CN116275944A - 装配系统、土方机械生产线及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土方机械生产装配领域，公开了一种装配系统及装配方法。装配系统包括用于插入式工件与槽式工件之间的插接安装，包括控制模块、装配视觉模块、抓取模块和插入式工件置放台；装配视觉模块适于结合槽式工件的三维数模信息确定插入式工件在槽式工件上安装位置的三维位置信息P_槽安装；控制模块能够控制抓取模块抓取插入式工件并与装配视觉模块结合确定插入式工件在抓取模块上的三维位置信息P_插入；控制模块还适于确定插入式工件的初始安装位置，并控制抓取模块将该插入式工件安装至槽式工件上。该系统能够实现插入式工件与槽式工件之间进行精准定位和安装，安装精度高、操作稳定性好，全流程信息化与自动化程度高，适用范围广。

Description

装配系统、土方机械生产线及装配方法

技术领域

本发明涉及土方机械生产装配领域，具体地，涉及一种装配系统，本发明还涉及一种土方机械生产线和装配方法。

背景技术

土方机械，例如装载机、挖掘机，在行走过程中，由于受到地面复杂路况的影响履带前端受力回缩，为保证土方机械履带行走装置能够正常工作，保持适当的涨紧度，减小行走时的冲击载荷和额外的功率消耗，确保履带在车辆的行走过程中不会因为冲击而断裂或者发生脱轨等故障，土方机械的履带上需设有涨紧装置。土方机械的涨紧装置总成一般由引导轮组件与涨紧机构组合而成，存在分体式(引导轮组件与涨紧机构完全分离，分两次安装)与一体式(引导轮组件与涨紧机构通过螺栓连接为一体后，一次安装至履带上)两种安装形式。

目前，涨紧装置的配送一般采用线边直送的形式，即：将供应商配送至工厂的涨紧装置，不经过分拣、组盘，直接使用叉车将原工装或托盘配送至装配产线线边。产线工人使用吊具绑扎在涨紧装置上，并将吊具挂在行车或KBK吊钩上。通过调整吊具绑扎位置保持涨紧装置处于水平状态后，操作行车、KBK，吊运涨紧装置。调整行车、KBK使涨紧机构与履带梁安装槽同心后，缓慢将涨紧装置向履带梁内安装，安装过程中人工需要实时调整涨紧装置姿态，避免与履带梁发生碰撞。

涨紧装置安装完成后，需要向涨紧机构注油口中加注油液以保持涨紧装置的涨紧力，为了便于油液加注及方便后续检修，引导轮总成、涨紧机构上设计的注油口应朝向履带梁上的引导轮检修口、涨紧机构检修口；人工装配时需要由人工确认引导轮总成注油口方向，并调整涨紧机构注油口方向，该过程受工人精神状态、熟练程度的影响，生产效率、装配质量不稳定，不利于流水作业；此外，涨紧装置安装过程中，被吊具绑扎在行车或KBK上。将分体式涨紧装置的涨紧机构或一体式涨紧装置安装进入履带梁时，工人需要通过移动涨紧机构尾部来调整涨紧机构前端装配圆柱的位置，同时操作行车或KBK，将涨紧机构的装配圆柱安装在履带梁的涨紧机构安装孔上。由于涨紧机构长度较长，工人对涨紧机构尾部微小的调整会导致前端装配圆柱位置发生较大改变，无法精确调整。同时，引导轮安装槽、涨紧机构安装孔焊接在履带梁上，其精度难以保证。而且安装时，涨紧装置与车架履带梁之间存在碰撞风险，影响装配质量，工人需要实时调整涨紧装置姿态，避免与履带梁发生碰撞。

发明内容

本发明首先所要解决的技术问题是提供一种装配系统，该系统能够实现插入式工件与槽式工件之间进行精准定位和安装，安装精度高、操作稳定性好，全流程信息化与自动化程度高，适用范围广。

本发明第二方面所述解决的技术问题是提供一种土方机械生产线，该生产线中的装配系统能够实现插入式工件与槽式工件之间进行精准定位和安装，安装精度高、操作稳定性好，全流程信息化与自动化程度高，适用范围广。

本发明第三方面所要解决的技术问题是提供一种装配方法，该方法能够实现插入式工件与槽式工件之间进行精准定位和安装，安装精度高、操作稳定性好，全流程信息化与自动化程度高，适用范围广。

为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供一种装配系统，包括用于插入式工件与槽式工件之间的插接安装，包括控制模块、装配视觉模块、抓取模块和插入式工件置放台；

