CN112261795B - 一种基于智能机器人的智慧工厂pcb板协作插件系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于智能机器人的智慧工厂PCB板协作插件系统，包括控制单元、显示终端、作业工作台以及分别设置于作业工作台上的作业机械臂、定位组件和放料组件，所述的定位组件包括定位件和两个梯形定位座，所述的放料组件包括第一料框、第二料框和料盘，所述的第一料框和第二料框分别设置于两个梯形定位座上，所述的定位件内开设梯形定位槽，所述的梯形定位槽的上边缘为梯形敞口，所述的作业机械臂的端部设置机械爪，所述的显示终端、控制单元和作业机械臂相互连接，与现有技术相比，本发明具有精度高、效率高等优点。

Description

一种基于智能机器人的智慧工厂PCB板协作插件系统和方法

技术领域

本发明涉及智慧工厂PCB板的生产，尤其是涉及一种基于智能机器人的智慧工厂PCB板协作插件系统和方法。

背景技术

智能机器人在智慧工厂生产场景的应用备受关注。其中利用智能协作机器人与生产线配合，更加灵活高效，在未来自动化发展中发挥重要作用，智能协作机器人占全球机器人14％的市场，潜力巨大。

但现有产线多数为工业机器人，固定在产线上，只能进行单一、大批量的作业，每个机器人只能完成局部环节单点、一维度的作业，而且设备成本较高，在个性化小规模作业及特殊行业的应用局限性较大，不能满足现在多样化、个性化定制化的作业需求。

因此，如何提供一种高精准的智能协作机器人插件系统和方法，满足柔性化作业需求，填补特殊行业机器人应用空缺，是本领域中亟待解决的难题。其难点在于整个过程的精度，影响精度的因素主要有：交接过程紧密结合、模具的精细度、原材料标准化、多任务、柔性化作业等。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于智能机器人的智慧工厂PCB板协作插件系统和方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于智能机器人的智慧工厂PCB板协作插件系统，包括控制单元、显示终端、作业工作台以及分别设置于作业工作台上的作业机械臂、定位组件和放料组件，所述的定位组件包括定位件和两个梯形定位座，所述的放料组件包括第一料框、第二料框和料盘，所述的第一料框和第二料框分别设置于两个梯形定位座上，所述的定位件内开设梯形定位槽，所述的梯形定位槽的上边缘为梯形敞口，所述的作业机械臂的端部设置机械爪，所述的显示终端、控制单元和作业机械臂相互连接。

进一步地，所述的梯形定位座设置于作业工作台上作业机械臂的两侧，所述的定位件设置于作业工作台上作业机械臂的侧前方，所述的料盘设置于作业工作台上作业机械臂的正前方。

进一步地，所述的梯形定位座上开设与第一料框和第二料框相互配合的梯形凹槽，所述的梯形凹槽的上边缘为梯形敞口。

进一步地，所述的料盘上顶面开设多个凹槽，所述的凹槽用于放置待插设的元器件。

进一步地，所述的定位件用于定位放置待插设元器件的PCB板，所述的第一料框用于定位存放未插设元器件的PCB板，所述的第二料框用于存放已插设元器件的PCB板。

更进一步地，所述的凹槽设置20个，以4×5的排列方式设置于料盘上。

更进一步地，所述的凹槽为圆形凹槽或方形凹槽，其大小与元器件大小相互配合。

进一步地，所述的机械爪为夹爪，其厚度为0.5cm，通过3D打印制作。

进一步地，所述的第一料框和第二料框的内侧分别竖直设置一根铁杆，所述的铁杆的两端套设软胶管，分别与料框的上顶面和下底面固定连接，用于调整PCB板对齐，阻止PCB板向后移动。铁杆的前端距离边框14cm(对应PCB板长为13.8cm)，同时将原料框内格层间距调至10cm，这样就可以在PCB板放入料框时靠里面居中对齐，具体可根据不同产品进行尺寸调节。

一种如所述的基于智能机器人的智慧工厂PCB板协作插件系统的作业方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：调整两个梯形定位座、定位件、料盘和作业机械臂的相对位置，进行精确定位；

S1：作业机械臂根据定位，移动至第一料框处夹取PCB板；

S2：作业机械臂根据定位，移动至定位件处，将PCB板放入梯形定位槽内；

S3：PCB板在梯形定位槽的作用下实现精准定位；

S4：作业机械臂根据定位，移动至料盘处夹取元器件；

S5：作业机械臂根据定位，移动至定位件处，将元器件插入PCB板的对应孔中；

S6：作业机械臂根据定位，将已插设元器件的PCB板放入第二料框内。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明系统只设置一个作业工作台，定位组件、放料组件和作业机械臂全部设置于作业工作台上，占用场地空间小、实施周期短、投入少，能节省生产线上诸多的工艺生产环节和设备数量，极大地降低了成本，用较低的成本可以实现定制化、柔性化、自动化生产；

