当初始工位的接近开关触发后，检测到AGV运输小车搭载无人艇尾部动力舱停止在初始工位；S7-200PLC可编程控制器向第一机器人平台、第二机器人平台发送开始装配信号，第一装配机器人工装中的第一手指气缸首先拾取无人艇方向舵上夹板、方向舵下夹板，将其放入安装位置后，第二装配机器人工装中的第二手指气缸再拾取无人艇方向舵上连接杆、下连接杆，将上、下连接杆分别插入无人艇尾部动力舱壳体相应的孔位，然后第二装配机器人工装中的电批抱箍带动电批将2个M5螺栓固定在上、下连接杆的连接孔位上，以固定方向舵上、下夹板的位置；第一装配机器人工装中的第一宽型气缸再次拾取无人艇方向舵上舵叶和方向舵下舵叶，将其放置在方向舵上、下夹板的上方，使得上、下方向舵舵叶预留孔位与方向舵上、下夹板的固定孔位一一对齐，第二装配机器人工装中的电批将6个M5螺栓分别固定在上、下方向舵舵叶的孔位上，将方向舵舵叶固定；第一装配机器人工装中的第一手指气缸依次拾取方向舵上曲柄、方向舵曲柄连接轴、方向舵连杆、方向舵下曲柄，第二机器人装配工装中的电批依次将4个M5螺栓固定在方向舵曲柄连接轴、方向舵连杆以及方向舵上下曲柄的预留固定空位上，完成方向舵转舵机构零部件的装配工作；当第一工业摄像机、第二工业摄像机拍摄识别方向舵转舵机构装配零部件正确无误后，AGV运输小车搭载无人艇尾部动力舱壳体继续行驶到动力轴装配机器人工位；

步骤（2）：当AGV运输小车搭载的无人艇尾部动力舱行驶至动力轴装配工位后，触发接近开关，S7-200 PLC可编程控制器收到接近开关信号后向第一动力轴装配机器人、第二动力轴装配机器人发送开始装配信号，第一装配机器人工装中的第一手指气缸首先拾取联轴器，将联轴器与主电机的输出轴采用连接键相连，第一装配机器人工装中的第一宽型气缸拾取动力主轴，从无人艇尾部动力舱的端盖装入，动力主轴的一端与联轴器采用连接键相连，另一端与尾部螺旋桨采用M5螺栓相连；第一装配机器人工装再次拾取方向舵直线电机、丝杠螺母放置在无人艇尾部动力舱内筒侧面的安装位；第二装配机器人工装中的电批依次将4个M5螺栓固定在方向舵直线电机的预留螺栓孔位上，完成动力轴装配工作，当第二工业摄像机拍摄识别动力轴零部件正确无误后，AGV运输小车搭载无人艇尾部动力舱壳体继续行驶至在线检测机器人工位；

步骤（3）：当AGV运输小车搭载的无人艇尾部动力舱壳体行驶至在线检测机器人工位，触发接近开关，S7-200 PLC可编程控制器收到接近开关信号后向在线检测机器人、在线调试机器人发送检测和调试信号；在线检测机器人首先使用在线检测机器人工装的手动电子量仪测量和电子带表量规测量方向舵各零部件、动力主轴各零部件装配间隙，如果发现装配间隙过大，使用在线调试工装的手持式电动拧紧扳手拧紧各零部件安装螺栓；装配间隙检测完毕后，在线调试机器人首先使用第三手指气缸将线束插座与无人艇尾部动力舱中的方向舵直线电机和主电机的控制线束通过插座相连，连接完毕后通过在线调试控制箱发出方向舵转舵脉冲指令和主电机启停、调速指令，第三工业摄像机观察方向舵舵叶转动角度是否达到设计要求，在线调试控制箱检测主电机输出轴转速是否达到设计要求；当确定各零部件装配间隙无误，方向舵直线电机以及主电机工作正常后，AGV运输小车搭载无人艇尾部动力舱继续行驶出无人艇尾部动力舱装配线，进入无人艇总装环节。

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