CN213277023U - 采用ccd视觉对位的自动插拔线电工实训装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种采用CCD视觉对位的自动插拔线电工实训装置；该实训装置含有机架﹑四个直线移动的电动移位台﹑插拔线机械手﹑插线板﹑备线板﹑收线板和控制电路；第一﹑二电动移位台分别安装在机架上表面左﹑右两边的两个第一支架上，且它们的台面位于同一个水平面中，它们的移动轨道相互平行；第三电动移位台的移动轨道两端分别固定在第一和第二电动移位台的台面上，且第三电动移位台的台面竖直设置；第四电动移位台的移动轨道背面与第三电动移位台的台面固定连接；插拔线机械手安装在第四电动移位台的台面上；插线板﹑备线板和收线板安装在机架上表面中部；本实用新型使实训的效率提高，形式多样，提高了学生实训的积极性。

Description

采用CCD视觉对位的自动插拔线电工实训装置

（一）、技术领域：

本实用新型涉及一种电工实训装置，特别涉及一种采用CCD视觉对位的自动插拔线电工实训装置。

（二）、背景技术：

电子电工类专业是实践性很强的一门学科,其教学与其它理论教学有明显差异,对于电子电工类专业而言,实训是学好这门学科的关键,是电子电工类高等教育中必不可少的一个环节，它可锻炼学生设计和调试实际电路的能力以及解决实际问题的能力，使学生能将学到的知识与实践相结合，成为一个合格的电子电工类技术人员，适应电子行业中各类企业对人才的需要。目前，电工实训的难度不断增加，而且枯燥无味，学生在搭建和拆除电路时，需要不断地插线和拔线，训练效率低，影响学生的积极性。现有的实训装置一般结构较简单，只配备有插线板﹑一些插接线及其它辅助工具，已不适应现代教学的发展需要。

（三）、实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种采用CCD视觉对位的自动插拔线电工实训装置，该电工实训装置不仅使实训效率提高，而且使电工实训的形式多样，提高了学生实训的积极性。

本实用新型的技术方案：

一种采用CCD视觉对位的自动插拔线电工实训装置，含有机架，还含有四个直线移动的电动移位台﹑插拔线机械手﹑插线板﹑备线板﹑收线板和控制电路；四个电动移位台分别为：第一电动移位台﹑第二电动移位台﹑第三电动移位台和第四电动移位台；机架的上表面左﹑右两边分别安装有两个第一支架，第一电动移位台和第二电动移位台分别安装在两个第一支架上，第一电动移位台和第二电动移位台的台面位于同一个水平面中，且第一电动移位台和第二电动移位台的移动轨道相互平行并相对设置；第三电动移位台的移动轨道两端分别固定在第一电动移位台和第二电动移位台的台面上，且第三电动移位台的台面竖直设置；第四电动移位台的移动轨道背面与第三电动移位台的台面固定连接，且第四电动移位台的移动轨道竖直设置；插拔线机械手安装在第四电动移位台的台面上；机架的上表面中部设有三个第二支架，插线板﹑备线板和收线板分别安装在三个第二支架上，插线板﹑备线板和收线板均水平设置，且插线板﹑备线板和收线板均位于插拔线机械手的下方；四个电动移位台和插拔线机械手均与控制电路连接，控制电路设置在机架上。

插拔线机械手含有角度控制电机﹑U形固定架﹑倒U形固定架﹑两个滑台气缸﹑两个夹爪气缸固定板﹑两个夹爪气缸﹑CCD图像传感器﹑同轴光源﹑同轴光源固定板；U形固定架的一个侧板与第四电动移位台的台面固定连接，CCD图像传感器安装在U形固定架的另一个侧板外壁上，CCD图像传感器的拍摄口竖直朝下，竖直设置的同轴光源固定板的上端也固定在U形固定架的另一个侧板外壁上，同轴光源固定在同轴光源固定板的下端，同轴光源位于CCD图像传感器的拍摄口的正下方；角度控制电机安装在U形固定架的底板上，且角度控制电机的转轴从U形固定架的底板中心处竖直向下穿出后与倒U形固定架的顶板中心处固定连接，两个滑台气缸的底座分别安装在倒U形固定架的两个侧板的外壁上，滑台气缸的滑台在竖直方向滑动，两个夹爪气缸的底座通过两个夹爪气缸固定板分别安装在两个滑台气缸的滑台上，每个夹爪气缸上设有一对竖直向下的夹爪。

