CN111230469A - 一种全自动水接头装配机构及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种全自动水接头装配机构及装配方法涉及一种工件装配执行机构及一种装配方法。其目的是为了提供一种能够对装配过程进行实时监控和调整、装配精度和效率高的全自动水接头装配机构及装配方法。本发明一种全自动水接头装配机构包括末端基座和末端连接支架，末端连接支架连接机器人，末端基座上安装有位移组件，位移组件包括X轴直线模组、Y轴直线模组和Z轴直线模组，Z轴直线模组的Z轴滑块上安装有电批和第二上视觉模组，末端基座下方安装有第一上视觉模组和夹爪组件，所述夹爪组件用于夹取水接头。

Description

一种全自动水接头装配机构及装配方法

技术领域

本发明涉及工件装配技术领域，特别是涉及一种全自动水接头装配机构及装配方法。

背景技术

工业生产中需要将多个水接头依次安装在固定件上，水接头的安装至少需要四颗螺丝进行固定。目前水接头的组装都是依靠锁螺丝机进行人工锁紧，但是对于水接头的四个螺丝锁紧具有较高的要求。一般对于M3螺钉要求锁紧力矩1.1N.m，且旋入深度不便于实时监控。

目前市面上并没有该类自动组装设备，随着社会的发展，生产作业自动化不仅是一种趋势还能提高企业形象和竞争力。因此如何实现水接头的全自动装配便成为企业生产过程中急需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够对装配过程进行实时监控和调整、装配精度和效率高的全自动水接头装配机构及装配方法。

本发明一种全自动水接头装配机构，包括末端基座和末端连接支架，末端连接支架连接机器人，末端基座上安装有位移组件，位移组件包括X轴直线模组、Y轴直线模组和Z轴直线模组，Z轴直线模组的Z轴滑块上安装有电批和第二上视觉模组，末端基座下方安装有第一上视觉模组和夹爪组件，所述夹爪组件用于夹取水接头。

本发明一种全自动水接头装配机构，其中所述Y轴直线模组包括Y轴气缸和平行设置的若干条Y轴直线导轨，Y轴气缸和Y轴直线导轨均安装在末端基座上，Y轴直线导轨上安装有Y轴滑块，其中有Y轴滑块与Y轴气缸的气缸杆固定连接，Y轴滑块上固定安装有模组安装板。

本发明一种全自动水接头装配机构，其中所述模组安装板上安装有X轴直线模组，X轴直线模组包括X轴直线导轨和X轴气缸，X轴直线导轨有两条，分别安装在模组安装板相邻的两个侧面上，X轴气缸的气缸杆带动X轴滑块在X轴直线导轨上运动。

本发明一种全自动水接头装配机构，其中所述X轴滑块上安装有Z轴安装板，Z轴安装板上安装有Z轴直线导轨和Z轴气缸，Z轴气缸的气缸杆带动Z轴滑块在Z轴直线导轨上运动。

本发明一种全自动水接头装配机构，其中所述模组安装板上安装有拖链支架，拖链支架上安装有拖链，Z轴安装板上安装有拖链头安装板。

本发明一种全自动水接头装配机构，其中所述第一上视觉模组包括相机、激光传感器、镜头、光源安装板金和光源，所述光源安装在光源安装板金上，且位于相机和镜头下方，镜头与相机连接。

本发明一种全自动水接头装配机构，其中所述夹爪组件包括夹爪上气缸和导轨，导轨一侧安装有推杆，推杆上安装有压缩弹簧，压缩弹簧内部穿有导杆，导杆的下端连接有推板，推板位于压缩弹簧下方，导杆的上端能够与夹爪上气缸伸出的气缸杆相配合，导轨的下方设置有浮动装置，浮动装置上安装有滑轨和夹爪下气缸，滑轨上滑动安装有浮动头安装板，浮动头安装板下方安装有滑块座，滑块座上安装有装配头支座，装配头支座上安装有夹爪。

