一种用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的自动化设备

摘要

本发明公开了一种用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的自动化设备，涉及一种精密装配技术领域，包括输送倍速链装置、装配机器人、柔性专用工具装置、视觉识别装置、托盘卡槽装置、振动上料装置、移栽小车、电气控制柜，通过一台非标定制设计集成的含工业机器人的自动化设备实现双阴装配，实现双阴的振动上料、电连接器识别、工件识别、分片、叠片等工艺动作，主控系统调度五台叠片机器人协同工作实现适应不同产品类型、不同规格的变压器铁芯的柔性生产能力，智能化程度高；同时结构可靠，布局明晰，场地占用合理，操作简便，运行安全，替代人工实现了自动化叠片，大大降低了铁芯叠片工段操作者人数及劳动强度，同时叠片一致性高，性能稳定可靠。

权利要求

1.一种用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的自动化设备，包括输送倍速链装置(1)、装配机器人(2)、柔性专用工具装置(3)、视觉识别装置(4)、托盘卡槽装置(5)、振动上料装置(6)、移栽小车(7)、电气控制柜(8)，其特征在于：所述输送倍速链装置(1)安装在铝型材框架上，铝型材框架安装在地面上，倍速链驱动电机及相应的电控和气控元件至于框架内部，所述装配机器人(2)由六轴机器人及机器人控制柜组成，机器人安装在底座上，机器人控制柜和工控机安装在机器人底座旁边的铝型材上，通过profinet模块与PLC进行通讯，同时机器人的机械手端部固定安装有柔性专业工具装置(3)，所述柔性专用工具装置(3)偏置安装在机器人末端的法兰结构件上，相机(16)和环形光源(15)通过支架固定在法兰结构件上，柔性专用工具装置(3)进一步细分为执行部分和检测部分，其中所述执行部分从上到下分别安装有力矩传感器(20)、气动浮动头(18)及气动夹爪(19)，气动浮动头(18)固定安装在气动夹爪(19)的顶部，同时力矩传感器(20)固定安装在法兰结构件上，并且力矩传感器(20)和气动夹爪(19)连接在一起，同时视觉识别装置(4)通过铝型框架安装在输送倍速链装置(1)的上端，同时铝型材框架的内部设置有移栽小车(7)，移栽小车(7)的顶部设置有托盘卡槽装置(5)，并且移栽小车(7)设置在输送倍速链装置(1)的侧面，同时输送倍速链装置(1)的对应端设置有振动上料装置(6)，同时铝型材框架的内部固定安装有电气控制柜(8)，电气控制柜(8)和输送倍速链装置(1)、装配机器人(2)、柔性专用工具装置(3)、视觉识别装置(4)、托盘卡槽装置(5)、振动上料装置(6)以及移栽小车(7)电性连接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的自动化设备，其特征在于：所述输送倍速链装置(1)由传送倍速链、顶升支撑装置以及驱动电机组成，传送倍速链固定安装在铝型材框架上，并且两辆移栽小车(7)通过定位机构实现与传送倍速链的两端对接，同时移栽小车(7)的顶部安装有定位装置；同时所述顶升支撑装置设置在工作工位处，并且在工作工位处设置有阻挡机构，同时传送倍速链和顶升支撑装置对应的驱动电机固定安装在铝型材框架的底部。

3.根据权利要求1所述的一种用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的自动化设备，其特征在于：所述检测部分包括位移传感器(17)、连接轴(24)和平板(25)，其中平板(25)通过两根连接轴(24)固定安装在法连结构件的下方，并且连接轴(24)的外侧套有压缩弹簧(21)，同时位移传感器(17)同样固定安装在法兰结构件上，并且位移传感器(17)和转接板(22)连接在一起，转接板(22)固定安装在平板(25)的上表面，并且转接板(22)的顶部同样连接有压缩弹簧(21)，同时转接板(22)的底部连接有支架(23)，支架(23)从平板(25)的底部伸出。

4.根据权利要求1所述的一种用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的自动化设备，其特征在于：所述视觉识别装置(4)由全局相机(9)、四条条形光源(10)和视觉处理工控机组成，其中全局相机(9)和四根条形光源(10)通过铝型框架安装在第一工位的上端，同时视觉处理工控机固定安装在铝型框架的底部，并和全局相机(9)以及条形光源(10)连接在一起。

5.根据权利要求1所述的一种用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的自动化设备，其特征在于：所述托盘卡槽装置(5)是放在整个移动倍速链上用以定位夹紧装配工件的装置，由铝制底盘、非金属卡槽以及夹紧装置组成，所述铝制底盘的顶部安装有非金属卡槽，并且非金属卡槽内设置有夹紧装置。

6.根据权利要求1所述的一种用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的自动化设备，其特征在于：所述振动上料装置(6)由振动盘(11)、缓存装置(12)、转送装置(13)、吹气装置(14)及激光传感器组成，电连接器存放在缓存装置(12)内，并且缓存装置(12)和振动盘(11)首尾连接在一起，同时振动盘(11)的排料末端安装有激光传感器，同时振动盘(11)的出料口处安装有转送装置(13)，转送装置(13)的输出端连接有吹气装置(14)，吹气装置(14)和装配机器人(2)的夹取位连通在一起，同时装配机器人(2)的夹取位处安装有检测开关。