夹爪的夹持面上粘贴有防滑板。

插拔线机械手采用夹爪气缸进行电线的抓取，采用滑台气缸控制夹爪气缸在竖直方向的移动，采用角度控制电机控制机械手的旋转，利用CCD图像传感器采集图像信息。

四个电动移位台中的驱动电机均为步进驱动电机，第一电动移位台和第二电动移位台的行程相同，第三电动移位台的移动轨道与第一电动移位台和第二电动移位台的移动轨道垂直；四个电动移位台负责插拔线机械手在X、Y、Z三维空间内移动：第一电动移位台和第二电动移位台负责插拔线机械手在X方向的移动，第三电动移位台负责插拔线机械手在Y方向的移动，第四电动移位台负责插拔线机械手在Z方向的移动。

第四电动移位台中的驱动电机为带刹车的步进驱动电机。

插线板上设有N个无序的线孔，备线板和收线板上均设有M个按矩阵形式排列的线孔，M个线孔组成的线孔矩阵的行和列的方向分别与第一电动移位台和第三电动移位台的移动轨道的方向一致，N和M均为大于等于2的自然数；实训前，人工将电线插入备线板的线孔内。

机架为箱式机架，机架的侧面设有箱门，机架的底部设有万向轮；控制电路含有触屏显示器﹑电机驱动器、PLC控制器和气动元件，触屏显示器与PLC控制器的显示口连接，PLC控制器的电机控制口通过电机驱动器与角度控制电机和四个电动移位台中的驱动电机连接，PLC控制器的气缸控制口通过气动元件与滑台气缸和夹爪气缸连接，PLC控制器的图像信息接口与CCD图像传感器连接，PLC控制器的光源控制口与同轴光源连接；触屏显示器通过显示器支架安装在机架的上表面上，其竖直高度可调节，触屏显示器用来显示控制软件的工作界面及进行人机交互，方便学生进行电路设计，电机驱动器、PLC控制器和气动元件设置在机架内。

万向轮含有无刹车的万向轮和有刹车的万向轮；机架的框架的材质为铝型材，机架的外壁的材质为亚克力，第一支架的材质为方钢。

该电工实训装置的工作过程如下：

该电工实训装置开始工作前，先人工将电线插入备线板的线孔内，每根电线的两端分别插在两个线孔内，所有电线按排整齐排列；工作时，四个电动移位台带动插拔线机械手在X、Y、Z三维空间内平缓运动，PLC控制器根据CCD图像传感器拍摄到的线孔或插有电线的线孔的图像存储该处的水平位置坐标，再根据需要控制四个电动移位台﹑角度控制电机﹑两个滑台气缸﹑两个夹爪气缸工作，进而完成取线、插线、拔线及收线工作。

取线时， PLC控制器控制四个电动移位台带动插拔线机械手向备线板的上方移动，并根据CCD图像传感器拍摄到的图像分别获取备线板上同根电线的两端的水平位置坐标，然后PLC控制器控制四个电动移位台和角度控制电机，使其中一个夹爪气缸运动到该电线的一端正上方，夹爪打开，滑台气缸的滑台向下移动，使夹爪到达电线处，然后夹爪闭合，夹紧电线，之后滑台气缸的滑台向上移动，将电线的一端取出；另一夹爪气缸在四个电动移位台和角度控制电机带动下，运动到电线的另一端正上方，将电线的另一端取出，完成取线动作。

插线时，PLC控制器控制四个电动移位台带动插拔线机械手向插线板上方移动（插线板上可以预先插上搭建电路需要的各种元器件），使一个夹爪气缸运动到需要插线的一个线孔的正上方，滑台气缸的滑台向下移动，将电线的一端插入该线孔中，然后夹爪打开，滑台气缸的滑台再向上移动，完成电线一端的插入；接着，使另一个夹爪气缸运动到需要插线的另一个线孔的正上方，将电线的另一端插入该另一个线孔中，完成插线动作。

通过不断地取线﹑插线，最终完成电路的搭建，接着，学生就可进行电路的调试实验，实验完成后，需要将插线板上的电线都拔除掉放在收线板上，以备下次实训使用，这时就需要该电工实训装置进行拔线和收线操作。

