CN114047012A - 一种柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线，包括各工位以及人机控制工作站；力控协作机器人完成齿轮组件的装配工作以及将电路板和面包板抓取放置在装配位置；双臂协作机器人包括末端设置有夹指的左手臂和右手臂，完成3C小零件、电路板、面包板的抓取、装配、转移的动作；协作机器人完成工件的抓取、转移、放置、装配的动作；协同配合机器人完成工件的抓取、转移、放置、装箱的动作；移动AGV移载工作站包括封箱机、物料货架、AGV小车以及AGV车载协作机器人；移动AGV移载工作站将完成封装的箱体放置于码垛平台上，码垛机器人进行智能码垛；人机控制工作站控制各工位之间协同运行。

Description

一种柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线

技术领域

本发明涉及机器人自动化装配技术领域，尤其涉及一种柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线。

背景技术

随着制造业蓬勃发展伴随着工业机器人自动化产业的迅速扩大，机器人自动化生产线在工业生产领域中应用越来越广泛，如电子电气制造、汽车制造、物料分拣、加工装配和运输等领域。特别是，协作机器人在生产线上的运用极大地提高了整体系统的柔性化和智能自动化水平。

随着生产加工、装配等的特殊化与随机化对自动化产线领域的生产灵活性及智能性提出了更高的要求，尤其对于高精密、非固定节拍、随机供料需要人机柔性协作等生产方式的自动化产线，在正式投入使用的前期，需要对系统运行方案与控制策略进行大量的测试与验证工作。而在现有的自动化产线问题研究上，在控制模式及功能实现上环境实际模拟系统不完整，缺乏柔性与直观性且对象单一。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线，克服上述产线技术中的不足，提升系统自动化柔性与功能多样化，以便为人机协作柔性生产线的工作模式研究和控制提供测试验证手段。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何通过对自动化生产线的不同设置与控制实现工件的机器人抓取、装配、装箱、封箱、搬运、码垛一整套的柔性协作自动化生产工艺过程，同时人机协作提升系统自动化柔性与功能多样化，以便为人机协作柔性生产线的工作模式研究和控制提供了测试验证手段。

为实现上述目的，本发明提供了一种柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线，包括力控协作机器人轴孔装配工位、双臂协作机器人3C小零件协作装配工位、协作机器人抓放装配工位、协同配合机器人装箱工位、移动AGV移载工作站、机器人智能码垛工位以及人机控制工作站；所述力控协作机器人轴孔装配工位包括力控协作机器人、第一工装组件以及第一机器人抓手套件，所述力控协作机器人被配置为利用所述第一工装组件和第一机器人抓手套件完成齿轮组件的装配工作以及将电路板和面包板抓取放置在装配位置；所述双臂协作机器人3C小零件协作装配工位包括双臂协作机器人、第二气控工装，所述双臂协作机器人包括末端设置有夹指的左手臂和右手臂，被配置为利用第二气控工装所述完成3C小零件、电路板、面包板的抓取、装配、转移的动作；所述协作机器人抓放装配工位包括协作机器人、第二工装组件以及第二机器人抓手套件，所述协作机器人被配置为利用所述第二工装组件和第二机器人抓手套件完成工件的抓取、转移、放置、装配的动作；所述协同配合机器人装箱工位包括协同配合机器人、第三工装组件以及第三机器人抓手套件，所述协同配合机器人被配置为利用所述第三工装组件和第三机器人抓手套件完成工件的抓取、转移、放置、装箱的动作；所述移动AGV移载工作站包括封箱机、物料货架、AGV小车以及AGV车载协作机器人，所述封箱机用于完成箱体封装，所述物料货架用于存储各零件类物料，所述AGV小车用于各零件类物料或箱体的搬运行走，所述AGV车载协作机器人用于物料的抓取上料或箱体的抓取、转移和放置；所述机器人智能码垛工位包括码垛机器人、码垛平台，所述移动AGV移载工作站被配置为将完成封装的箱体放置于所述码垛平台上，所述码垛机器人被配置为对完成封装的箱体进行智能码垛；所述人机控制工作站被配置为控制所述力控协作机器人轴孔装配工位、所述协作机器人抓放装配工位、所述双臂协作机器人3C小零件协作装配工位、所述机器人协同配合装箱工位、所述移动AGV移载工作站和所述机器人智能码垛工位之间协同运行。