所述装配视觉模块适于获得所述槽式工件的图像信息及位置并传输至所述控制模块，以使得所述控制模块能够确定基准坐标方向，并结合所述槽式工件的数模信息确定所述插入式工件在所述槽式工件上安装位置的位置信息P_槽安装；

所述装配视觉模块还适于获取所述插入式工件置放台上的插入式工件的图像及位置信息并传输至所述控制模块，所述控制模块与所述抓取模块通讯连接，以能够控制所述抓取模块从所述插入式工件置放台上抓取所述插入式工件；

所述装配视觉模块还适于获得所述抓取模块上的插入式工件的图像信息及位置并传输至所述控制模块，以使得所述控制模块能够结合该插入式工件的数模信息确定该插入式工件在所述抓取模块上的位置信息P_插入；

所述控制模块还适于根据所述P_槽安装、所述P_插入以及所述槽式工件的数模信息，确定所述插入式工件的初始安装位置，并控制所述抓取模块将该插入式工件从所述初始安装位置安装至所述槽式工件上。

优选地，所述装配视觉模块包括与所述抓取模块连接的移动视觉组件以及与地面连接的固定视觉组件，所述移动视觉组件适于获得所述槽式工件的图像信息及位置，所述固定视觉组件适于获得所述抓取模块上的插入式工件的图像信息及位置。

更优选地，所述槽式工件上设置有用于安装所述插入式工件的安装孔，所述移动视觉组件还适于获得所述安装孔的封闭端图像信息及位置，以使得所述控制模块能够结合所述槽式工件的数模信息确定所述安装孔封闭端的位置信息P_安装孔，进而参照所述基准坐标方向确定所述P_槽安装。

优选地，所述固定视觉组件还适于获得所述插入式工件的图像并传输至所述控制模块，以使得所述控制模块能够控制所述抓取模块将所述插入式工件调节至适于插入所述安装孔的方向；

所述控制模块还适于根据所述抓取模块上的插入式工件的图像信息及位置，判断该插入式工件相对于所述安装孔的方向是否正确。

优选地，所述抓取模块包括夹具置放台、抓取驱动单元和设置所述夹具置放台上的夹具，所述夹具能够与所述抓取驱动单元连接并能够通过所述抓取驱动单元驱动。

进一步优选地，所述抓取驱动单元上设置有适于检测所述夹具所承受的力学信息的力控单元。

更优选地，所述控制模块的信号输入端与所述力控单元连接，信号输出端与所述抓取驱动单元连接，以通过所述抓取驱动单元根据力控单元检测到的力学信息调整所述夹具的行进位姿及方向。

优选地，所述插入式工件为涨紧装置，所述夹具包括引导轮夹具快换盘、引导轮夹具转接装置以及用于保持固定涨紧装置的装运固定机构，所述引导轮夹具快换盘通过所述引导轮夹具转接装置连接于所述装运固定机构，所述装运固定机构包括夹持部驱动装置和引导轮夹持部，所述引导轮夹具快换盘通过所述引导轮夹具转接装置连接于所述夹持部驱动装置，所述夹持部驱动装置上安装有所述引导轮夹持部，以通过该夹持部驱动装置驱动所述引导轮夹持部进行开合夹持动作。

优选地，所述初始安装位置包括初始位置及安装角度，所述控制模块适于控制抓取模块将其夹持的所述插入式工件运输至所述初始位置并调节至所述安装角度后，将该插入式工件安装至所述槽式工件上。

本发明第二方面提供一种土方机械生产线，包括如上所述的装配系统。

本发明第三方面提供一种装配方法，采用如上所述的装配系统，该方法包括以下步骤：

S1、利用所述装配视觉模块获得所述槽式工件的图像信息及位置并传输至所述控制模块，以使得所述控制模块确定基准坐标方向，并结合所述槽式工件的数模信息确定所述插入式工件在所述槽式工件上安装位置的位置信息P_槽安装；

S2、利用所述装配视觉模块获得所述插入式工件置放台上的插入式工件的图像及位置信息并传输至所述控制模块，所述控制模块控制所述抓取模块抓取插入式工件；

S3、利用所述装配视觉模块获得所述抓取模块上的插入式工件的图像信息及位置并传输至所述控制模块，以使得所述控制模块结合该插入式工件的数模信息确定该插入式工件在所述抓取模块上的位置信息P_插入；

S4、所述控制模块根据所述P_槽安装、所述P_插入以及所述槽式工件的数模信息，确定所述插入式工件的初始安装位置，并控制所述抓取模块将其夹持的所述插入式工件从所述初始安装位置安装至所述槽式工件上。