拔线动作与取线动作类似，不同之处是将电线从插线板上拔出，不再详述。收线动作与插线动作类似，不同之处是将电线插到收线板上，也不再详述。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型采用四个直线移动的电动移位台带动插拔线机械手完成电工实训过程中的插拔线工作，插拔线机械手中的CCD图像传感器使插拔线动作精准；本实用新型能够取代学生快速准确地取线、插线、拔线及收线，不仅使实训效率提高，而且使电工实训的形式多样，提高了学生实训的积极性。

2、本实用新型机架的底部设有万向轮，移动﹑携带方便。

（四）、附图说明：

图1为采用CCD视觉对位的自动插拔线电工实训装置的结构示意图；

图2为插拔线机械手的放大结构示意图；

图3为插线板的放大结构示意图。

（五）、具体实施方式：

参见图1～图3，图中，采用CCD视觉对位的自动插拔线电工实训装置含有机架5﹑四个直线移动的电动移位台﹑插拔线机械手﹑插线板7﹑备线板8﹑收线板9和控制电路；四个电动移位台分别为：第一电动移位台1﹑第二电动移位台2﹑第三电动移位台3和第四电动移位台4；机架5的上表面左﹑右两边分别安装有两个第一支架6，第一电动移位台1和第二电动移位台2分别安装在两个第一支架上6，第一电动移位台1和第二电动移位台2的台面位于同一个水平面中，且第一电动移位台1和第二电动移位台2的移动轨道相互平行并相对设置；第三电动移位台3的移动轨道两端分别固定在第一电动移位台1和第二电动移位台2的台面上，且第三电动移位台3的台面竖直设置；第四电动移位台4的移动轨道背面与第三电动移位台3的台面固定连接，且第四电动移位台4的移动轨道竖直设置；插拔线机械手安装在第四电动移位台4的台面上；机架5的上表面中部设有三个第二支架10，插线板7﹑备线板8和收线板9分别安装在三个第二支架10上，插线板7﹑备线板8和收线板9均水平设置，且插线板7﹑备线板8和收线板9均位于插拔线机械手的下方；四个电动移位台和插拔线机械手均与控制电路连接，控制电路设置在机架5上。

插拔线机械手含有角度控制电机11﹑U形固定架23﹑倒U形固定架24﹑两个滑台气缸25﹑31﹑两个夹爪气缸固定板26﹑32﹑两个夹爪气缸27﹑33﹑CCD图像传感器12﹑同轴光源13﹑同轴光源固定板30；U形固定架23的一个侧板与第四电动移位台4的台面固定连接，CCD图像传感器12安装在U形固定架23的另一个侧板外壁上，CCD图像传感器12的拍摄口竖直朝下，竖直设置的同轴光源固定板30的上端也固定在U形固定架23的另一个侧板外壁上，同轴光源13固定在同轴光源固定板30的下端，同轴光源13位于CCD图像传感器12的拍摄口的正下方；角度控制电机11安装在U形固定架23的底板上，且角度控制电机11的转轴从U形固定架23的底板中心处竖直向下穿出后与倒U形固定架24的顶板中心处固定连接，两个滑台气缸25﹑31的底座分别安装在倒U形固定架24的两个侧板的外壁上，滑台气缸25﹑31的滑台在竖直方向滑动，两个夹爪气缸27﹑33的底座通过两个夹爪气缸固定板26﹑32分别安装在两个滑台气缸25﹑31的滑台上，两个夹爪气缸27﹑33上分别设有一对竖直向下的夹爪28﹑34。

夹爪28﹑34的夹持面上分别粘贴有防滑板29﹑35。

插拔线机械手采用夹爪气缸27﹑33进行电线的抓取，采用滑台气缸25﹑31控制夹爪气缸27﹑33在竖直方向的移动，采用角度控制电机11控制机械手的旋转，利用CCD图像传感器12采集图像信息。

四个电动移位台中的驱动电机均为步进驱动电机，第一电动移位台1和第二电动移位台2的行程相同，第三电动移位台3的移动轨道与第一电动移位台1和第二电动移位台2的移动轨道垂直；四个电动移位台负责插拔线机械手在X、Y、Z三维空间内移动：第一电动移位台1和第二电动移位台2负责插拔线机械手在X方向的移动，第三电动移位台3负责插拔线机械手在Y方向的移动，第四电动移位台4负责插拔线机械手在Z方向的移动。