进一步地，所述第一工装组件包括两套并行固定安装的齿轮定位套组和第一气控工装，所述第一机器人抓手套件包括至少两个夹爪和至少一个末端吸盘；所述齿轮定位套组用于定位齿轮零件位置；所述第一机器人抓手套件放置于所述力控协作机器人左侧，并被配置为可由所述力控协作机器人根据工件类型选取相应的夹爪或末端吸盘；所述力控协作机器人被配置为利用所述第一机器人抓手套件精准放置固定齿轮零件并完成齿轮组件的装配工作，以及将电路板和面包板抓取放置于所述第一气控工装的装配位置，所述第一气控工装用于定位电路板的位置。

进一步地，所述物料货架安装于所述力控协作机器人轴孔装配工位旁，用于放置所述齿轮零件、齿轮组件、电路板、面包板中的一种或多种。

进一步地，所述双臂协作机器人的右手臂被配置为利用末端夹指将所述第一气控工装的所述装配位置处的电路板和面包板抓取后置于所述第二气控工装，以及将3C小零件抓取安装在所述第二气控工装处的面包板上；所述第二气控工装固定在所述双臂协作机器人左侧，用于定位面包板和电路板的位置。

进一步地，所述双臂协作机器人的左手臂被配置为利用末端夹指将安装有3C小零件的面包板抓取并转移定位在所述协作机器人抓放装配工位的所述第二工装组件上。

进一步地，所述第二工装组件包含工装套件和第三气控工装，用于定位面包板和电路板的位置，所述第二机器人抓手套件包括至少两个夹爪或末端吸盘；所述第二机器人抓手套件放置于所述协作机器人左侧，并被配置为可由所述协作机器人根据工件类型选取相应的夹爪或末端吸盘；所述双臂协作机器人的左手臂被配置为利用末端夹指将安装有3C小零件的面包板抓取并转移定位在所述工装套件上，所述协作机器人被配置为利用所述第二机器人抓手套件将所述工装套件上的面包板与电路板抓取并转移至所述第三气控工装，所述第三气控工装固定于所述协作机器人抓放装配工位右侧，用于定位面包板和电路板的位置。

进一步地，所述第三工装组件包括放置PVC平板零件的定位平台和放置平台箱体的气控平台，所述第三机器人抓手套件包括至少三个夹爪和至少一个末端吸盘；所述第三机器人抓手套件放置于协同配合机器人左侧，并被配置为可由所述协同配合机器人根据工件类型选取相应的夹爪或末端吸盘；所述协同配合机器人被配置为利用所述第三机器人抓手套件的相应的末端吸盘将所述PVC平板零件抓取至所述平台箱体，利用所述第三机器人抓手套件的相应的夹爪将所述第三气控工装上的面包板和电路板放置所述平台箱体中，并利用所述第三机器人抓手套件的相应的夹爪将所述平台箱体搬运至封箱机的传输带上。

进一步地，所述AGV车载协作机器人末端安装有伺服电爪，用于将完成封装的箱体抓起，所述AGV车载协作机器人安装于AGV小车上，所述AGV小车被配置为运送所述AGV车载协作机器人完成箱体与零件的搬运。

进一步地，所述AGV车载协作机器人被配置为将完成封装的箱体放置于所述机器人智能码垛工位的所述码垛平台上，所述码垛机器人的末端设置有吸盘抓取机构，所述吸盘抓取机构用于将完成封装的箱体搬运至目标位置完成码垛。

进一步地，所述人机控制工作站还包括人机界面，所述人机界面包括测试验证自动化产线的单循环与多循环功能按钮，所述人机界面被配置为控制所述力控协作机器人轴孔装配工位、协作机器人抓放装配工位、双臂协作机器人3C小零件协作装配工位、机器人协同配合装箱工位、移动AGV移载工作站和机器人智能码垛工位之间协同运行。

本发明的有益效果是：在工业自动化生产线中通过应用人机协作机器人完成工件的抓取、搬运、装配等精准动作，提升了自动化系统的柔性与功能多样化，尤其对于高精密、非固定节拍、随机供料需要人机柔性协作等生产方式的自动化产线提供了可行性控制方案，本发明在功能实现上整体模拟系统比较完整，以便为人机协作柔性生产线的工作模式研究和控制提供测试验证手段。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线的整体结构示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的力控协作机器人轴孔装配工位的结构示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的双臂协作机器人3C小零件协作装配工位的结构示意图；

