CN111161981B - 一种断路器柔性自动化装配制造工艺及其配套生产线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种断路器柔性自动化装配制造工艺及其配套生产线，制造工艺及配套生产线包括断路器自动上料单元、零件自动分拣单元、零件姿态调整单元和断路器自动装配单元；断路器自动上料单元通过AGV小车将多种待装配零件输送并配合上料机构放到上料区域；零件自动分拣单元通过并联机器人进行类别分拣并放到零件传送带中分槽内输送；零件姿态调整单元在姿态识别与标定区域中，通过六轴机器人随机夹取各待装配零件并自动调整或配合辅助调整机构调整装配所需零件目标姿态后放置于指定的载具托盘中；断路器自动装配单元通过每一四轴机器人组装成完整的断路器产品。实施本发明，解决现有断路器装配制造存在的刚性生产问题，适用不同规格产品自动化装配生产，为企业增效降负。

Description

一种断路器柔性自动化装配制造工艺及其配套生产线

技术领域

本发明涉及断路器装配制造技术领域，尤其涉及一种断路器柔性自动化装配制造工艺及其生产线。

背景技术

断路器是配电系统中的重要保护性元器件，在工业、民用等领域有着广泛的应用，适用于交流50/60Hz，额定电压230/400V，具有漏电保护、过载保护和短路保护等功能。断路器的零部件较多，包括灭弧系统、磁系统、触头、手柄、弹簧、传动机构等，组成较为复杂，并且不同规格、不同容量的断路器产品，其组成部件在结构、形状和尺寸上又不尽相同，为实现断路器自动化装配生产带来巨大困难。

现有的断路器装配制造工艺，多以人工为主，在少数的自动化装配单元中，由于柔性化装配工艺的缺乏，自动化装配流程较为复杂，冗余机构较多，并且只能完成单一规格产品的生产和装配，生产过程的刚性较大，导致对于断路器产品类型较多、产量较大的制造企业而言，设备投入成本过于巨大。

因此，亟需一种柔性化、自动化的断路器装配工艺，可以适用不同规格产品的自动化装配生产，为企业增效降负。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种断路器柔性自动化装配制造工艺及其配套生产线，能够解决现有断路器装配制造工艺所存在的刚性生产问题，适用不同规格产品的自动化装配生产，为企业增效降负。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种断路器柔性自动化装配制造工艺配套生产线，包括断路器自动上料单元、零件自动分拣单元、零件姿态调整单元和断路器自动装配单元；其中，所述断路器自动上料单元包括上料机构和AGV小车；所述零件自动分拣单元包括并联机器人及其台面上的上料区域和零件传送带；所述零件姿态调整单元包括六轴机器人、辅助调整机构以及所述六轴机器人台面上的姿态识别与标定区域和载具传送带；所述断路器自动装配单元包括至少一四轴机器人；所述零件传送带跨接在所述零件自动分拣单元和所述零件姿态调整单元之间，且上形成有多个分槽；所述载具传送带跨接在所述零件姿态调整单元和所述断路器自动装配单元之间，且其上放置有载具托盘；

其中，所述断路器自动上料单元，用于通过所述AGV小车将多种待装配零件输送到所述零件自动分拣单元后，配合所述上料机构将所述多种待装配零件放到所述零件自动分拣单元中并联机器人台面上的上料区域；

所述零件自动分拣单元，用于在所述上料区域，所述并联机器人对所述多种待装配零件进行类别分拣，并将分拣后的同类别待装配零件放到所述零件传送带中相应的分槽内输送至所述零件姿态调整单元中六轴机器人台面上的姿态识别与标定区域；

所述零件姿态调整单元，用于在所述姿态识别与标定区域，所述六轴机器人随机夹取各待装配零件，并将各待装配零件随机夹取产生的零件姿态自动调整或配合所述辅助调整机构调整为自动化装配所需的目标姿态后放置于指定的载具托盘中，且进一步通过所述载具传送带输送至所述断路器自动装配单元；

所述断路器自动装配单元，用于通过每一四轴机器人对载具托盘中的各待装配零件进行组装成完整的断路器。

其中，所述断路器自动上料单元中的上料机构是基于AGV小车来设计并实现上料任务的。

其中，所述零件自动分拣单元中的并联机器人是通过工业相机和机器视觉识别判断来实现对所述多种待装配零件进行类别分拣的。

其中，所述零件姿态调整单元中的六轴机器人通过执行计算机程序模块来实现随机夹取各待装配零件，并将各待装配零件随机夹取产生的零件姿态自动调整或配合所述辅助调整机构调整为自动化装配所需的目标姿态后放置于指定的载具托盘的；其中，