第四电动移位台4中的驱动电机为带刹车的步进驱动电机。

插线板7上设有N个无序的线孔36，备线板8和收线板9上均设有M个按矩阵形式排列的线孔36，M个线孔36组成的线孔矩阵的行和列的方向分别与第一电动移位台1和第三电动移位台3的移动轨道的方向一致，N和M均为大于等于2的自然数；实训前，人工将电线22插入备线板8的线孔36内，电线22的两端设有插头21，便于插拔线。

机架5为箱式机架，机架5的侧面设有箱门14，机架5的底部设有万向轮；控制电路含有触屏显示器17﹑电机驱动器19、PLC控制器37和气动元件20，触屏显示器17与PLC控制器37的显示口连接，PLC控制器37的电机控制口通过电机驱动器19与角度控制电机11和四个电动移位台中的驱动电机连接，PLC控制器37的气缸控制口通过气动元件20与滑台气缸25﹑31和夹爪气缸27﹑33连接，PLC控制器37的图像信息接口与CCD图像传感器12连接，PLC控制器37的光源控制口与同轴光源13连接；触屏显示器17通过显示器支架18安装在机架5的上表面上，其竖直高度可调节，触屏显示器17用来显示控制软件的工作界面及进行人机交互，方便学生进行电路设计，电机驱动器19、PLC控制器37和气动元件20设置在机架5内。

万向轮含有无刹车的万向轮15和有刹车的万向轮16；机架5的框架的材质为铝型材，机架5的外壁的材质为亚克力，第一支架6的材质为方钢。

该电工实训装置的工作过程如下：

该电工实训装置开始工作前，先人工将电线插入备线板8的线孔36内，每根电线22的两端分别插在两个线孔36内，所有电线22按排整齐排列；工作时，四个电动移位台带动插拔线机械手在X、Y、Z三维空间内平缓运动，PLC控制器37根据CCD图像传感器12拍摄到的线孔36或插有电线22的线孔36的图像存储该处的水平位置坐标，再根据需要控制四个电动移位台﹑角度控制电机11﹑两个滑台气缸25﹑31﹑两个夹爪气缸27﹑33工作，进而完成取线、插线、拔线及收线工作。

取线时， PLC控制器37控制四个电动移位台带动插拔线机械手向备线板8的上方移动，并根据CCD图像传感器12拍摄到的图像分别获取备线板8上同根电线22的两端的水平位置坐标，然后PLC控制器37控制四个电动移位台和角度控制电机11，使其中一个夹爪气缸27运动到该电线22的一端正上方，夹爪28打开，滑台气缸25的滑台向下移动，使夹爪28到达电线22处，然后夹爪28闭合，夹紧电线22，之后滑台气缸25的滑台向上移动，将电线22的一端取出；另一夹爪气缸33在四个电动移位台和角度控制电机11带动下，运动到电线22的另一端正上方，将电线22的另一端取出，完成取线动作。

插线时，PLC控制器37控制四个电动移位台带动插拔线机械手向插线板7上方移动（插线板7上可以预先插上搭建电路需要的各种元器件），使一个夹爪气缸27运动到需要插线的一个线孔36的正上方，滑台气缸25的滑台向下移动，将电线22的一端插入该线孔36中，然后夹爪28打开，滑台气缸25的滑台再向上移动，完成电线22一端的插入；接着，使另一个夹爪气缸33运动到需要插线的另一个线孔36的正上方，将电线22的另一端插入该另一个线孔36中，完成插线动作。

通过不断地取线﹑插线，最终完成电路的搭建，接着，学生就可进行电路的调试实验，实验完成后，需要将插线板7上的电线都拔除掉放在收线板9上，以备下次实训使用，这时就需要该电工实训装置进行拔线和收线操作。

拔线动作与取线动作类似，不同之处是将电线22从插线板7上拔出，不再详述。收线动作与插线动作类似，不同之处是将电线22插到收线板9上，也不再详述。

Claims (8)