2)本发明系统精度高，通过改进机械爪的厚度以及定位件上定位槽的形状，实现智能机器人插件行业难度较大的作业，相比于目前国内市场同类方法只能实现>0.1cm精度且应用场景单一的作业，本发明能够实现<0.05cm精度，从而使得智能机器人插件的应用场景和可执行任务类型更加丰富；

3)本发明系统通过控制单元对作业机械臂进行自动控制，能有效替代人工插件作业，节省人工成本，提高工作效率，且不需要专业的人员操作，操作简单、灵活、安全；

4)本发明对两个料框的存放位置加装了梯形定位座，在不需安装高科技的电子定位设备的情况下，可以通过手工调节梯形定位座的位置并固定后，达到重新定位的效果，提高作业的准确度；

5)本发明将梯形定位槽的上边缘打磨成梯形敞口，可以大大提高PCB精准放入定位件的成功率，可实现0.01cm的作业精度，可满足元器针脚只有0.5mm，PCB板孔直径只有0.8mm的插件操作。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图；

图2为本发明控制方法的流程示意图。

其中，1、第一料框，2、作业机械臂，201、机械爪，3、定位件，301、梯形定位槽，4、料盘，401、凹槽，5、第二料框，6、梯形定位座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

本发明提供了一种基于智能机器人的智慧工厂PCB板协作插件系统。可以通过编程和模具设计让智能协作机器人将很小的电子元器件插到相应的PCB板上，替代人工作业，实现智能化、柔性化、多环节作业。

如图1所示，本发明提供的基于智能机器人的智慧工厂PCB板协作插件系统，包括控制单元、显示终端、作业工作台7以及分别设置于作业工作台7上的作业机械臂2、定位组件和放料组件，显示终端、控制单元和作业机械臂相互连接。

定位组件包括定位件3和两个梯形定位座6，放料组件包括第一料框1、第二料框5和料盘4。

梯形定位座6设置于作业工作台7上作业机械臂2的两侧，梯形定位座6上开设与第一料框1和第二料框5相互配合的梯形凹槽，梯形凹槽的上边缘为梯形敞口，第一料框1和第二料框5分别设置于两侧梯形定位座6上的梯形凹槽内，其中第一料框1用于定位存放未插设元器件的PCB板，第二料框用于存放已插设元器件的PCB板，装满后可以流转到下一波峰焊工序进行生产，第一料框和第二料框的内侧分别竖直设置一根铁杆，所述的铁杆的两端套设软胶管，分别与料框的上顶面和下底面固定连接，用于调整PCB板对齐，阻止PCB板向后移动。铁杆的前端距离边框14cm(对应PCB板长为13.8cm)，同时将原料框内格层间距调至10cm，这样就可以在PCB板放入料框时靠里面居中对齐，具体可根据不同产品进行尺寸调节。

本发明对两个料框的存放位置加装了梯形定位座6，在不需安装高科技的电子定位设备的情况下，可以通过手工调节梯形定位座6的位置并固定后，达到重新定位的效果，提高作业的准确度。

定位件3设置于作业工作台7上作业机械臂2的侧前方，顶部开设梯形定位槽301，用于定位放置待插设元器件的PCB板，梯形定位槽301的上边缘为梯形敞口，将梯形定位槽301的上边缘打磨成梯形敞口，可以大大提高PCB精准放入定位件3的成功率，可实现0.01cm的作业精度，可满足元器针脚只有0.5mm，PCB板孔直径只有0.8mm的插件操作。

料盘4设置于作业工作台7上作业机械臂2的正前方，上顶面开设多个凹槽401，用于放置待插设的元器件，凹槽401设置20个，以4×5的排列方式设置于料盘4上，形状可以为圆形或方形，其大小与元器件大小相互配合，料盘4上的凹糟401与元器件的空隙小于0.01cm，起到元器件定位的作用，也提高整个流程的精度。

作业机械臂2为6轴的机械手臂，端部设置机械爪201，机械爪201为夹爪，其厚度为0.5cm，通过3D打印制作，作业精度中可达到0.05cm，作业工作台7不需要外设玻璃围栏，作业机械臂2里加配有力传感器，遇障碍物会自动停止，与人协作不会造成工伤。