所述计算机程序模块包括待装配零件建模模块、零件调整单元建模模块和零件姿态调整模块；

所述待装配零件建模模块，用于对断路器所有待装配零件进行三维建模，得到各待装配零件的三维模型；

所述零件调整单元建模模块，用于根据所述六轴机器人的工作台面、机器人臂和末端执行机构，以及所述辅助调整机构和各待装配零件对应的载具托盘，建立和实现所述六轴机器人安装台面的布局、运动范围以及所述六轴机器人调整各零件时所需的运动轨迹以及工艺姿态的动作轨迹模型；

所述零件姿态调整模块，用于根据真实断路器自动装配中六轴机器人末端执行机构和辅助调整机构的装配关系，建立父子嵌套关系来形成作动响应机理，并结合作动响应机理和动作轨迹模型，制定对应的数据作动响应机制，用以实现各待装配零件姿态调整的动作控制。

其中，所述六轴机器人的末端执行机构由四个滑块气缸和四个夹爪气缸组成。

本发明实施例还提供了一种断路器柔性自动化装配制造工艺，其在前述的断路器柔性自动化装配制造工艺配套生产线上实现，包括以下步骤：

通过AGV小车将多种待装配零件输送到零件自动分拣单元后，配合上料机构将所述多种待装配零件放到零件自动分拣单元中并联机器人台面上的上料区域；

在上料区域，所述并联机器人对多种待装配零件进行类别分拣，并将分拣后的同类别待装配零件放到零件传送带中相应的分槽内输送至零件姿态调整单元中六轴机器人台面上的姿态识别与标定区域；

在所述姿态识别与标定区域，所述六轴机器人随机夹取各待装配零件，并将各待装配零件随机夹取产生的零件姿态自动调整或配合辅助调整机构调整为自动化装配所需的目标姿态后放置于指定的载具托盘中，且进一步通过载具传送带输送至断路器自动装配单元；

通过每一四轴机器人对载具托盘中的各待装配零件进行组装成完整的断路器产品。

其中，所述六轴机器人随机夹取各待装配零件，并将各待装配零件随机夹取产生的零件姿态自动调整或配合辅助调整机构调整为自动化装配所需的目标姿态后放置于指定的载具托盘中的具体步骤包括：

所述六轴机器人获取当前待装配零件的姿态；

所述六轴机器人若判定当前待装配零件的姿态与其自动化装配所需的目标姿态仅在空间Z轴上有一定的角度差时，则在夹住当前待装配零件后，绕Z轴旋转一定角度即可以目标姿态放入指定的载具托盘中；

所述六轴机器人若判定当前待装配零件的姿态无法在被夹住后调整为目标姿态时，则先夹住当前待装配零件按照需要绕Z轴旋转一定角度，再绕Y轴逆时针旋转一定角度放到所述辅助调整机构上，最后从所述辅助调整机构上夹住当前待装配零件绕Z轴逆时针旋转一定度即可以目标姿态放入指定的载具托盘中。

其中，所述方法还进一步包括：

所述六轴机器人若判定当前待装配零件的姿态无法在被夹住后调整为目标姿态时，则先夹住当前待装配零件绕Z轴旋转一定角度放入所述辅助调整机构左边，再以末端工具坐标系的Z轴平行于工作台面的姿态夹住当前待装配零件夹取点后绕Y轴顺时针旋转一定角度即可以目标姿态放入指定的载具托盘中。

其中，所述方法还进一步包括：

所述六轴机器人若判定当前待装配零件的姿态无法在被夹住后调整为目标姿态时，先将当前待装配零件绕Z轴旋转一定角度后放到所述辅助调整机构上，使得当前待装配零件能在自重的作用下自动调整为目标姿态，再直接夹住当前待装配零件以目标姿态放入指定的载具托盘中。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明通过柔性动作机构的设计、柔性机器人单元的开发和协同控制，将传统串行的刚性流水线系统进行柔性化集成，同一单元可以同时完成多种零件的自动化装配，形成一种配置灵活、操作方式简便的断路器柔性自动化装配制造方法，缩短了传统串行式装配流水线的工艺过程，提高了制造单元设备的柔性化程度，降低企业设备投入成本，提高产品制造效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的一种断路器柔性自动化装配制造工艺及配套生产线的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种断路器柔性自动化装配制造工艺及配套生产线的应用场景中断路器待装配零件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种断路器柔性自动化装配制造工艺及配套生产线的应用场景中柔性装配单元总体模型与布局示意图；