图4是本发明的一个较佳实施例的协作机器人抓放装配工位的结构示意图；

图5是本发明的一个较佳实施例的协同配合机器人装箱工位的结构示意图；

图6是本发明的一个较佳实施例的封箱工位的结构示意图；

图7是本发明的一个较佳实施例的移动AGV移载工作站的结构示意图；

图8是本发明的一个较佳实施例的机器人智能码垛工位的结构示意图。

其中，1-力控协作机器人轴孔装配工位，2-双臂协作机器人3C小零件协作装配工位，3-协作机器人抓放装配工位，4-协同配合机器人装箱工位，5-封箱工位，6-移动AGV移载工作站，7-机器人智能码垛工位，8-人机控制工作站，9-物料货架，11-力控协作机器人，12-第一齿轮定位套组，13-第二齿轮定位套组，14-第一齿轮装配体，15-第二齿轮装配体，16-第一装配位置，17-第二气缸，18-第一气控工装平台，19-第二装配位置，21-第二气控工装平台，22-双臂协作机器人，23-右手臂，24-左手臂，27-第三气缸，31-工装套件，32-第二机器人抓手套件，33-第三机器人抓手，34-第四机器人抓手34，35-第五机器人抓手，36-第六机器人抓手，39-第三气控工装平台，41-协同机器人，42-第三机器人抓手套件，43-第九机器人抓手，44-第八机器人抓手，45-第七机器人抓手，46-第二机器人末端吸盘，47-平台箱体，48-PVC平板零件，51-传输带，52-封箱机，53-完成封装后的箱体，61-AGV小车，63-AGV车载协作机器人，1-码垛机器人，72-码垛平台，73-吸盘抓取机构，191-第一机器人抓手套件，192-第二机器人抓手，193-第一机器人抓手，194-第一机器人末端吸盘，195-齿轮零件，196-电路板，197-面包板，198-第一气缸，310-第四气缸，311-协作机器人。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

本实施例提供了一种柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线，用以完成通过应用人机协作机器人完成工件的抓取、搬运、装配等精准动作。下面对本实施例进一步阐述，以整体系统性展示本申请的功能实现、控制方案，便于了解达成目的。

如图1所示，功能测试验证线包括力控协作机器人轴孔装配工位1、双臂协作机器人3C小零件协作装配工位2、协作机器人抓放装配工位3、协同配合机器人装箱工位4、封箱工位5、移动AGV移载工作站6、机器人智能码垛工位7以及人机控制工作站8。

如图2所示，力控协作机器人轴孔装配工位1包括两套并行固定安装的第一齿轮定位套组12和第二齿轮定位套组13，用于定位散乱的齿轮零件195，齿轮零件195是由力控协作机器人11通过利用第一机器人抓手套件191的第一机器人末端吸盘194完成抓取并装配到第一齿轮定位套组12和第二齿轮定位套组13上，第一齿轮装配体14和第二齿轮装配体15是齿轮零件195完成装配后的状态。

进一步地，力控协作机器人11切换第一机器人抓手193或第二机器人抓手192分别将电路板196和面包板197抓取放置于第一气控工装平台18的第一装配位置16和第二装配位置19处。第一气控工装平台18由第一气缸198和第二气缸17对位于第一装配位置16的电路板196进行定位控制。

如图3所示，双臂协作机器人3C小零件协作装配工位2的双臂协作机器人22包括左手臂24和右手臂23，右手臂23将第一气控工装平台18的第一装配位置16和第二装配位置19处的电路板196和面包板197抓取后定位于第二气控工装平台21，立体放置的电路板196和面包板197通过第三气缸27进行定位。

进一步地，双臂协作机器人22的右手臂23将3C小零件抓取安装在第二气控工装平台21的面包板197上。

如图4所示，工装套件31固定于双臂协作机器人22左侧，由双臂协作机器人22的左手臂24从第二气控工装平台21将安装有3C小零件的电路板196和面包板197抓取、搬运并定位在工装套件31上。