本发明还提供一种基于智能机器人的智慧工厂PCB板协作插件系统的作业方法，包括以下步骤：

S1：调整两个梯形定位座6、定位件3、料盘4和作业机械臂2的相对位置，进行精确定位；

S1：机械爪201根据定位，移动至第一料框1处夹取PCB板；

S2：机械爪201根据定位，移动至定位件3处，将PCB板放入梯形定位槽301内；

S3：PCB板在梯形定位槽301的作用下实现精准定位；

S4：机械爪201根据定位，移动至料盘4处夹取元器件；

S5：机械爪201根据定位，移动至定位件3处，将元器件插入PCB板的对应孔中；

S6：机械爪201根据定位，将已插设元器件的PCB板放入第二料框5内。

作业机械臂的操作过程具体如下：

步骤11：作业机械臂2进行复位操作；

步骤12：作业机械臂2将手臂及机械爪201移动到第一料框1处；

步骤13：夹取PCB板；

步骤14：移动到定位件3处；

步骤15：慢慢下移，将PCB板放入定位件3的梯形定位槽301内，并松开机械爪201；

步骤16：移动到位置料盘4处；

步骤17：夹取元器件；

步骤18：移动到定位件3上PCB板的对应插孔上方；

步骤19：对准插孔插入元器件；

步骤20：松开机械爪201；

步骤21：移动到定位件3；

步骤22：夹取PCB板；

步骤23：移动到第二料框5；

步骤24：放入已插设元器件的PCB板。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于智能机器人的智慧工厂PCB板协作插件系统，其特征在于，包括控制单元、显示终端、作业工作台(7)以及分别设置于作业工作台(7)上的作业机械臂(2)、定位组件和放料组件，所述的定位组件包括定位件(3)和两个梯形定位座(6)，所述的放料组件包括第一料框(1)、第二料框(5)和料盘(4)，所述的第一料框(1)和第二料框(5)分别设置于两个梯形定位座(6)上，所述的定位件(3)内开设梯形定位槽(301)，所述的梯形定位槽(301)的上边缘为梯形敞口，所述的作业机械臂(2)的端部设置机械爪(201)，所述的显示终端、控制单元和作业机械臂相互连接，所述的梯形定位座(6)设置于作业工作台(7)上作业机械臂(2)的两侧，所述的定位件(3)设置于作业工作台(7)上作业机械臂(2)的侧前方，所述的料盘(4)设置于作业工作台(7)上作业机械臂(2)的正前方，所述的梯形定位座(6)上开设与第一料框(1)和第二料框(5)相互配合的梯形凹槽，所述的梯形凹槽的上边缘为梯形敞口，所述的料盘(4)上顶面开设多个凹槽(401)，所述的凹槽(401)用于放置待插设的元器件，所述的定位件(3)用于定位放置待插设元器件的PCB板，所述的第一料框(1)用于定位存放未插设元器件的PCB板，所述的第二料框用于存放已插设元器件的PCB板。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能机器人的智慧工厂PCB板协作插件系统，其特征在于，所述的凹槽(401)设置20个，以4×5的排列方式设置于料盘(4)上。

3.根据权利要求1所述的一种基于智能机器人的智慧工厂PCB板协作插件系统，其特征在于，所述的凹槽(401)为圆形凹槽或方形凹槽，其大小与元器件大小相互配合。

4.根据权利要求1所述的一种基于智能机器人的智慧工厂PCB板协作插件系统，其特征在于，所述的机械爪(201)为夹爪，其厚度为0.5cm，通过3D打印制作。

5.根据权利要求1所述的一种基于智能机器人的智慧工厂PCB板协作插件系统，其特征在于，所述的第一料框(1)和第二料框(5)的内侧分别竖直设置一根铁杆，所述的铁杆的两端套设软胶管，分别与料框的上顶面和下底面固定连接，用于调整PCB板对齐，阻止PCB板向后移动。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的基于智能机器人的智慧工厂PCB板协作插件系统的作业方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：调整两个梯形定位座(6)、定位件(3)、料盘(4)和作业机械臂(2)的相对位置，进行精确定位；

S1：作业机械臂(2)根据定位，移动至第一料框(1)处夹取PCB板；

S2：作业机械臂(2)根据定位，移动至定位件(3)处，将PCB板放入梯形定位槽(301)内；

S3：PCB板在梯形定位槽(301)的作用下实现精准定位；

S4：作业机械臂(2)根据定位，移动至料盘(4)处夹取元器件；

S5：作业机械臂(2)根据定位，移动至定位件(3)处，将元器件插入PCB板的对应孔中；

S6：作业机械臂(2)根据定位，将已插设元器件的PCB板放入第二料框(5)内。

Images