通过上述技术方案，本发明提供的装配系统，通过装配视觉模块和数模信息的结合能够准确定位插入式工件在槽式工件上的安装位置信息，然后通过控制模块控制抓取模块将插入式工件准确安装进槽式工件上，能够实现插入式工件在槽式工件上的快速定位与安装，有效提高安装精确度。而且整个过程操作稳定，安装快速简单方便，能够适用于不行形式的插入式工件和槽式工件的安装，具有较为广泛的适用性。整个装配过程实现全流程信息化与自动化操作，有效提高生产效率、节约人工成本、降低劳动强度。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明中装配系统的一种优选实施方式的结构示意图；

图2是本发明中夹具的一种优选实施方式的结构示意图；

图3是本发明中夹具的第二种优选实施方式的结构示意图；

图4是本发明中夹具的第三种优选实施方式的结构示意图。

附图标记说明

1插入式工件 2槽式工件

3装配视觉模块 4抓取模块

5插入式工件置放台 6控制模块

31移动视觉组件 32固定视觉组件

41力控单元 42夹具置放台

43抓取驱动单元 44夹具

441引导轮夹具快换盘 442引导轮夹具转接装置

443夹持部驱动装置 444引导轮夹持部

445定位衬套

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。

首先需要说明的是，在下文的描述中为清楚地说明本发明的技术方案而涉及的一些方位词，例如“上、下、左、右”所指示的方位或位置关系是基于附图所示的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“安装”、“设有”等应做广义理解，例如，连接可以是直接连接，也可以是通过中间媒介进行间接的连接，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间连接件间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量，因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或更多个所述特征。

本发明第一方面的基本实施方式提供的装配系统，参见图1，用于插入式工件1与槽式工件2之间的插接安装，包括控制模块6、装配视觉模块3、抓取模块4和插入式工件置放台5；装配视觉模块3适于获得槽式工件2的图像信息及位置并传输至控制模块6，以使得控制模块6能够确定基准坐标方向，并结合槽式工件2的数模信息确定插入式工件1在槽式工件2上安装位置的位置信息P_槽安装；装配视觉模块3还适于获取插入式工件1在插入式工件置放台5上的图像及位置信息并传输至控制模块6，控制模块6与抓取模块4通讯连接，以能够控制抓取模块4从插入式工件置放台5上抓取插入式工件1；装配视觉模块3还适于获得抓取模块4上的插入式工件1的图像信息及位置并传输至控制模块6，以使得控制模块6能够结合该插入式工件1的数模信息确定该插入式工件1在抓取模块4上的位置信息P_插入；控制模块6还适于根据P_槽安装、P_插入以及槽式工件2的数模信息，确定插入式工件1的初始安装位置，并控制抓取模块4将该插入式工件1从初始安装位置安装至槽式工件2上。

本发明中，装配视觉模块3适于获得槽式工件2的图像信息并根据槽式工件2的图像信息获取槽式工件2的位置信息；装配视觉模块还适于获取插入式工件置放台5上的插入式工件1以及抓取模块4上的插入式工件1的图像信息并根据上述图像信息获取插入式工件1的位置信息。

装配视觉模块3与控制模块6通讯连接，以能够将装配视觉模块获得的图像等信息传输至控制模块6，控制模块6与抓取模块4通讯连接，以能够利用控制模块6控制抓取模块4的姿态及动作；抓取模块4可以采用机器人等自动操控装置。

本发明中，基准坐标方向可以是二维坐标方向或三维坐标方向，数模信息可以是二维数模信息或三维数模信息，位置信息可以是二维位置信息或三维位置信息。优选地，基准坐标方向为三维坐标方向，数模信息为三维数模信息，位置信息为三维位置信息，能够进一步提高安装精度。

本发明提供的装配系统可以用于机械装配过程中各种以插接方式连接的两个工件之间的安装，例如，可以用于套筒安装、挖掘机上的涨紧装置安装或者其它土方机械生产线上的涨紧装置安装等。为了更好地说明本发明提供的装配系统的工作过程，以下结合该装配系统应用于将挖掘机的涨紧装置(即插入式工件1)安装至下车架(即槽式工件2)的履带梁内的过程进行详细的介绍和说明，其中，涨紧装置包括引导轮组件和涨紧机构，以引导轮组件与涨紧机构通过螺栓连接为一体为例，其装配的具体过程为：