本发明的另一个技术方案，一种全自动水接头装配方法，包括以下步骤：

S01，机器人在指定位置拍照并抓取多个水接头；

S02，机器人移动到下视觉模组，对水接头位置进行定位；

S03，机器人移动到装配位置，由第一上视觉模组进行拍照定位；

S04，依次锁附多个水接头的第一颗螺丝，通过第二上视觉模组拍照安装水接头对应的螺丝孔，计算所需运行的轨迹和位置，工控机将信号给PLC控制电批进行第1颗螺丝的锁附，依次将全部水接头分别锁附到装配区，然后夹爪打开；

S05，机器人移动避让电批，防止发生碰撞损坏设备；

S06，第二上视觉模组拍照，对水接头产品和螺丝孔进行定位；

S07，电批依次锁附剩下的螺丝；

S08，机器人移动到取料区，抓取下一批水接头进行装配。

本发明一种全自动水接头装配机构及装配方法与现有技术不同之处在于，本发明一种全自动水接头装配机构填补了水接头组装自动化的空白，提高了装配质量，系统综合定位精度±0.12mm，确保水接头装配过程的稳定可靠，同时也提高了装配效率，一次性可以通过4组夹爪抓取和组装四个水接头，水接头组装及螺钉锁附节拍不小于3个/min。

采用该机构配合机器人使用不仅可以实现生产作业的自动化，还能避免人工作业带来的误差。该机构通过PLC控制X轴直线模组、Y轴直线模组调整电批的位置，Z轴通过Z轴气缸控制，系统综合定位精度高。在锁螺丝的时候机器人保持静止，所以电批锁附螺丝的精度取决于X、Y轴直线模组的精度和相机的精度，因此可以确保锁螺锁附的过程中实现准确作业。该机构采用浮动装置，在通气的状态下浮动装置变为刚性，断气的情况下浮动装置变为柔性可以浮动，从而可以弥补在水接头装配过程中产生的误差。此外在生产过程中，工作人员可以对螺钉的锁紧力矩和锁紧深度进行实时监控和调整。

下面结合附图对本发明的一种全自动水接头装配机构及装配方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明一种全自动水接头装配机构的立体图；

图2为本发明一种全自动水接头装配机构中位移组件右上方视角的立体图；

图3为本发明一种全自动水接头装配机构中位移组件左上方视角的立体图；

图4为本发明一种全自动水接头装配机构中夹爪组件的主视图；

图5为本发明一种全自动水接头装配机构中夹爪组件的立体图；

图6为本发明一种全自动水接头装配机构中第一上视觉模组的立体图；

图中标记示意为：1-电批；2-第一上视觉模组；3-Z轴安装板；4-夹爪组件；5-Z轴直线导轨；6-X轴直线导轨；7-模组安装板；8-Y轴滑块；9-拖链支架；10-X轴气缸；11-末端基座；12-末端连接支架；13-Y轴气缸；14-内六角螺钉；15-法兰安装板；16-Y轴直线导轨；17-拖链；18-Z轴气缸；19-拖链头安装板；20-第二上视觉模组；

101-安装爪固定板；102-第一调速阀；103-导轨；104-压缩弹簧；105-推杆；106-导杆；107-装配头支座；108-滑块座；109-导向定位销；110-夹爪下气缸；111-夹爪；114-第二调速阀；115-滑轨；117-浮动头连接板；118-浮动头安装板；119-推板；120-浮动装置；121-气缸安装座；122-夹爪上气缸；123-限位板；

201-相机固定座；202-相机连接板；203-相机；204-激光传感器；205-镜头；206-光源安装板金；207-光源。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明一种全自动水接头装配机构包括末端基座11和末端连接支架12。末端连接支架12安装在末端基座11上，末端连接支架12上通过内六角螺钉14安装有法兰安装板15，法兰安装板15用于连接机器人。机器人可以带动整个装配机构运动。末端基座11上安装有位移组件，位移组件包括X轴直线模组、Y轴直线模组和Z轴直线模组，三轴模组可以实现位移组件的活动端在三维空间内向任意位置运动。

