CN113437612A - 一种全自动多芯密集电缆插接系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种全自动多芯密集电缆插接系统与方法，系统通过装配的离合控制系统、机械手爪、识别模块配合工作，按手爪编号进行顺序随机抓取，按识别的导线编号顺序进行插入操作，可将无序的电缆导线自动有序排列，确保每根电缆导线能准确插入接插件的相应插孔；优选的呈扇形辐射状空间排列的机械手爪，配合接插件孔位Z字形编号顺序，保证插入过程无干扰，避免了已插入线缆对后续插接过程的干扰。本发明可在一定程度上代替装配工人，实现对多芯密集型电缆的高效、有序插接装配，不仅减轻了操作人员的工作负担，降低了电缆导线与插孔间的误差、错插比率，同时大大提高了多芯密集电缆的接插装配效率。

Description

一种全自动多芯密集电缆插接系统与方法

技术领域

本发明涉及多芯密集电缆自动接插技术领域，具体为一种全自动多芯密集电缆插接系统与方法。

背景技术

在当今电子化、信息化时代，电缆需求不断增大，应用面极广，在汽车、家电、通讯设备、计算机、航空、航天及船舶等军用武器装备领域都涉及到电缆产品的使用。电缆市场需求的增大有效地带动了电缆加工设备产业的发展。然而随着高科技应用产品的不断发展，对所用电缆产品的质量及生产效率要求也不断提高，自动化、精密化、高速化、模块化、智能化生产己成为电缆制造业逐渐发展的方向。由于我国对电缆全自动插接装配设备的研究起步较晚，虽然有一定程度的发展，但在一些高端、精密技术领域，与国外同类型的电缆装配设备相比仍存在较大差距。我国现有电缆插接装配技术与生产制造能力依旧无法满足高精尖领域产品的使用要求，如我国高速列车上的电缆仍需大量进口，这也说明了国内的电缆生产加工企业，无法从根本上满足国内市场对高品质电缆的需求。

在电缆自动加工设备中，国内对电缆线束自动高效插接设备的研究投入很少，其发展速度远不及送线和压接设备，虽有一些民营企业开发了电缆自动插接机，但是只能进行一种接插件送料和线缆一端的无序插接，且所压接的接插件端子形状单一，无法满足电缆加工企业多品种、差异规格接插件线缆的插接生产要求，因此大部分企业的电缆插接工序仍采用人工方式进行，不仅生产效率低且出错率高，产品质量难以保证。国外像Komax公司生产的Zeta模块电缆加工设备，能够完成多线色、多类型接插件线缆的插接，但使用领域较窄，只能插接线径较粗的电缆导线，而且插接时需按序插接，无法根据实际需要对双排接插件进行任意端口插接，插接完成后对于插接不到位的情况无法做出补插措施。还有一些公司研究了机械手插接设备，虽能满足细线径电缆导线的插接，但是单次插入距离有限，需要两次插入才能完成，插接效率低，无法应用于电缆产品的实际生产加工中。在现有专利中，发明专利CN107346857A提供了一种机器人自动插接电缆端子的系统及方法，其系统能够全自动将电缆端子插进护套,可以对两端均有接插件的电缆进行准确的插线工作，但对于多芯且孔位分布密集的电缆接插并未给出实际解决方案，具有相当大的局限性。

发明内容

目前多芯(大于50芯)且密集的电缆导线接插装配主要依靠人工执行，操作时需要将导线束中编号不同，且无序排列的导线，一一对应逐根接插到接插件的相应接线孔位，该过程对装配人员的注意力要求极高，长时间接插容易出现接插错位的情况，一旦错位，返工难度极大，产品质量难以保证，生产效率低。同时，由于接插件尺寸有限，导线插孔过于密集，在接插过程中，已接插的导线和未接插的孔位间极易出现相互干扰，导致多芯电缆装配效率低，大大制约了产品的批量化生产。针对前述问题，本发明提出了一种全自动多芯密集电缆插接系统与方法，按手爪编号进行顺序随机抓取，按导线编号顺序进行插入，实现多芯电缆的自动化接插装配，以确保产品装配质量，提升产品装配效率。