1.一种采用CCD视觉对位的自动插拔线电工实训装置，含有机架，其特征是：还含有四个直线移动的电动移位台﹑插拔线机械手﹑插线板﹑备线板﹑收线板和控制电路；四个电动移位台分别为：第一电动移位台﹑第二电动移位台﹑第三电动移位台和第四电动移位台；机架的上表面左﹑右两边分别安装有两个第一支架，第一电动移位台和第二电动移位台分别安装在两个第一支架上，第一电动移位台和第二电动移位台的台面位于同一个水平面中，且第一电动移位台和第二电动移位台的移动轨道相互平行并相对设置；第三电动移位台的移动轨道两端分别固定在第一电动移位台和第二电动移位台的台面上，且第三电动移位台的台面竖直设置；第四电动移位台的移动轨道背面与第三电动移位台的台面固定连接，且第四电动移位台的移动轨道竖直设置；插拔线机械手安装在第四电动移位台的台面上；机架的上表面中部设有三个第二支架，插线板﹑备线板和收线板分别安装在三个第二支架上，插线板﹑备线板和收线板均水平设置，且插线板﹑备线板和收线板均位于插拔线机械手的下方；四个电动移位台和插拔线机械手均与控制电路连接，控制电路设置在机架上。

2.根据权利要求1所述的采用CCD视觉对位的自动插拔线电工实训装置，其特征是：所述插拔线机械手含有角度控制电机﹑U形固定架﹑倒U形固定架﹑两个滑台气缸﹑两个夹爪气缸固定板﹑两个夹爪气缸﹑CCD图像传感器﹑同轴光源﹑同轴光源固定板；U形固定架的一个侧板与第四电动移位台的台面固定连接，CCD图像传感器安装在U形固定架的另一个侧板外壁上，CCD图像传感器的拍摄口竖直朝下，竖直设置的同轴光源固定板的上端也固定在U形固定架的另一个侧板外壁上，同轴光源固定在同轴光源固定板的下端，同轴光源位于CCD图像传感器的拍摄口的正下方；角度控制电机安装在U形固定架的底板上，且角度控制电机的转轴从U形固定架的底板中心处竖直向下穿出后与倒U形固定架的顶板中心处固定连接，两个滑台气缸的底座分别安装在倒U形固定架的两个侧板的外壁上，滑台气缸的滑台在竖直方向滑动，两个夹爪气缸的底座通过两个夹爪气缸固定板分别安装在两个滑台气缸的滑台上，每个夹爪气缸上设有一对竖直向下的夹爪。

3.根据权利要求2所述的采用CCD视觉对位的自动插拔线电工实训装置，其特征是：所述夹爪的夹持面上粘贴有防滑板。

4.根据权利要求1所述的采用CCD视觉对位的自动插拔线电工实训装置，其特征是：所述四个电动移位台中的驱动电机均为步进驱动电机，第一电动移位台和第二电动移位台的行程相同，第三电动移位台的移动轨道与第一电动移位台和第二电动移位台的移动轨道垂直。

5.根据权利要求4所述的采用CCD视觉对位的自动插拔线电工实训装置，其特征是：所述第四电动移位台中的驱动电机为带刹车的步进驱动电机。

6.根据权利要求4所述的采用CCD视觉对位的自动插拔线电工实训装置，其特征是：所述插线板上设有N个无序的线孔，备线板和收线板上均设有M个按矩阵形式排列的线孔，M个线孔组成的线孔矩阵的行和列的方向分别与第一电动移位台和第三电动移位台的移动轨道的方向一致，N和M均为大于等于2的自然数。

7.根据权利要求2所述的采用CCD视觉对位的自动插拔线电工实训装置，其特征是：所述机架为箱式机架，机架的侧面设有箱门，机架的底部设有万向轮；控制电路含有触屏显示器﹑电机驱动器、PLC控制器和气动元件，触屏显示器与PLC控制器的显示口连接，PLC控制器的电机控制口通过电机驱动器与角度控制电机和四个电动移位台中的驱动电机连接，PLC控制器的气缸控制口通过气动元件与滑台气缸和夹爪气缸连接，PLC控制器的图像信息接口与CCD图像传感器连接，PLC控制器的光源控制口与同轴光源连接；触屏显示器通过显示器支架安装在机架的上表面上，电机驱动器、PLC控制器和气动元件设置在机架内。

8.根据权利要求7所述的采用CCD视觉对位的自动插拔线电工实训装置，其特征是：所述万向轮含有无刹车的万向轮和有刹车的万向轮；机架的框架的材质为铝型材，机架的外壁的材质为亚克力，第一支架的材质为方钢。

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