如图2和图3所示，Y轴直线模组包括Y轴气缸13和Y轴直线导轨16，Y轴气缸13和Y轴直线导轨16均安装在末端基座11上，Y轴直线导轨16平行设置有四条，四条导轨上均活动安装有Y轴滑块8，其中两个Y轴滑块8与Y轴气缸13的气缸杆固定连接，且这两个Y轴滑块8所在的Y轴直线导轨16位于不同的两个侧面上。在本实施例中，位于中间的Y轴滑块8与Y轴气缸13的气缸杆相连，其他两个Y轴滑块8随Y轴直线导轨16运动，起到支撑的作用，既保证了Y轴向的运动精度，又确保Y轴模组不会受到径向外力。Y轴气缸13可以带动Y轴滑块8在Y轴直线导轨16上运动，Y轴滑块8上固定安装有模组安装板7。模组安装板7上安装有X轴直线导轨6和X轴气缸10，X轴直线导轨6有两条，分别安装在模组安装板7相邻的两个侧面上，两条不同侧面上安装的导轨既保证了X轴向的运动精度，又确保X轴模组不会受到径向外力。X轴气缸10的气缸杆带动X轴滑块在X轴直线导轨6上运动。X轴滑块上安装有Z轴安装板3，Z轴安装板3上安装有Z轴直线导轨5和Z轴气缸18，Z轴气缸18的气缸杆带动Z轴滑块在Z轴直线导轨5上运动。

模组安装板7上还安装有拖链支架9，拖链支架9上安装有拖链17。Z轴安装板3上安装有拖链头安装板19。由于X轴方向运动行程较长，因此安装拖链17用于保护线缆。

Z轴滑块上安装有电批1，电批1用于安装螺丝，电批1可以随Z轴滑块运动到指定位置，进行螺丝的装配。电批1可以选用阿特拉斯电批，具有力矩传感器，可以确保锁紧力矩为1.1N.m。

Z轴滑块上还安装有第二上视觉模组20，第二上视觉模组20用于拍照所要安装的螺丝孔。

末端基座11下方安装有第一上视觉模组2和夹爪组件4。如图6所示，第一上视觉模组2包括相机固定座201、相机连接板202、相机203、激光传感器204、镜头205、光源安装板金206和光源207，其中相机203安装在相机固定座201上，相机固定座201安装在相机连接板202上，相机连接板202固定在Z轴安装板3上。光源207安装在光源安装板金206上，且位于相机203和镜头205下方，镜头205与相机203连接。

如图4和图5所示，夹爪组件4包括安装爪固定板101，安装爪固定板101固定在末端基座11的下方。安装爪固定板101下方连接有气缸安装座121，气缸安装座121下方安装有夹爪上气缸122，夹爪上气缸122侧面设置有第一调速阀102。安装爪固定板101上固定安装有滑块，滑块与导轨103滑动连接。导轨103一侧安装有推杆105，推杆105上安装有压缩弹簧104。压缩弹簧104内部穿有导杆106，导杆106的下端连接有推板119，推板119位于压缩弹簧104下方，导杆106的上端能够与夹爪上气缸122伸出的气缸杆相配合。导轨103的后侧安装有限位板123，限位板123可以防止导轨103与上方的安装爪固定板101发生碰撞。

导轨103的下端连接有浮动头连接板117，浮动头连接板117下方连接有浮动装置120，浮动装置120上安装有滑轨115和夹爪下气缸110，滑轨115上滑动安装有浮动头安装板118，浮动头安装板118下方安装有滑块座108，滑块座108上安装有装配头支座107。夹爪下气缸110配有第二调速阀114，夹爪下气缸110可以带动装配头支座107移动。装配头支座107上安装有夹爪111，夹爪111可以夹取水接头。夹爪111上安装有导向定位销109。