图4为本发明实施例提供的一种断路器柔性自动化装配制造工艺及配套生产线的应用场景中六轴机器人的末端执行机构的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种断路器柔性自动化装配制造工艺及配套生产线的应用场景中辅助调整机构的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种断路器柔性自动化装配制造工艺及配套生产线的应用场景中目标姿态的待装配零件放置于载具托盘的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种断路器柔性自动化装配制造工艺及配套生产线的应用场景中待装配零件为灭弧室时被夹持的姿态示意图；

图8为本发明实施例提供的一种断路器柔性自动化装配制造工艺及配套生产线的应用场景中待装配零件为磁组件时被夹持的姿态示意图；

图9为本发明实施例提供的一种断路器柔性自动化装配制造工艺及配套生产线的应用场景中待装配零件为磁轭时被夹持的姿态示意图；

图10为本发明实施例提供的一种断路器柔性自动化装配制造工艺及配套生产线的应用场景中待装配零件为手柄时被夹持的姿态示意图；

图11为本发明实施例提供的一种断路器柔性自动化装配制造工艺及配套生产线的应用场景中待装配零件为大U时被夹持的姿态示意图；

图12为本发明实施例提供的一种断路器柔性自动化装配制造工艺的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种断路器柔性自动化装配制造工艺配套生产线，包括断路器自动上料单元1、零件自动分拣单元2、零件姿态调整单元3和断路器自动装配单元4；其中，

断路器自动上料单元1包括上料机构和AGV小车；

零件自动分拣单元2包括并联机器人及其台面上的上料区域和零件传送带；

零件姿态调整单元3包括六轴机器人、辅助调整机构以及所述六轴机器人台面上的姿态识别与标定区域和载具传送带；

断路器自动装配单元4包括至少一四轴机器人；

零件传送带跨接在零件自动分拣单元2和零件姿态调整单元3之间，且上形成有多个分槽；

载具传送带跨接在零件姿态调整单元3和断路器自动装配单元4之间，且其上放置有载具托盘；

其中，断路器自动上料单元1，用于通过AGV小车将多种待装配零件输送到零件自动分拣单元2后，配合上料机构将多种待装配零件放到零件自动分拣单元2中并联机器人台面上的上料区域；其中，上料机构是基于AGV小车来设计并实现上料任务的；待装配零件包括但不限于手柄、磁轭、大U、灭弧室和磁组件；

零件自动分拣单元2，用于在上料区域，并联机器人对多种待装配零件进行类别分拣，并将分拣后的同类别待装配零件放到零件传送带中相应的分槽内输送至零件姿态调整单元3中六轴机器人台面上的姿态识别与标定区域；其中，并联机器人是通过工业相机和机器视觉识别判断来实现对所述多种待装配零件进行类别分拣的；

零件姿态调整单元3，用于在姿态识别与标定区域，六轴机器人随机夹取各待装配零件，并将各待装配零件随机夹取产生的零件姿态自动调整或配合辅助调整机构调整为自动化装配所需的目标姿态后放置于指定的载具托盘中，且进一步通过载具传送带输送至断路器自动装配单元4；其中，六轴机器人通过执行计算机程序模块来实现随机夹取各待装配零件，并将各待装配零件随机夹取产生的零件姿态自动调整或配合所述辅助调整机构调整为自动化装配所需的目标姿态后放置于指定的载具托盘的；

断路器自动装配单元4，用于通过每一四轴机器人对载具托盘中的各待装配零件进行组装成完整的断路器产品。

在本发明实施例中，断路器柔性自动化装配制造工艺配套生产线的具体工作原理为，首先由上料机构和AGV小车共同组成断路器自动上料单元1，通过AGV小车将不同的待装配零件输送并配合上料机构放到并联机器人台面上的上料区域；其次，在零件自动分拣单元2的上料区域中，并联机器人通过工业相机和机器视觉识别来判待装配零件的种类，将不同种类的零件放到零件传送带的分槽内，进而可以分别输送和分类不同的分拣零件；然后，在零件姿态调整单元3的姿态识别与标定区域中进行拍照检测，当检测到对应的区域内有待装配零件到达时，通过机械挡块将待装配零件隔离，等待下一步姿态调整单元动作，此时可以采用六轴机器人配合辅助调整机构完成该部分的任务，根据需要夹取的零件、相机识别的零件姿态及坐标，协调控制六轴机器人夹取和放置零件于指定的载具托盘中，然而对于不能直接放置到载具托盘中的零件姿态，则需要通过辅助调整机构完成待装配零件姿态的调整，使待装配零件的姿态处于能直接通过断路器自动装配单元4中四轴机器人安装的姿态；最后，载有姿态归一化后待装配零件的载具托盘经过载具传送带传送至断路器装配单元4，该断路器装配单元4从指定载具托盘中夹取相应的待装配零件，并根据一定工艺步骤完成最终的断路器自动化装配，从而实现断路器柔性自动化装配制造过程，生产方式灵活，成本低，并且效率得到提升。