本发明的技术方案为：

一种全自动多芯密集电缆插接方法，包括以下步骤：

步骤1：在每根导线上设置可识别编号标识；

步骤2：按照手爪编号顺序控制手爪随机抓取导线；

步骤3：根据识别导线上设置的可识别编号标识，依次获取各手爪所抓取的导线编号；所述导线编号与接插件孔位编号按顺序一一对应；

步骤4：根据各手爪所抓取的导线编号与接插件孔位编号的对应规则，确定各手爪与接插件孔位的对应关系；

步骤5：按照导线编号顺序控制手爪逐一将抓取的导线插接于接插件的对应孔位。

进一步的，步骤1中，通过在导线外表皮多次间隔喷DM码的方式，在每根导线上设置编号标识。

进一步的，步骤2中，按照手爪编号顺序控制手爪随机抓取导线后，控制已抓取导线的手爪复位。

进一步的，步骤3中，当手爪将全部待插接的导线抓取完成，且手爪复位后，依次识别各手爪所抓取的导线编号。

进一步的，步骤3中接插件孔位编号按Z型路径顺序排布。

一种全自动多芯密集电缆插接系统，包括：离合控制系统、机械手爪、识别模块；

所述机械手爪活动连接离合控制系统，具有待机、抓取、插入三个工位，并能够在离合控制系统的驱动和控制下，在三个工位之间移动；其中机械手爪在抓取工位能够随机抓取单根导线；机械手爪在插入工位能够将抓取的导线插入相应的接插件孔位中；多个所述机械手爪具有顺序编号；

所述识别模块处于机械手爪的待机工位附近，能够识别机械手爪所抓取的导线上的可识别编号标识，获取导线编号，并将导线编号传输给离合控制系统；所述导线编号与接插件孔位编号按顺序一一对应；

所述离合控制系统活动连接各个机械手爪，独立为各个机械手爪提供驱动力；

所述离合控制系统根据机械手爪编号依次控制各机械手爪从待机工位移动到抓取工位，并随机抓取导线；

所述离合控制系统根据导线编号依次控制各对应机械手爪移动到插入工位，将抓取的导线插入相应的接插件孔位中。

进一步的，所述离合控制系统包括驱动部分和离合部分，分别实现不同机械手爪的运动以及机械手爪在不同工位间的切换。

进一步的，还包括夹取模块和插入模块；所述夹取模块处于抓取工位附近，当所述离合控制系统控制机械手爪移动到抓取工位后，配合机械手爪完成导线的抓取动作；所述插入模块处于插入工位附近，当所述离合控制系统控制机械手爪移动到插入工位后，配合机械手爪将导线插入相应的接插件孔位中。

进一步的，所有所述机械手爪共用一个环形轴，呈扇形辐射状空间排列，并沿周向依次顺序编号；所述离合控制系统通过控制环形轴转动，实现不同机械手爪的切换。

利用所述系统进行全自动多芯密集电缆插接的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：不做次序约束的将导线放置在抓取工位附近，每根所述导线上设置可识别编号标识；

步骤2：所述离合控制系统按照机械手爪编号顺序，依次控制各机械手爪从待机工位移动至抓取工位，随机抓取导线后返回待机工位；

步骤3：待所有导线均被机械手爪抓取，机械手爪均返回待机工位后，根据识别导线上设置的可识别编号标识，利用识别模块依次获取各机械手爪所抓取的导线编号；所述导线编号与接插件孔位编号按顺序一一对应；所述接插件孔位编号按Z型路径顺序排布；

步骤4：所述离合控制系统根据各机械手爪所抓取的导线编号与接插件孔位编号的对应规则，确定各机械手爪与接插件孔位的对应关系；

步骤5：所述离合控制系统根据各机械手爪与接插件孔位的对应关系，按照导线编号顺序，依次控制对应机械手爪逐一将抓取的导线插接于接插件的对应孔位。

有益效果

本发明提出的全自动多芯密集电缆插接方法和系统，可在一定程度上代替装配工人，实现对多芯密集型电缆的高效、有序插接装配，不仅减轻了操作人员的工作负担，降低了电缆导线与插孔间的误差、错插比率，同时大大提高了多芯密集电缆的接插装配效率。

该系统通过装配的离合控制系统、机械手爪、识别模块配合工作，按手爪编号进行顺序随机抓取，按识别的导线编号顺序进行插入操作，可将无序的电缆导线自动有序排列，确保每根电缆导线能准确插入接插件的相应插孔；优选的呈扇形辐射状空间排列的机械手爪，配合接插件孔位Z字形编号顺序，保证插入过程无干扰，避免了已插入线缆对后续插接过程的干扰。

比对试验表明，完成50件66芯密集电缆的接插装配，纯手工操作过程平均耗时2.5小时/件，其中16件出现错插返工的情况，出错率为32％。采用该全自动接插系统辅助进行电缆插接装配后，同样完成50件66芯密集电缆的接插装配，平均耗时为1.2小时/件，未出现错插返工情况。由此可见，采用该系统后，完成66芯密集电缆的接插装配，装配效率提高了52％，且避免了错插返工情况。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：本发明工作流程示意图；流程简述：