装配视觉模块3拍摄下车架上引导轮组件安装槽左右两侧的图像并传输至控制模块6，控制模块6通过拟合引导轮组件安装槽上下两个水平面，确定Z方向位置，通过拟合引导轮组件安装槽左右两个垂直面，确定X方向位置，通过拟合引导轮组件安装槽的端面，确定Y方向位置以确定三维坐标方向；控制模块6结合下车架的三维数模信息确定涨紧装置在下车架上安装位置的三维位置信息P_槽安装；控制模块6控制抓取模块4运动至插入式工件置放台5上方，控制模块6控制抓取模块4抓取涨紧装置；装配视觉模块3拍摄涨紧装置引导轮座左右两侧图像以及涨紧机构末端装配圆柱图像并传输至控制模块6，控制模块6经过综合计算并结合涨紧装置的三维数模信息，确定该涨紧装置在抓取模块4上的三维位置信息P_插入；控制模块6适于根据P_槽安装、P_插入以及下车架上履带梁的三维数模信息，计算涨紧装置初始安装位置，并控制抓取模块4携带涨紧装置运动至初始安装位置，并调整姿态，将引导轮座安装至履带梁内的涨紧装置安装槽后，夹具松开，此时，涨紧装置在重力作用下卡紧在安装槽上，随后，再将抓取模块4变换姿态将涨紧装置向内推紧安装至正确位置。

当涨紧装置中引导轮组件和涨紧机构为分体式时，其装配过程与一体式涨紧机构大体上相同，分两次分别安装涨紧机构及引导轮组件即可。

为了进一步提高装配系统操作的自动化程度，本发明提供的装配系统可以在插入式工件1和/或槽式工件2的备料区采用相应的自动备料及输送装置，例如，槽式工件2可以采用产线运输系统运输到位。

上述基本实施方式提供的装配系统，通过装配视觉模块3和数模信息的结合能够准确定位插入式工件1在槽式工件2上的安装位置信息，然后通过控制模块6控制抓取模块4将插入式工件1准确安装进槽式工件2上，能够实现插入式工件1在槽式工件2上的快速定位与安装，有效提高安装精确度。而且整个过程操作稳定，安装快速简单方便，能够适用于不行形式的插入式工件1和槽式工件2的安装，具有较为广泛的适用性。整个装配过程实现全流程信息化与自动化操作，有效提高生产效率、节约人工成本、降低劳动强度。

其中，装配视觉模块3可以为能够采集插入式工件1、槽式工件2或抓取模块4图像且能够进行图像处理和识别的电器设备，示例性地，装配视觉模块3可以由照明单元、视觉传感器(如CMOS图像传感器OV7620)、模拟-数字转换器和帧存储器等组成。

装配视觉模块3可以设置有一个，也可以设置有多个。为了能够全方位地观察装配过程中各工件的情况，在本发明的一个具体实施方式中，装配视觉模块3包括与抓取模块4连接的移动视觉组件31以及与地面连接的固定视觉组件32，移动视觉组件31适于获得槽式工件2的图像信息及位置，固定视觉组件32适于获得抓取模块4上的插入式工件1的图像信息及位置。

在本发明的一个具体实施方式中，槽式工件2上设置有用于安装插入式工件1的安装孔，移动视觉组件31还适于获得安装孔的封闭端图像信息及位置，以使得控制模块6能够结合槽式工件2的数模信息确定安装孔封闭端的位置信息P_安装孔，进而参照基准坐标方向确定P_槽安装。能够准确控制插入式工件1的安装位置。

在本发明的一个具体实施方式中，固定视觉组件32还适于获得插入式工件1的图像并传输至控制模块6，以使得控制模块6能够控制抓取模块4将插入式工件1调节至适于插入安装孔的方向；控制模块6还适于根据抓取模块4上的插入式工件1的图像信息及位置，判断该插入式工件1相对于安装孔的方向是否正确。既能够方便抓取模块4对插入式工件1的抓取，同时也能够实现插入式工件1在槽式工件2上的精准快速安装。

抓取模块4可以是任意一种能够抓取插入式工件1并带动插入式工件1进行移动完成在槽式工件2上安装的结构。在本发明的一个具体实施方式中，抓取模块4包括夹具置放台42、抓取驱动单元43和设置在夹具置放台42上的夹具44，夹具44能够与抓取驱动单元43连接并能够通过抓取驱动单元43驱动。具体地，夹具置放台42上设置有多种不同型号的夹具44，通过将夹具44和抓取驱动单元43可拆卸安装，能够在夹取不同插入式工件1时采用不同的夹具44，方便抓取不同的插入式工件1，使该系统适用的普遍性更高，而且，不同的插入式工件1可以采用与之相对应的夹具44，能够有效抓取的稳定性。具体地，夹具置放台42为夹具快换台。