在本发明实施例中，由于六轴机器人通过执行计算机程序模块来实现待装配零件的姿态调整以及放置在指定的载具托盘中，因此需要对六轴机器人进行数字孪生，使得所执行的计算机程序模块能与真实的六轴机器人同步，因此，首先需要根据待装配零件实物建立相应三维模型，根据三维模型形状和尺寸，设计用于夹持不同姿态零件的末端执行机构、辅助调整机构和固定托盘。该过程的建立和实现需要考虑到机器人安装台面的布局、机器人运动范围以及机器人调整零件时所需的运动轨迹以及工艺姿态。

此时，计算机程序模块包括待装配零件建模模块、零件调整单元建模模块和零件姿态调整模块；

待装配零件建模模块，用于对断路器所有待装配零件进行三维建模，得到各待装配零件的三维模型；

零件调整单元建模模块，用于根据所述六轴机器人的工作台面、机器人臂和末端执行机构，以及所述辅助调整机构和各待装配零件对应的载具托盘，建立和实现所述六轴机器人安装台面的布局、运动范围以及所述六轴机器人调整各零件时所需的运动轨迹以及工艺姿态的动作轨迹模型；其中，六轴机器人的末端执行机构由四个滑块气缸和四个夹爪气缸组成。

零件姿态调整模块，用于根据真实断路器自动装配中六轴机器人末端执行机构和辅助调整机构的装配关系，建立父子嵌套关系来形成作动响应机理，并结合作动响应机理和动作轨迹模型，制定对应的数据作动响应机制，用以实现各待装配零件姿态调整的动作控制。

如图2至图11所示，对本发明实施例中的计算机程序模块构建的应用场景做进一步说明：

第一步：断路器待装配零件建模。为了进行举例说明，本实施方案中选取小型断路器的几个典型零件作为案例说明，设图2所示为需要进行姿态调整与装配的五种零件的三维模型，从左至右、从上至下分别为手柄、磁轭、大U、灭弧室和磁组件；

第二步：零件调整单元建模。图3所示为姿态调整单元布局图，包括工作台面、机器人臂、末端执行机构、姿态调整辅助机构、和断路器载具。零件姿态调整辅助机构所在位置既不能阻挡机器人将零件放到指定托盘中，也要使机器人能到达所有需要的位姿。由于六轴机器人本身机构在工作台面上的限制及多功能夹爪的干扰，机器人无法以任意姿态到达工作空间中的任意点，所以需要辅助机构帮助机器人完成零件姿态的调整任务。机器人根据零件的种类和姿态信息使用特定的夹爪夹取零件，对于六轴机器人无法直接以目标姿态放到托盘中的零件情况，则需要先使用机器人工作台面前方悬空的辅助机构进行姿态调整，通过中间姿态变换，然后再将经过中间姿态变换以后的零件做进一步姿态调整，调整至最终目标姿态，然后放入指定托盘中。

为对该部分模型进行详细描述，包括末端执行机构、辅助调整机构和零件托盘。图4所示为安装于六轴机器人末端的执行机构。该执行机构主要由四个滑块气缸和四个夹爪气缸组成，可用于夹取上述五个各种姿态情况下的断路器零件，在需要使用某一夹爪夹取零件时，滑块气缸运动到终端，可避免使用中的夹爪受到其他夹爪的干扰。图4中为两种气缸的外观模型。其余机构为自行设计的用于连接各气缸及机器人的机构，包括用于连接整个末端执行器和六轴机器人第六轴法兰盘的末端执行器连接机构，连接滑块气缸和末端执行器连接机构的滑块气缸连接机构和连接夹爪气缸和滑块气缸的夹爪气缸连接机构。设计该部分时需要注意各气缸之间的间距和进气口方向，留下安装气管和传感器等装置的空间。同时注意夹爪气缸和滑块气缸连接机构的设计以使整个末端执行器尽可能紧凑。最后根据要调整零件各姿态下夹取方法的要求设计行程范围不同的夹头，图中四个夹爪最终的夹取行程的范围分别为0-6mm、3-9mm、11-17mm和16-22mm。