1、电缆线束中的每根导线均有编号标识，多根带有标识的导线随机排列。

2、机械手爪呈扇形辐射状在空间有序排列(按编号)，从机械手爪1开始，逐一随机抓取电缆导线，抓取完成，机械手爪返回待机工位，直至所有导线抓取完成。

3、逐一识别各机械手爪抓取的电缆导线编号标识，由于导线编号与接插件插孔编号按顺序一一对应，所以能够得到机械手爪与接插件插孔的对应关系。

4、依次驱动抓取了导线编号为1、2、3...n的相应机械手爪，将导线插接至对应插孔。

图2：本发明功能模块图；

其中：1、离合控制系统；2、机械手爪；3、识别模块；4、夹取模块；5、插入模块。

具体实施方式

本发明针对多芯且密集的电缆导线接插装配提出一种全自动多芯密集电缆插接方法，包括以下步骤：

步骤1：通过在导线外表皮多次间隔喷DM码的方法，在每根导线上设置可识别编号标识；

步骤2：按照手爪编号从小到大的顺序依次控制手爪随机抓取导线，并控制已抓取导线的手爪复位；

步骤3：待全部导线抓取完成后，根据识别导线上设置的DM码，通过DM码识别技术，依次自动获取各手爪所抓取的导线编号；所述导线编号与接插件孔位编号按顺序一一对应；即导线编号为1的导线需要插入接插件孔位编号为1的孔位；且接插件孔位编号按Z型路径顺序排布，如图1所示，可以避免已插入线缆对后续接插过程的干扰。

步骤4：待全部导线编号识别完成后，根据各手爪所抓取的导线编号与接插件孔位编号的对应规则，确定各手爪与接插件孔位的对应关系；

步骤5：按照导线编号从小到大的顺序，控制对应的手爪逐一将抓取的导线插接于接插件的对应孔位，确保接插过程顺利完成。

如图2所示，本实施例中的一种全自动多芯密集电缆插接系统，包括：离合控制系统1、机械手爪2、识别模块3；还优选包括夹取模块4和插入模块5。

所述机械手爪活动连接离合控制系统，具有待机、抓取、插入三个工位，并能够在离合控制系统的驱动和控制下，在三个工位之间移动；其中机械手爪在抓取工位能够随机抓取单根导线；机械手爪在插入工位能够将抓取的导线插入相应的接插件孔位中。所述机械手爪末端设有抓取及插入机构，能够与夹取模块4和插入模块5分别配合实现抓取和插入的过程。本实施例中，所有所述机械手爪共用一个环形轴，呈扇形辐射状空间排列，并沿周向依次顺序编号。

所述识别模块处于机械手爪的待机工位附近，采用工业相机，能够识别机械手爪所抓取的导线上的DM码，获取导线编号，并将导线编号传输给离合控制系统，使离合控制系统能够找到并驱动对应机械手爪，使其进行对应序号电缆导线的插接。

所述离合控制系统活动连接各个机械手爪，通过电磁继电器，独立为各个机械手爪提供驱动力，保证机械手爪有待机、抓取、插入三个工位；所述离合控制系统包括驱动部分和离合部分，分别实现不同机械手爪的运动以及机械手爪在不同工位间的切换。例如所述离合控制系统可以通过控制环形轴转动，实现不同机械手爪的切换。抓取时，所述离合控制系统根据机械手爪编号，依次控制各机械手爪从待机工位移动到抓取工位，并随机抓取导线；而插入时，所述离合控制系统根据导线编号依次控制各对应机械手爪移动到插入工位，将抓取的导线插入相应的接插件孔位中。

所述夹取模块处于抓取工位附近，当所述离合控制系统控制机械手爪移动到抓取工位后，夹取模块配合机械手爪完成导线的抓取动作；所述插入模块处于插入工位附近，当所述离合控制系统控制机械手爪移动到插入工位后，插入模块配合机械手爪控制接插件前后位移至合适位置，将导线插入相应的接插件孔位中，每个机械手爪将电缆导线插入接插件的对应插孔后，释放机械手爪末端的抓取及插入机构，返回待机工位，确保后续插接工序的顺利进行，直至所有电缆导线完成插接。

参照附图1，利用所述系统进行全自动多芯密集电缆插接的方法，包括以下步骤：

步骤1：不做次序约束的将电缆导线放置在抓取工位附近，通过在导线外表皮多次间隔喷码的方法，在每根所述导线上设置DM码；

步骤2：所述离合控制系统按照机械手爪编号从小到大的顺序，依次控制各机械手爪从待机工位移动至抓取工位，位于电缆导线放置处的机械手爪末端随机抓取导线，而后离合控制系统控制机械手爪返回待机工位；

步骤3：待所有电缆导线均被机械手爪抓取，机械手爪均返回待机工位后，根据识别导线上设置的DM码，识别模块通过工业相机，依次获取各机械手爪所抓取的导线编号；所述导线编号与接插件孔位编号按顺序一一对应；所述接插件孔位编号按Z型路径顺序排布；