本发明一种全自动水接头装配机构在工作时，通过法兰安装板和机器人相连接，配合机器人完成全自动的水接头的安装和螺丝锁附。具体采取以下步骤：

S01，机器人在指定位置拍照抓取水接头，机器人移动到水接头上方，第一下视觉模组拍照后一次抓取4个水接头，PLC操作4个控制夹爪的气缸打开，浮动装置断气，此时浮动装置下部连接的夹爪和夹爪上下气缸等处于浮动状态，4个夹爪下气缸分别下降到位，在下降的同时导向定位销可以导向确保准确的抓取水接头产品，并且有了浮动装置可以补偿抓取水接头时的位置误差；

S02，机器人移动到下视觉模组，对水接头位置进行定位，当气缸都到位后，夹爪气缸通过装配头支座分别和夹爪连接夹紧水接头产品，成功抓取4个产品后，4个夹爪上气缸分别上升到位，浮动装置通气，浮动装置和下部所连接的部件都变为刚性，确保移动的位置准确，当机器人抓取水接头后移动到下视觉模组进行拍照定位，机器人移动到指定的待装配的水接头的位置上方；

S03，机器人移动到装配位置，由第一上视觉模组进行拍照定位，由第一上视觉模组对定位装配区域进行拍照，确保机器人移动到指定位置，机器人末端执行器到位后保持静止状态，PLC依次控制浮动装置断气，控制夹爪的气缸下降到位；

S04，依次锁附4个水接头的第一颗螺丝，夹爪到位后，第二上视觉模组拍照安装水接头对应的螺丝孔，然后使用VisionPro软件获得坐标位置和运行轨迹，其基本步骤为：

(1)使用VisionPro软件的找圆工具获得拍照获得图像中螺丝孔的坐标Photo_X，Photo_Y；

(2)调用VisionPro软件的VisionPro图像匹配工具，将拍照获得坐标时使用的坐标系与模组坐标系匹配；

(3)手动输入的补偿值Offset_X，Offset_Y，并计算X轴、Y轴模组运动的目标位置，

Place_X＝Photo_X+Offset_X，

Place_Y＝Photo_Y+Offset_Y；

(4)将目标位置坐标发送给PLC，

PLC控制X轴直线模组、Y轴直线模组到位后，Z轴气缸下降，携带电批进行第1颗螺丝的锁附，依次将1-4的水接头分别锁附到装配区，然后夹爪打开。S05，机器人移动避让电批，防止发生碰撞损坏设备；

S06，第二上视觉模组拍照，对水接头产品和螺丝孔进行定位；

S07，电批依次锁附剩下的螺丝，PLC控制X轴直线模组、Y轴直线模组分别移动到位后、Z轴气缸下降，电批依次进行每个水接头的其他3颗螺丝的锁附；

S08，机器人移动到取料区，抓取下一批水接头进行装配，4个水接头的螺丝全部锁附完成后，机器人移动到取料位进行下一批水接头的抓取和锁附，依次循环直到完成作业。

本发明一种全自动水接头装配机构及装配方法填补了水接头组装自动化的空白，提高了装配质量，系统综合定位精度±0.12mm，确保水接头装配过程的稳定可靠，同时也提高了装配效率，一次性可以通过4组夹爪抓取和组装四个水接头，水接头组装及螺钉锁附节拍不小于3个/min。