由于六轴机器人本身结构和台面的限制和设计的末端执行机构的干扰，六轴机器人没法以任意姿态到达工作空间中任意一点，所以对于很多姿态下的断路器零件的姿态调整，需要设计一些尽可能简单的机构来帮助六轴机器人完成断路器零件姿态调整任务。为避免上述末端执行机构中对应夹爪夹取和调整零件时受到其他夹爪的干扰，设计图5所示的距离机器人台面一定距离的辅助调整机构，配合夹爪机构即可调整断路器零件的姿态。图中辅助调整机构从左到右分别用来调整手柄、大U、磁轭、灭弧室、磁组件，其中磁轭调整机构有两个。整个机构和机器人工作台面以及调整机构与支架的连接通过螺丝完成，方便辅助机构后续的优化和更换。

图6所示为用于放置目标姿态下零件的托盘，该托盘通过底座将零件的固定机构组装起来，这样可以在后续优化和更换某一零件托盘时更加方便。图6中所示机构按顺序，从左至右、从上至下分别用来固定大U、磁组件、灭弧室、磁轭和手柄。零件托盘的设计既要相对容易放置，零件位置又要有一定的精度。

第三步：零件姿态调整工艺设计。由于待装配的断路器零件共有5个，所以对五种不同的零件的各种姿态都要有对应的调整方法。不过由于对机器人可到达姿态进行了限制，所以这些零件某些姿态存在调整方法相似或相同的情况。夹取零件时根据零件该姿态下夹取距离来确定使用的夹爪。下面对每种零件每种姿态下夹取方法和调整方法进行详细阐述。

灭弧室共有四种可能的姿态，图7(a)所示为每种姿态情况下对应的夹取方法。图中所示前三种姿态使用夹爪3夹取，最后一种姿态使用夹爪4夹取。图7(b)所示为每种姿态对应的调整方法。其中，图中A为灭弧室第一种姿态，由该图可以看出，该姿态下的灭弧室与目标姿态仅在空间Z轴上有一定的角度差，在使用夹爪4按上述夹持方法夹住灭弧室后，绕Z轴旋转一定角度即可以目标姿态将其放入托盘中；图中B为灭弧室第二种姿态，机器人无法直接将该姿态下的灭弧室调整为目标姿态，需要借助辅助机构。如图所示，先使用夹爪3夹住灭弧室按照需要绕Z轴旋转一定角度，再绕Y轴逆时针旋转90度放到调整机构上，再使用夹爪4将灭弧室绕Z轴逆时针旋转90度即可以目标姿态放到托盘中。图C和图D分别为灭弧室第三、四种姿态，灭弧室这两种姿态的调整方法和其第二种姿态类似，由图示很容易理解，这里不再赘述。

磁组件由三种可能姿态，图8(a)为这磁组件三种姿态下对应的夹取方法。其中，第一种姿态使用夹爪2夹取，后两种姿态使用夹爪1夹取。磁组件三种可能姿态的调整方法如图8(b)所示。其中，A图为磁组件第一种姿态，该姿态与目标姿态仅在Z轴上可能会出现一定的角度差，其调整方法简单且与灭弧室第一种姿态类似，直接绕Z轴旋转一定角度即可。B图所示第二种姿态无法直接放入零件托盘，先在夹取姿态下绕Z轴旋转一定角度放入调整辅助机构左边，机器人以末端工具坐标系的Z轴平行于工作台面的姿态夹住零件夹取点后绕Y轴顺时针旋转90度即可以目标姿态放入托盘。磁组件第三种姿态的调整方法相对复杂，需绕Z轴旋转一定角度，再绕Y轴逆时针旋转90度放入调整机构右边，再以图8(a)中磁组件第二种姿态下夹取方法将零件旋转180度调整为图B中调整机构上磁组件的姿态，后续调整方法和B图所示相同。

磁轭共有四种可能姿态，其各姿态下的夹取方法如图9(a)所示。第一种和第三种姿态使用夹爪1夹取,第二、四种姿态使用夹爪4夹取。图9(b)为磁轭各姿态对应的调整方法。A图中第一种姿态调整方法参考灭弧室和磁组件各自的第一种姿态。B图中为磁轭第二种姿态，先将其按对应夹取方法绕Z轴旋转一定角度后放到图中所示调整机构上，松开夹爪后磁轭在自重的作用下自动调整为目标姿态，之后直接按第一种姿态夹取方法夹到对应零件托盘中即可。C图和D图中磁轭第三、四种姿态调整方法分别和磁组件第二、三种姿态类似，根据图示和上述讲解不难理解这两种姿态下的调整方法。