在本发明的一个具体实施方式中，抓取驱动单元43上设置有适于检测夹具44所承受的力学信息的力控单元41。当夹具44工作时，力控单元41能够实时监控夹具44上传来的反作用力，当插入式工件1碰撞到槽式工件2时，反作用力急剧增大，力控单元41获取反作用力大小及方向，反作用力大小超出设定的检测阈值时，通过控制模块6控制调整夹具44上的插入式工件1的行进位姿及方向，避免继续碰撞，一方面能够保护插入式工件1和槽式工件2的外观，另一方面也避免大力碰撞而造成工件损伤。

根据本发明，力控单元41可以是任何能够检测反作用力的传感器或者检测器，如力传感器。

作为本发明一个相对优选地具体实施方式，控制模块6的信号输入端与力控单元41连接，信号输出端与抓取驱动单元43连接，以通过抓取驱动单元43根据力控单元41检测到的力学信息调整夹具44的行进位姿及方向。具体地，在控制模块6中预先设置检测阈值(该检测阈值可以根据插入式工件1以及槽式工件2的形状、大小及材质具体确定)，通过控制模块6将力控单元41检测到的反作用力F与检测阈值进行对比，当F小于检测阈值时，控制模块6控制夹具44和抓取驱动单元43正常工作；当F大于或等于检测阈值时，控制模块6控制夹具44和抓取驱动单元43正常工作转换行进位姿和行进方向。

在本发明的一个具体实施方式中，插入式工件置放台5设置有两个，以能够实现一用一替换，在使用过程中不需要格外设置间隔时间用于在插入式工件置放台5上补充插入式工件1。

插入式工件1为涨紧装置，在本发明夹具44的一个具体实施方式中，参见图2-4，夹具44包括引导轮夹具快换盘441、引导轮夹具转接装置442以及用于保持固定涨紧装置的装运固定机构，引导轮夹具快换盘441通过引导轮夹具转接装置442连接于装运固定机构，装运固定机构包括夹持部驱动装置443和引导轮夹持部444，引导轮夹具快换盘441通过引导轮夹具转接装置442连接于夹持部驱动装置443，夹持部驱动装置443上安装有引导轮夹持部444，以通过该夹持部驱动装置443驱动引导轮夹持部444进行开合夹持动作。

该夹具44可以用于夹持如土方机械或旋挖钻等工程机械底盘的机械式涨紧装置，本发明的夹具能够通过快换盘机构与装配设备自动连接和分离，无需手动从而可以便利地将本发明的夹具安装在机械臂上。

具体地，该夹具44用于移动和安装引导轮，引导轮夹具快换盘441安装在引导轮夹具转接装置442上，转接装置与夹持部驱动装置443连接，夹持部驱动装置443上安装有引导轮夹持部444，装配设备通过引导轮夹具快换盘444与引导轮夹具快速连接且无需手动安装夹具，装配设备通过引导轮夹具的夹持部驱动装置443驱动引导轮夹持部444夹持引导轮并将引导轮安装在挖掘机上。

夹持部驱动装置443为平行气爪，该平行气爪连接有气控组件，气控组件压缩空气驱动平行气爪，使得该平行气爪在气控组件压缩空气的驱动下带动引导轮夹持部444相向运动从而进行张合运动，以实现对涨紧装置的夹取和放下。

更优选地，引导轮夹持部444包括相对布置的引导轮夹爪，装配设备能够通过引导轮夹爪夹持引导轮的两侧，可以根据需要夹持的引导轮的规格使用不同大小的引导轮夹爪以更贴合引导轮的夹持，同时引导轮夹爪顶部可设置推送结构，方便装配设备推动引导轮使得引导轮与涨紧弹簧上用以安装引导轮的部分与引导轮接触，以对引导轮进行移动和安装。

引导轮夹具转接装置442包括法兰连接板和定位衬套445，引导轮夹具快换盘441通过法兰连接板固定在定位衬套445的一端，该定位衬套445的另一端连接于夹持部驱动装置443。在装配设备连接引导轮夹具时，定位衬套445限定了装配设备与夹持部驱动装置443之间的相对位置，使得装配设备精准的将一体式涨紧装置移动到指定位置并安装。

在本发明的一个具体实施方式中，初始安装位置包括初始位置及安装角度，控制模块6适于控制抓取模块4将其夹持的插入式工件1运输至初始位置并调节至安装角度后，将该插入式工件1安装至槽式工件2上。能够使得插入式工件1更方便快捷地安装至槽式工件2上，进一步减少两者产生碰撞的可能，加快安装进度。

本发明第二方面的基本实施方式提供一种土方机械生产线，包括如上所述的装配系统。

本发明提供的土方机械生产线，能够有效生产效率、节约人工成本、降低劳动强度。

本发明第三方面的基本实施方式提供一种装配方法，采用如上所述的装配系统，该方法包括以下步骤：

S1、利用装配视觉模块3获得槽式工件2的图像信息及位置并传输至控制模块6，以使得控制模块6确定基准坐标方向，并结合槽式工件2的数模信息确定插入式工件1在槽式工件2上安装位置的位置信息P_槽安装；