采用该机构配合机器人使用不仅可以实现生产作业的自动化，还能避免人工作业带来的误差。该机构通过PLC控制X轴直线模组、Y轴直线模组调整电批的位置，Z轴运动通过Z轴气缸控制，系统综合定位精度高。在锁螺丝的时候机器人保持静止，所以电批锁附螺丝的精度取决于X、Y轴直线模组的精度和相机的精度，因此可以确保锁螺锁附的过程中实现准确作业。该机构采用浮动装置，在通气的状态下浮动装置变为刚性，断气的情况下浮动装置变为柔性可以浮动，从而可以弥补在水接头装配过程中产生的误差。此外在生产过程中，工作人员可以对螺钉的锁紧力矩和锁紧深度进行实时监控和调整。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种全自动水接头装配机构，其特征在于：包括末端基座和末端连接支架，末端连接支架连接机器人，末端基座上安装有位移组件，位移组件包括X轴直线模组、Y轴直线模组和Z轴直线模组，Z轴直线模组的Z轴滑块上安装有电批和第二上视觉模组，末端基座下方安装有第一上视觉模组和夹爪组件，所述夹爪组件用于夹取水接头。

2.根据权利要求1所述的一种全自动水接头装配机构，其特征在于：所述Y轴直线模组包括Y轴气缸和平行设置的若干条Y轴直线导轨，Y轴气缸和Y轴直线导轨均安装在末端基座上，Y轴直线导轨上安装有Y轴滑块，其中有Y轴滑块与Y轴气缸的气缸杆固定连接，Y轴滑块上固定安装有模组安装板。

3.根据权利要求2所述的一种全自动水接头装配机构，其特征在于：所述模组安装板上安装有X轴直线模组，X轴直线模组包括X轴直线导轨和X轴气缸，X轴直线导轨有两条，分别安装在模组安装板相邻的两个侧面上，X轴气缸的气缸杆带动X轴滑块在X轴直线导轨上运动。

4.根据权利要求3所述的一种全自动水接头装配机构，其特征在于：所述X轴滑块上安装有Z轴安装板，Z轴安装板上安装有Z轴直线导轨和Z轴气缸，Z轴气缸的气缸杆带动Z轴滑块在Z轴直线导轨上运动。

5.根据权利要求4所述的一种全自动水接头装配机构，其特征在于：所述模组安装板上安装有拖链支架，拖链支架上安装有拖链，Z轴安装板上安装有拖链头安装板。

6.根据权利要求1所述的一种全自动水接头装配机构，其特征在于：所述第一上视觉模组包括相机、激光传感器、镜头、光源安装板金和光源，所述光源安装在光源安装板金上，且位于相机和镜头下方，镜头与相机连接。

7.根据权利要求1所述的一种全自动水接头装配机构，其特征在于：所述夹爪组件包括夹爪上气缸和导轨，导轨一侧安装有推杆，推杆上安装有压缩弹簧，压缩弹簧内部穿有导杆，导杆的下端连接有推板，推板位于压缩弹簧下方，导杆的上端能够与夹爪上气缸伸出的气缸杆相配合，导轨的下方设置有浮动装置，浮动装置上安装有滑轨和夹爪下气缸，滑轨上滑动安装有浮动头安装板，浮动头安装板下方安装有滑块座，滑块座上安装有装配头支座，装配头支座上安装有夹爪。

8.一种全自动水接头装配方法，其特征在于：包括以下步骤：

S01，机器人在指定位置拍照并抓取多个水接头；

S02，机器人移动到下视觉模组，对水接头位置进行定位；

S03，机器人移动到装配位置，由第一上视觉模组进行拍照定位；

S04，依次锁附多个水接头的第一颗螺丝，通过第二上视觉模组拍照安装水接头对应的螺丝孔，计算所需运行的轨迹和位置，工控机将信号给PLC控制电批进行第1颗螺丝的锁附，依次将全部水接头分别锁附到装配区，然后夹爪打开；

S05，机器人移动避让电批，防止发生碰撞损坏设备；

S06，第二上视觉模组拍照，对水接头产品和螺丝孔进行定位；

S07，电批依次锁附剩下的螺丝；

S08，机器人移动到取料区，抓取下一批水接头进行装配。

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