图10(a)所示为手柄各姿态下的夹取方法，第一、四种姿态使用夹爪2，第二、三种姿态使用夹爪3。由图10(b)可以看出，手柄姿态的调整方法与磁轭调整方法类似，手柄第一、三、四种姿态调整方法分别对应磁轭第一、三四种姿态调整方法。对于B图所示的手柄第二种姿态，也仅需要在使用夹爪3将零件放到图中所示调整机构上后，使机器人以Z轴平行于机器人台面的姿态夹取零件即可完成后续调整任务。

大U有两种可能姿态，夹取方法如图11(a)所示，夹爪都使用夹爪1，其夹取零件时，由于夹取点上料处托盘表面很接近，对于夹爪和上料托盘面的间距要求较高，设置夹取点高度时要注意避免碰撞。由于大U本身较小，可夹取处的夹取面较小，所以讲夹爪设计成下窄上宽的结构，避免零件被夹爪夹住后姿态发生变化。图11(b)为大U两种姿态下的调整方法，第一种可直接夹到A图所示托盘的放置位置处，大U可在自重和机构共同作用下自行调整为目标姿态。对于B图所示第二种姿态，机器人夹住零件后绕Y轴逆时针旋转90度变为图中调整机构上透明大U所示的姿态，松开夹爪后大U可在自重与机构作用下调整为目标姿态，再使用夹爪1将零件夹到托盘目标位置即可。

第四步：实验单元安装与调试验证。将上述围绕六轴机器人设计的模型加工并安装调试，在断路器装配机器人柔性装配运动过程中，末端执行器夹取零件时需要气缸动作，机器人对应的I/O端口需要有输出信号。同时为避免出现气缸出现故障或其他问题导致的气缸没有动作到位的情况，需要在气缸上装上传感器，一般一个气缸需要两个传感器，一个检测气缸夹紧动作到位，一个检测气缸松开到位。本文所选用的滑块气缸为双作用气缸，其行程为30mm，每个气缸使用两个传感器分别检测气缸两个作用端的到位信号，所以将机器人用户输入信号前8位分配给这8个传感器。夹爪气缸虽然也是双作用气缸，但其不仅行程较短，还需要夹零件，所以最终决定仅使用一个气缸检测它的释放端，一旦夹爪气缸离开释放段，即认为夹爪夹到了零件。表1中为气缸电磁阀、传感器和机器人输入输出I/O口的对应关系，根据该关系编写机器人运动过程中检测气缸状态的程序。

表1

根据上述机器人运动程序总体流程图和各输入输出I/O对应关系完成程序的编写，结合实际的断路器柔性装配单元和图1中的示意图对机器人调整零件姿态任务进行说明。该部分单元包括六轴机器人、机器人的末端执行机构、姿态调整辅助机构和零件托盘，机器人从安全点A出发，运动到B点处夹取零件，对于需要辅助机构的零件姿态，则运动到零件姿态调整过渡区域处对应的辅助机构进行姿态的调整，最终将调整的零件放到零件托盘D中，完成零件的姿态调整，并运动到安全点等待或执行下一次任务。

如图12所示，为本发明实施例中，提供的一种断路器柔性自动化装配制造工艺，其在前述的断路器柔性自动化装配制造工艺配套生产线上实现，包括以下步骤：

步骤S1、通过AGV小车将多种待装配零件输送到零件自动分拣单元后，配合上料机构将所述多种待装配零件放到零件自动分拣单元中并联机器人台面上的上料区域；

步骤S2、在上料区域，所述并联机器人对多种待装配零件进行类别分拣，并将分拣后的同类别待装配零件放到零件传送带中相应的分槽内输送至零件姿态调整单元中六轴机器人台面上的姿态识别与标定区域；

步骤S3、在所述姿态识别与标定区域，所述六轴机器人随机夹取各待装配零件，并将各待装配零件随机夹取产生的零件姿态自动调整或配合辅助调整机构调整为自动化装配所需的目标姿态后放置于指定的载具托盘中，且进一步通过载具传送带输送至断路器自动装配单元；