进一步的，协作机器人311可根据工件类型选取第二机器人抓手套件32上相应的第三机器人抓手33、第四机器人抓手34、第五机器人抓手35、第六机器人抓手36将工装套件31上的电路板196和面包板197抓取转移至第三气控工装平台39。

进一步地，如图4所示，第三气控工装平台39的第四气缸310为未闭合状态，电路板196和面包板197未被定位。

进一步地，第三气控工装平台39可以由2个气缸组成。

如图5所示，协同配合机器人41利用第三机器人抓手套件42中的第二机器人末端吸盘46抓取PVC平板零件48至平台箱体47。

进一步地，协同配合机器人41可根据所需抓取的电路板196和面包板197更换第七机器人抓手45和第八机器人抓手44，并将电路板196和面包板197放置平台箱体47中。

进一步地，协同配合机器人41更换第九机器人抓手43将平台箱体47搬运至封箱工位5的封箱机52的传输带51上，如图6所示，为完成封装后的箱体53状态。

如图7和图8所示，移动AGV移载工作站6包括AGV小车61和AGV车载协作机器人63，将完成封装的箱体53放置于机器人智能码垛工位7的码垛平台72上，机器人智能码垛工位7通过码垛机器人71进行智能码垛，码垛机器人71末端安装有吸盘抓取机构73。

进一步地，如图1和图6所示，还包括物料货架9，物料货架9安装于力控协作机器人轴孔装配工位1旁。齿轮零件195、齿轮组件、电路板196、面包板197、PVC平板零件48、平台箱体47可以放置于物料货架9上，AGV小车61运送AGV车载协作机器人63完成箱体与零件的搬运。

如图1所示，人机控制工作站8为程序控制人机界面，人机界面包括功能测试验证线的单循环与多循环功能按钮，人机控制工作站8可以控制力控协作机器人轴孔装配工位1、双臂协作机器人3C小零件协作装配工位2、协作机器人抓放装配工位3、协同配合机器人装箱工位4、移动AGV移载工作站6和机器人智能码垛工位7之间协同运行。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线，其特征在于，包括力控协作机器人轴孔装配工位、双臂协作机器人3C小零件协作装配工位、协作机器人抓放装配工位、协同配合机器人装箱工位、移动AGV移载工作站、机器人智能码垛工位以及人机控制工作站；

所述力控协作机器人轴孔装配工位包括力控协作机器人、第一工装组件以及第一机器人抓手套件，所述力控协作机器人被配置为利用所述第一工装组件和第一机器人抓手套件完成齿轮组件的装配工作以及将电路板和面包板抓取放置在装配位置；

所述双臂协作机器人3C小零件协作装配工位包括双臂协作机器人、第二气控工装，所述双臂协作机器人包括末端设置有夹指的左手臂和右手臂，被配置为利用第二气控工装所述完成3C小零件、电路板、面包板的抓取、装配、转移的动作；

所述协作机器人抓放装配工位包括协作机器人、第二工装组件以及第二机器人抓手套件，所述协作机器人被配置为利用所述第二工装组件和第二机器人抓手套件完成工件的抓取、转移、放置、装配的动作；

所述协同配合机器人装箱工位包括协同配合机器人、第三工装组件以及第三机器人抓手套件，所述协同配合机器人被配置为利用所述第三工装组件和第三机器人抓手套件完成工件的抓取、转移、放置、装箱的动作；

所述移动AGV移载工作站包括封箱机、物料货架、AGV小车以及AGV车载协作机器人，所述封箱机用于完成箱体封装，所述物料货架用于存储各零件类物料，所述AGV小车用于各零件类物料或箱体的搬运行走，所述AGV车载协作机器人用于物料的抓取上料或箱体的抓取、转移和放置；

所述机器人智能码垛工位包括码垛机器人、码垛平台，所述移动AGV移载工作站被配置为将完成封装的箱体放置于所述码垛平台上，所述码垛机器人被配置为对完成封装的箱体进行智能码垛；

所述人机控制工作站被配置为控制所述力控协作机器人轴孔装配工位、所述协作机器人抓放装配工位、所述双臂协作机器人3C小零件协作装配工位、所述机器人协同配合装箱工位、所述移动AGV移载工作站和所述机器人智能码垛工位之间协同运行。