S2、利用装配视觉模块3获得插入式工件置放台5上的插入式工件1的图像及位置信息并传输至控制模块6，控制模块6控制抓取模块4抓取插入式工件1；

S3、利用装配视觉模块3获得抓取模块4上的插入式工件1的图像信息及位置并传输至控制模块6，以使得控制模块6结合该插入式工件1的数模信息确定该插入式工件1在抓取模块4上的位置信息P_插入；

S4、控制模块6根据P_槽安装、P_插入以及槽式工件2的数模信息，确定插入式工件1的初始安装位置，并控制抓取模块4将其夹持的插入式工件1从初始安装位置安装至槽式工件2上。

本发明提供的装配方法，能够实现插入式工件1在槽式工件2上的准确快速安装，而且能够有效生产效率、节约人工成本、降低劳动强度。

作为本发明中装配系统的一种相对优选的实施方式，参见图1，用于插入式工件1与槽式工件2之间的插接安装，包括控制模块6、装配视觉模块3、抓取模块4和插入式工件置放台5；装配视觉模块3包括与抓取模块4连接的移动视觉组件31以及与地面连接的固定视觉组件32，移动视觉组件31适于获得槽式工件2的图像信息及位置并传输至控制模块6，以使得控制模块6能够确定三维坐标方向，并结合槽式工件2的三维数模信息确定插入式工件1在槽式工件2上安装位置的三维位置信息P_槽安装；控制模块6与抓取模块4通讯连接，以能够控制抓取模块4抓取插入式工件1；槽式工件2上设置有用于安装插入式工件1的安装孔，移动视觉组件31还适于获得安装孔的封闭端图像信息及位置，以使得控制模块6能够结合槽式工件2的三维数模信息确定安装孔封闭端的三维位置信息P_安装孔，进而参照三维坐标方向确定P_槽安装；移动视觉组件31还适于获得插入式工件1的侧面图像并传输至控制模块6，以使得控制模块6能够控制抓取模块4将插入式工件1调节至适于插入安装孔的方向；控制模块6还适于根据抓取模块4上的插入式工件1的图像信息及位置，判断该插入式工件1相对于安装孔的方向是否正确；抓取模块4包括夹具置放台42和抓取驱动单元43，夹具置放台42上设置有夹具44，夹具44能够与抓取驱动单元43连接并能够通过抓取驱动单元43驱动；抓取驱动单元43上设置有适于检测夹具44所承受的力学信息的力控单元41；控制模块6的信号输入端与力控单元41连接，信号输出端与抓取驱动单元43连接，以通过抓取驱动单元43根据力控单元41检测到的力学信息调整夹具44的行进位姿及方向；固定视觉组件32适于获得抓取模块4上的插入式工件1的图像信息及位置并传输至控制模块6，以使得控制模块6能够结合该插入式工件1的三维数模信息确定该插入式工件1在抓取模块4上的三维位置信息P_插入；控制模块6还适于根据P_槽安装、P_插入以及槽式工件2的三维数模信息，确定插入式工件1的初始三维位置及安装角度，并控制抓取模块4将其夹持的插入式工件1运输至初始三维位置并调节至安装角度后，将该插入式工件1安装至槽式工件2上。

采用上述的装配系统，将引导轮组件与涨紧机构连接为一体的涨紧装置(即插入式工件1)安装至下车架(即槽式工件2)的履带梁内的过程为：

S1、移动视觉组件31拍摄下车架上的涨紧装置引导轮安装槽左右两侧图像并传输至控制模块6，控制模块6通过拟合安装槽上下两个水平面确定Z方向位置，通过拟合安装槽左右两个垂直面确定X方向位置，通过拟合安装槽端面确定Y方向位置，以确定基准坐标方向；移动视觉组件31拍摄下车架上的涨紧机构检修口并传输至控制模块6，控制模块6通过与下车架的三维数模匹配，间接计算出下车架上的涨紧机构前端圆柱安装孔的三维位置信息P安装孔；控制模块6综合引导轮安装槽XYZ三个方向的位置信息以及涨紧机构安装孔的三维位置信息P_安装孔，确定涨紧装置安装位置的三维位置信息P_槽安装；