步骤S4、通过每一四轴机器人对载具托盘中的各待装配零件进行组装成完整的断路器产品。

在本发明实施例中，六轴机器人随机夹取各待装配零件，并将各待装配零件随机夹取产生的零件姿态自动调整或配合辅助调整机构调整为自动化装配所需的目标姿态后放置于指定的载具托盘中的具体步骤包括：

六轴机器人获取当前待装配零件的姿态；

六轴机器人若判定当前待装配零件的姿态与其自动化装配所需的目标姿态仅在空间Z轴上有一定的角度差时，则在夹住当前待装配零件后，绕Z轴旋转一定角度即可以目标姿态放入指定的载具托盘中；如灭弧室第一种姿态的调整等等；

六轴机器人若判定当前待装配零件的姿态无法在被夹住后调整为目标姿态时，则先夹住当前待装配零件按照需要绕Z轴旋转一定角度，再绕Y轴逆时针旋转一定角度放到所述辅助调整机构上，最后从所述辅助调整机构上夹住当前待装配零件绕Z轴逆时针旋转一定度即可以目标姿态放入指定的载具托盘中；如灭弧室第二种至第四种姿态的调整等等。

在本发明实施例中，所述方法还进一步包括：

六轴机器人若判定当前待装配零件的姿态无法在被夹住后调整为目标姿态时，则先夹住当前待装配零件绕Z轴旋转一定角度放入所述辅助调整机构左边，再以末端工具坐标系的Z轴平行于工作台面的姿态夹住当前待装配零件夹取点后绕Y轴顺时针旋转一定角度即可以目标姿态放入指定的载具托盘中；如磁组件第二种和第三种姿态的调整等等。

在本发明实施例中，所述方法还进一步包括：

六轴机器人若判定当前待装配零件的姿态无法在被夹住后调整为目标姿态时，先将当前待装配零件绕Z轴旋转一定角度后放到所述辅助调整机构上，使得当前待装配零件能在自重的作用下自动调整为目标姿态，再直接夹住当前待装配零件以目标姿态放入指定的载具托盘中；如磁轭第二种姿态的调整等等。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明通过柔性动作机构的设计、柔性机器人单元的开发和协同控制，将传统串行的刚性流水线系统进行柔性化集成，同一单元可以同时完成多种零件的自动化装配，形成一种配置灵活、操作方式简便的断路器柔性自动化装配制造方法，缩短了传统串行式装配流水线的工艺过程，提高了制造单元设备的柔性化程度，降低企业设备投入成本，提高产品制造效率。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例系统中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种断路器柔性自动化装配制造工艺的配套生产线，其特征在于，包括断路器自动上料单元、零件自动分拣单元、零件姿态调整单元和断路器自动装配单元；其中，所述断路器自动上料单元包括上料机构和AGV小车；所述零件自动分拣单元包括并联机器人及其台面上的上料区域和零件传送带；所述零件姿态调整单元包括六轴机器人、辅助调整机构以及所述六轴机器人台面上的姿态识别与标定区域和载具传送带；所述断路器自动装配单元包括至少一四轴机器人；所述零件传送带跨接在所述零件自动分拣单元和所述零件姿态调整单元之间，且上形成有多个分槽；所述载具传送带跨接在所述零件姿态调整单元和所述断路器自动装配单元之间，且其上放置有载具托盘；

其中，所述断路器自动上料单元，用于通过所述AGV小车将多种待装配零件输送到所述零件自动分拣单元后，配合所述上料机构将所述多种待装配零件放到所述零件自动分拣单元中并联机器人台面上的上料区域；

所述零件自动分拣单元，用于在所述上料区域，所述并联机器人对所述多种待装配零件进行类别分拣，并将分拣后的同类别待装配零件放到所述零件传送带中相应的分槽内输送至所述零件姿态调整单元中六轴机器人台面上的姿态识别与标定区域；

所述零件姿态调整单元，用于在所述姿态识别与标定区域，所述六轴机器人随机夹取各待装配零件，并将各待装配零件随机夹取产生的零件姿态自动调整或配合所述辅助调整机构调整为自动化装配所需的目标姿态后放置于指定的载具托盘中，且进一步通过所述载具传送带输送至所述断路器自动装配单元；

所述断路器自动装配单元，用于通过每一四轴机器人对载具托盘中的各待装配零件进行组装成完整的断路器产品；

所述零件姿态调整单元中的六轴机器人通过执行计算机程序模块来实现随机夹取各待装配零件，并将各待装配零件随机夹取产生的零件姿态自动调整或配合所述辅助调整机构调整为自动化装配所需的目标姿态后放置于指定的载具托盘的；其中，