步骤4：所述离合控制系统根据各机械手爪所抓取的导线编号与接插件孔位编号的对应规则，确定各机械手爪与接插件孔位的对应关系；

步骤5：所述离合控制系统根据各机械手爪与接插件孔位的对应关系，按照导线编号顺序由小到大的顺序，从编号为1的插孔处开始，按照Z型路径，依次控制对应机械手爪逐一将抓取的导线插接于接插件的对应孔位，避免已插入线缆对后续接插过程的干扰。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种全自动多芯密集电缆插接方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：在每根导线上设置可识别编号标识；

步骤2：按照手爪编号顺序控制手爪随机抓取导线；

步骤3：根据识别导线上设置的可识别编号标识，依次获取各手爪所抓取的导线编号；所述导线编号与接插件孔位编号按顺序一一对应；

步骤4：根据各手爪所抓取的导线编号与接插件孔位编号的对应规则，确定各手爪与接插件孔位的对应关系；

步骤5：按照导线编号顺序控制手爪逐一将抓取的导线插接于接插件的对应孔位。

2.根据权利要求1所述一种全自动多芯密集电缆插接方法，其特征在于：步骤1中，通过在导线外表皮多次间隔喷DM码的方式，在每根导线上设置编号标识。

3.根据权利要求1所述一种全自动多芯密集电缆插接方法，其特征在于：步骤2中，按照手爪编号顺序控制手爪随机抓取导线后，控制已抓取导线的手爪复位。

4.根据权利要求1所述一种全自动多芯密集电缆插接方法，其特征在于：步骤3中，当手爪将全部待插接的导线抓取完成，且手爪复位后，依次识别各手爪所抓取的导线编号。

5.根据权利要求1所述一种全自动多芯密集电缆插接方法，其特征在于：步骤3中接插件孔位编号按Z型路径顺序排布。

6.一种全自动多芯密集电缆插接系统，其特征在于：包括：离合控制系统、机械手爪、识别模块；

所述机械手爪活动连接离合控制系统，具有待机、抓取、插入三个工位，并能够在离合控制系统的驱动和控制下，在三个工位之间移动；其中机械手爪在抓取工位能够随机抓取单根导线；机械手爪在插入工位能够将抓取的导线插入相应的接插件孔位中；多个所述机械手爪具有顺序编号；

所述识别模块处于机械手爪的待机工位附近，能够识别机械手爪所抓取的导线上的可识别编号标识，获取导线编号，并将导线编号传输给离合控制系统；所述导线编号与接插件孔位编号按顺序一一对应；

所述离合控制系统活动连接各个机械手爪，独立为各个机械手爪提供驱动力；

所述离合控制系统根据机械手爪编号依次控制各机械手爪从待机工位移动到抓取工位，并随机抓取导线；

所述离合控制系统根据导线编号依次控制各对应机械手爪移动到插入工位，将抓取的导线插入相应的接插件孔位中。

7.根据权利要求6所述一种全自动多芯密集电缆插接系统，其特征在于：所述离合控制系统包括驱动部分和离合部分，分别实现不同机械手爪的运动以及机械手爪在不同工位间的切换。

8.根据权利要求6所述一种全自动多芯密集电缆插接系统，其特征在于：还包括夹取模块和插入模块；所述夹取模块处于抓取工位附近，当所述离合控制系统控制机械手爪移动到抓取工位后，配合机械手爪完成导线的抓取动作；所述插入模块处于插入工位附近，当所述离合控制系统控制机械手爪移动到插入工位后，配合机械手爪将导线插入相应的接插件孔位中。

9.根据权利要求6所述一种全自动多芯密集电缆插接系统，其特征在于：所有所述机械手爪共用一个环形轴，呈扇形辐射状空间排列，并沿周向依次顺序编号；所述离合控制系统通过控制环形轴转动，实现不同机械手爪的切换。

10.利用权利要求6所述系统进行全自动多芯密集电缆插接的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：不做次序约束的将导线放置在抓取工位附近，每根所述导线上设置可识别编号标识；

步骤2：所述离合控制系统按照机械手爪编号顺序，依次控制各机械手爪从待机工位移动至抓取工位，随机抓取导线后返回待机工位；

步骤3：待所有导线均被机械手爪抓取，机械手爪均返回待机工位后，根据识别导线上设置的可识别编号标识，利用识别模块依次获取各机械手爪所抓取的导线编号；所述导线编号与接插件孔位编号按顺序一一对应；所述接插件孔位编号按Z型路径顺序排布；

步骤4：所述离合控制系统根据各机械手爪所抓取的导线编号与接插件孔位编号的对应规则，确定各机械手爪与接插件孔位的对应关系；

步骤5：所述离合控制系统根据各机械手爪与接插件孔位的对应关系，按照导线编号顺序，依次控制对应机械手爪逐一将抓取的导线插接于接插件的对应孔位。

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