S2、涨紧装置摆放在插入式工件置放台5(即托盘)上，抓取模块4运动至托盘侧面，移动视觉组件31拍摄引导轮上的引导轮座侧面传输至控制模块6，控制模块6判断涨紧装置的方向，并控制抓取模块4将涨紧装置调节至适于插入安装孔的方向，使得引导轮座上的注油口/检修口位于履带梁上的引导轮检修口处；移动视觉组件31分别拍摄涨紧装置引导轮座左右两侧图像并传输至控制模块6，使得控制模块6确定涨紧装置在托盘上的三维位置信息P_取料，并控制抓取模块4利用夹具44夹取涨紧装置；

S3、抓取模块4携带涨紧装置运动至固定视觉组件32，固定视觉组件32拍摄涨紧装置的引导轮座左右两侧图像以及涨紧机构末端装配圆柱图像并传输至控制模块6，控制模块6经过综合计算并结合涨紧装置的三维数模信息，确定涨紧装置在抓取模块4的夹具44上的三维位置信息P_插入；同时判断涨紧机构末端注油口方向是否正确；

S4、控制模块6根据P_槽安装及P_插入，综合比对下车架上的履带梁三维模型信息，计算涨紧装置的初始安装位置及安装角度，并控制抓取模块4携带涨紧装置运动至初始安装位置，并调整姿态，使涨紧装置方向与安装角度方向一致，继续控制抓取模块4携带涨紧装置按照安装角度向下车架的履带梁内安装涨紧装置，在安装过程中，力控单元41实时监控抓取模块4的夹具44上传来的反作用力，涨紧装置碰撞履带梁时，反作用力急剧增大，力控系统获取反作用力大小及方向并传输至控制模块6，反作用力大小超出力控单元41的阈值时，控制模块6控制抓取模块4调整行进位姿及方向，避免碰撞；抓取模块4将涨紧装置的引导轮座安装至履带梁内的涨紧装置安装槽后，抓取模块4的夹具44松开，使得涨紧装置在重力作用下卡紧在安装槽上，随后抓取模块4变换姿态，使用抓取模块4的夹具44上的连接板将涨紧装置向内推紧安装至正确位置；

重复步骤S1-S5，可以继续安装下车架的第二个涨紧装置，在下车架上所有涨紧装置安装完成后，抓取模块4复位，产线的输送装置搭载挖掘机的下车架离开工位。

本发明上述优选实施方式提供的装配系统，能够节约人工成本，降低劳动强度。采用夹具44夹取、搬运插入式工件1，更为稳定可靠，且可以根据不同型号的插入式工件1的结构特点，设计不同夹具44，确保夹具44抓取插入式工件1姿态统一。装配视觉模块3通过拍摄插入式工件1和槽式工件2的图像，综合插入式工件1和槽式工件2的3D模型，综合分析出插入式工件1抓取、装配位置，引导与之相连的机器人调整姿态，抓取并安装插入式工件1，实现插入式工件1在槽式工件2上的快速准备安装。而且，采用装配视觉模块3和3D模型的几何能够有效检测插入式工件1的安装方向，提高安装精度，避免后期返工。力控单元41与装配视觉模块3协同合作，自动适应插入式工件1及槽式工件2上各焊接件的焊接精度，避免装配时插入式工件1与槽式工件2发生碰撞，进一步提高安装精确性。而且，该系统可实现全流程信息化，所有工艺数据可追溯。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种装配系统，用于插入式工件(1)与槽式工件(2)之间的插接安装，其特征在于，包括控制模块(6)、装配视觉模块(3)、抓取模块(4)和插入式工件置放台(5)；

所述装配视觉模块(3)适于获得所述槽式工件(2)的图像信息及位置并传输至所述控制模块(6)，以使得所述控制模块(6)能够确定基准坐标方向，并结合所述槽式工件(2)的数模信息确定所述插入式工件(1)在所述槽式工件(2)上安装位置的位置信息P_槽安装；

所述装配视觉模块(3)还适于获取所述插入式工件置放台(5)上的插入式工件(1)的图像及位置信息并传输至所述控制模块(6)，所述控制模块(6)与所述抓取模块(4)通讯连接，以能够控制所述抓取模块(4)从所述插入式工件置放台(5)上抓取所述插入式工件(1)；

所述装配视觉模块(3)还适于获得所述抓取模块(4)上的插入式工件(1)的图像信息及位置并传输至所述控制模块(6)，以使得所述控制模块(6)能够结合该插入式工件(1)的数模信息确定该插入式工件(1)在所述抓取模块(4)上的位置信息P_插入；

所述控制模块(6)还适于根据所述P_槽安装、所述P_插入以及所述槽式工件(2)的数模信息，确定所述插入式工件(1)的初始安装位置，并控制所述抓取模块(4)将该插入式工件(1)从所述初始安装位置安装至所述槽式工件(2)上。