所述计算机程序模块包括待装配零件建模模块、零件调整单元建模模块和零件姿态调整模块；

所述待装配零件建模模块，用于对断路器所有待装配零件进行三维建模，得到各待装配零件的三维模型；

所述零件调整单元建模模块，用于根据所述六轴机器人的工作台面、机器人臂和末端执行机构，以及所述辅助调整机构和各待装配零件对应的载具托盘，建立和实现所述六轴机器人安装台面的布局、运动范围以及所述六轴机器人调整各零件时所需的运动轨迹以及工艺姿态的动作轨迹模型；

所述零件姿态调整模块，用于根据真实断路器自动装配中六轴机器人末端执行机构和辅助调整机构的装配关系，建立父子嵌套关系来形成作动响应机理，并结合作动响应机理和动作轨迹模型，制定对应的数据作动响应机制，用以实现各待装配零件姿态调整的动作控制。

2.如权利要求1所述的断路器柔性自动化装配制造工艺的配套生产线，其特征在于，所述断路器自动上料单元中的上料机构是基于AGV小车来设计并实现上料任务的。

3.如权利要求1所述的断路器柔性自动化装配制造工艺的配套生产线，其特征在于，所述零件自动分拣单元中的并联机器人是通过工业相机和机器视觉识别判断来实现对所述多种待装配零件进行类别分拣的。

4.如权利要求1所述的断路器柔性自动化装配制造工艺的配套生产线，其特征在于，所述六轴机器人的末端执行机构由四个滑块气缸和四个夹爪气缸组成。

5.一种断路器柔性自动化装配制造工艺，其特征在于，其在如权利要求1-4中任一项所述的断路器柔性自动化装配制造工艺配套生产线上实现，包括以下步骤：

通过AGV小车将多种待装配零件输送到零件自动分拣单元后，配合上料机构将所述多种待装配零件放到零件自动分拣单元中并联机器人台面上的上料区域；

在上料区域，所述并联机器人对多种待装配零件进行类别分拣，并将分拣后的同类别待装配零件放到零件传送带中相应的分槽内输送至零件姿态调整单元中六轴机器人台面上的姿态识别与标定区域；

在所述姿态识别与标定区域，所述六轴机器人随机夹取各待装配零件，并将各待装配零件随机夹取产生的零件姿态自动调整或配合辅助调整机构调整为自动化装配所需的目标姿态后放置于指定的载具托盘中，且进一步通过载具传送带输送至断路器自动装配单元；

通过每一四轴机器人对载具托盘中的各待装配零件进行组装成完整的断路器产品；

所述六轴机器人随机夹取各待装配零件，并将各待装配零件随机夹取产生的零件姿态自动调整或配合辅助调整机构调整为自动化装配所需的目标姿态后放置于指定的载具托盘中的具体步骤包括：

所述六轴机器人获取当前待装配零件的姿态；

所述六轴机器人若判定当前待装配零件的姿态与其自动化装配所需的目标姿态仅在空间Z轴上有一定的角度差时，则在夹住当前待装配零件后，绕Z轴旋转一定角度即可以目标姿态放入指定的载具托盘中；

所述六轴机器人若判定当前待装配零件的姿态无法在被夹住后调整为目标姿态时，则先夹住当前待装配零件按照需要绕Z轴旋转一定角度，再绕Y轴逆时针旋转一定角度放到所述辅助调整机构上，最后从所述辅助调整机构上夹住当前待装配零件绕Z轴逆时针旋转一定度即可以目标姿态放入指定的载具托盘中。

6.如权利要求5所述的断路器柔性自动化装配制造工艺，其特征在于，所述工艺还进一步包括：

所述六轴机器人若判定当前待装配零件的姿态无法在被夹住后调整为目标姿态时，则先夹住当前待装配零件绕Z轴旋转一定角度放入所述辅助调整机构左边，再以末端工具坐标系的Z轴平行于工作台面的姿态夹住当前待装配零件夹取点后绕Y轴顺时针旋转一定角度即可以目标姿态放入指定的载具托盘中。

7.如权利要求6所述的断路器柔性自动化装配制造工艺，其特征在于，所述工艺还进一步包括：

所述六轴机器人若判定当前待装配零件的姿态无法在被夹住后调整为目标姿态时，先将当前待装配零件绕Z轴旋转一定角度后放到所述辅助调整机构上，使得当前待装配零件能在自重的作用下自动调整为目标姿态，再直接夹住当前待装配零件以目标姿态放入指定的载具托盘中。

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