2.如权利要求1所述的柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线，其特征在于，所述第一工装组件包括两套并行固定安装的齿轮定位套组和第一气控工装，所述第一机器人抓手套件包括至少两个夹爪和至少一个末端吸盘；所述齿轮定位套组用于定位齿轮零件位置；所述第一机器人抓手套件放置于所述力控协作机器人左侧，并被配置为可由所述力控协作机器人根据工件类型选取相应的夹爪或末端吸盘；所述力控协作机器人被配置为利用所述第一机器人抓手套件精准放置固定齿轮零件并完成齿轮组件的装配工作，以及将电路板和面包板抓取放置于所述第一气控工装的装配位置，所述第一气控工装用于定位电路板的位置。

3.如权利要求2所述的柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线，其特征在于，所述物料货架安装于所述力控协作机器人轴孔装配工位旁，用于放置所述齿轮零件、齿轮组件、电路板、面包板中的一种或多种。

4.如权利要求2所述的柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线，其特征在于，所述双臂协作机器人的右手臂被配置为利用末端夹指将所述第一气控工装的所述装配位置处的电路板和面包板抓取后置于所述第二气控工装，以及将3C小零件抓取安装在所述第二气控工装处的面包板上；所述第二气控工装固定在所述双臂协作机器人左侧，用于定位面包板和电路板的位置。

5.如权利要求4所述的柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线，其特征在于，所述双臂协作机器人的左手臂被配置为利用末端夹指将安装有3C小零件的面包板抓取并转移定位在所述协作机器人抓放装配工位的所述第二工装组件上。

6.如权利要求5所述的柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线，其特征在于，所述第二工装组件包含工装套件和第三气控工装，用于定位面包板和电路板的位置，所述第二机器人抓手套件包括至少两个夹爪或末端吸盘；所述第二机器人抓手套件放置于所述协作机器人左侧，并被配置为可由所述协作机器人根据工件类型选取相应的夹爪或末端吸盘；所述双臂协作机器人的左手臂被配置为利用末端夹指将安装有3C小零件的面包板抓取并转移定位在所述工装套件上，所述协作机器人被配置为利用所述第二机器人抓手套件将所述工装套件上的面包板与电路板抓取并转移至所述第三气控工装，所述第三气控工装固定于所述协作机器人抓放装配工位右侧，用于定位面包板和电路板的位置。

7.如权利要求6所述的柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线，其特征在于，所述第三工装组件包括放置PVC平板零件的定位平台和放置平台箱体的气控平台，所述第三机器人抓手套件包括至少三个夹爪和至少一个末端吸盘；所述第三机器人抓手套件放置于协同配合机器人左侧，并被配置为可由所述协同配合机器人根据工件类型选取相应的夹爪或末端吸盘；所述协同配合机器人被配置为利用所述第三机器人抓手套件的相应的末端吸盘将所述PVC平板零件抓取至所述平台箱体，利用所述第三机器人抓手套件的相应的夹爪将所述第三气控工装上的面包板和电路板放置所述平台箱体中，并利用所述第三机器人抓手套件的相应的夹爪将所述平台箱体搬运至封箱机的传输带上。

8.如权利要求7所述的柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线，其特征在于，所述AGV车载协作机器人末端安装有伺服电爪，用于将完成封装的箱体抓起，所述AGV车载协作机器人安装于AGV小车上，所述AGV小车被配置为运送所述AGV车载协作机器人完成箱体与零件的搬运。

9.如权利要求8所述的柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线，其特征在于，所述AGV车载协作机器人被配置为将完成封装的箱体放置于所述机器人智能码垛工位的所述码垛平台上，所述码垛机器人的末端设置有吸盘抓取机构，所述吸盘抓取机构用于将完成封装的箱体搬运至目标位置完成码垛。

10.如权利要求1所述的柔性协作机器人自动化装配功能测试验证线，其特征在于，所述人机控制工作站还包括人机界面，所述人机界面包括测试验证自动化产线的单循环与多循环功能按钮，所述人机界面被配置为控制所述力控协作机器人轴孔装配工位、协作机器人抓放装配工位、双臂协作机器人3C小零件协作装配工位、机器人协同配合装箱工位、移动AGV移载工作站和机器人智能码垛工位之间协同运行。

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