2.根据权利要求1所述的装配系统，其特征在于，所述装配视觉模块(3)包括与所述抓取模块(4)连接的移动视觉组件(31)以及与地面连接的固定视觉组件(32)，所述移动视觉组件(31)适于获得所述槽式工件(2)的图像信息及位置，所述固定视觉组件(32)适于获得所述抓取模块(4)上的插入式工件(1)的图像信息及位置。

3.根据权利要求2所述的装配系统，其特征在于，所述槽式工件(2)上设置有用于安装所述插入式工件(1)的安装孔，所述移动视觉组件(31)还适于获得所述安装孔的封闭端图像信息及位置，以使得所述控制模块(6)能够结合所述槽式工件(2)的数模信息确定所述安装孔封闭端的位置信息P_安装孔，进而参照所述基准坐标方向确定所述P_槽安装。

4.根据权利要求3所述的装配系统，其特征在于，所述固定视觉组件(32)还适于获得所述插入式工件(1)的图像并传输至所述控制模块(6)，以使得所述控制模块(6)能够控制所述抓取模块(4)将所述插入式工件(1)调节至适于插入安装孔的方向；

所述控制模块(6)还适于根据所述抓取模块(4)上的插入式工件(1)的图像信息及位置，判断该插入式工件(1)相对于所述安装孔的方向是否正确。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的装配系统，其特征在于，所述抓取模块(4)包括夹具置放台(42)、抓取驱动单元(43)和设置在所述夹具置放台(42)上的夹具(44)，所述夹具(44)能够与所述抓取驱动单元(43)连接并能够通过所述抓取驱动单元(43)驱动。

6.根据权利要求5所述的装配系统，其特征在于，所述抓取驱动单元(43)上设置有适于检测所述夹具(44)所承受的力学信息的力控单元(41)。

7.根据权利要求6所述的装配系统，其特征在于，所述控制模块(6)的信号输入端与所述力控单元(41)连接，信号输出端与所述抓取驱动单元(43)连接，以通过所述抓取驱动单元(43)根据力控单元(41)检测到的力学信息调整所述夹具(44)的行进位姿及方向。

8.根据权利要求5所述的装配系统，其特征在于，所述插入式工件(1)为涨紧装置，所述夹具(44)包括引导轮夹具快换盘(441)、引导轮夹具转接装置(442)以及用于保持固定涨紧装置的装运固定机构，所述引导轮夹具快换盘(441)通过所述引导轮夹具转接装置(442)连接于所述装运固定机构，所述装运固定机构包括夹持部驱动装置(443)和引导轮夹持部(444)，所述引导轮夹具快换盘(441)通过所述引导轮夹具转接装置(442)连接于所述夹持部驱动装置(443)，所述夹持部驱动装置(443)上安装有所述引导轮夹持部(444)，以通过该夹持部驱动装置(443)驱动所述引导轮夹持部(444)进行开合夹持动作。

9.根据权利要求1-4中任意一项所述的装配系统，其特征在于，所述初始安装位置包括初始位置及安装角度，所述控制模块(6)适于控制抓取模块(4)将其夹持的所述插入式工件(1)运输至所述初始位置并调节至所述安装角度后，将该插入式工件(1)安装至所述槽式工件(2)上。

10.一种土方机械生产线，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任意一项所述的装配系统。

11.一种装配方法，其特征在于，采用根据权利要求1-9中任意一项所述的装配系统，该方法包括以下步骤：

S1、利用所述装配视觉模块(3)获得所述槽式工件(2)的图像信息及位置并传输至所述控制模块(6)，以使得所述控制模块(6)确定基准坐标方向，并结合所述槽式工件(2)的数模信息确定所述插入式工件(1)在所述槽式工件(2)上安装位置的位置信息P_槽安装；

S2、利用所述装配视觉模块(3)获得所述插入式工件置放台(5)上的插入式工件(1)的图像及位置信息并传输至所述控制模块(6)，所述控制模块(6)控制所述抓取模块(4)抓取所述插入式工件(1)；

S3、利用所述装配视觉模块(3)获得所述抓取模块(4)上的插入式工件(1)的图像信息及位置并传输至所述控制模块(6)，以使得所述控制模块(6)结合该插入式工件(1)的数模信息确定该插入式工件(1)在所述抓取模块(4)上的位置信息P_插入；

S4、所述控制模块(6)根据所述P_槽安装、所述P_插入以及所述槽式工件(2)的数模信息，确定所述插入式工件(1)的初始安装位置，并控制所述抓取模块(4)将其夹持的所述插入式工件(1)从所述初始安装位置安装至所述槽式工件(2)上。

Images