7.根据权利要求1所述的一种用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的自动化设备，其特征在于：所述电气控制柜(8)由变压器、PLC、远程IO模块、网络交换机、profinet适配模块、继电器、接触器、开关、指示灯等多种电气元件组成，PLC通过profinet与机器人、力矩传感器、位移传感器进行数据交互，并将相关信息传递给机器人控制系统，指导机器人动作。

8.根据权利要求6所述的一种用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的自动化设备，其特征在于：所述转送装置(13)的输出端处放置有废料盒。

说明书

一种用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的自动化设备

技术领域

[0001] 本发明涉及精密装配技术领域，具体是一种用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的自动化设备。

背景技术

[0002] 电子装连领域中盲插电连接器在航空航天、装备制造、电气等领域越来越广泛，国内外关于电连接器主要针对结构和性能优化，对于装配方法和过程研究较少，某两型产品
中存在锯齿状、薄壁件的工件，其上安装有专用的某型组件，组件上设置有若干直径为
3.61mm的装配孔，装配孔的下底面设置有一0.38mm左右的定位针。现有直径为3.4mm，长度
为11mm和6.5mm的电连接器，示意图如图8和图9所示，需要将对应长度的电连接器装配到对
应的装配孔中，电连接器应用在电气互联层中，装配过程中不能存在缩针、磨损，超差会导
致电性能不满足要求，否则会影响到某两型产品的整体性能。目前，都是采用人工装插的方
式完成电连接器的装配过程，该过程需要至少两名操作工同时进行作业，由于该电连接器
在某型产品上由3000到5000个，每个装插过程大约费时15s左右，因此要求操作工长时间保
持机械性的操作动作且需时刻关注装配质量，劳动强度大且装配的一致性难以保证，所以
设计一种用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的自动化设备，实现不同类型不同规格工件
的电连接器的装配过程，保证产品精度，减少人员需求的同时提高生产效率，成为亟需解决
的重大装备需求。此类设备在国内外目前还在处于研究阶段。

发明内容

[0003] 针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的自动化设备，能自动识别振动盘中的圆柱形电连接器，通过吹料、机器人夹
取、视觉定位装配孔、柔性装插，形成符合对应产品形状和要求的高精度、一致性好的装配
组件；同时，设备具有能适应两种不同规格的产品类型的柔性装配能力。

[0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括输送倍速链装置、装配机器人、柔性专用工具装置、视觉识别装置、托盘卡槽装置、振动上料装置、移栽小车、电气控制柜，
所述输送倍速链装置安装在铝型材框架上，铝型材框架安装在地面上，倍速链驱动电机及
相应的电控和气控元件至于框架内部，所述装配机器人由六轴机器人及机器人控制柜组
成，机器人安装在底座上，机器人控制柜和工控机安装在机器人底座旁边的铝型材上，通过
profinet模块与PLC进行通讯，同时机器人的机械手端部固定安装有柔性专业工具装置，同
时视觉识别装置通过铝型框架安装在输送倍速链装置的上端，同时铝型材框架的内部设置
有移栽小车，移栽小车的顶部设置有托盘卡槽装置，并且移栽小车设置在输送倍速链装置
的侧面，同时输送倍速链装置的对应端设置有振动上料装置，同时铝型材框架的内部固定
安装有电气控制柜，电气控制柜和输送倍速链装置、装配机器人、柔性专用工具装置、视觉
识别装置、托盘卡槽装置、振动上料装置以及移栽小车电性连接在一起。

[0005] 作为本发明进一步的方案：所述输送倍速链装置由传送倍速链、顶升支撑装置以及驱动电机组成，传送倍速链固定安装在铝型材框架上，并且两辆移栽小车通过定位机构
实现与传送倍速链的两端对接，同时移栽小车的顶部安装有定位装置；同时所述顶升支撑
装置设置在工作工位处，并且在工作工位处设置有阻挡机构，同时传送倍速链和顶升支撑
装置对应的驱动电机固定安装在铝型材框架的底部。

[0006] 作为本发明进一步的方案：所述柔性专用工具装置偏置安装在机器人末端的法兰结构件上，相机和环形光源通过支架固定在法兰结构件上，柔性专用工具装置进一步细分
为执行部分和检测部分，其中所述执行部分从上到下分别安装有力矩传感器、气动浮动头
及气动夹爪，气动浮动头固定安装在气动夹爪的顶部，同时力矩传感器固定安装在法兰结
构件上，并且力矩传感器和气动夹爪连接在一起。

[0007] 作为本发明进一步的方案：所述检测部分包括位移传感器、连接轴和平板，其中平板通过两根连接轴固定安装在法连结构件的下方，并且连接轴的外侧套有压缩弹簧，同时
位移传感器同样固定安装在法兰结构件上，并且位移传感器和转接板连接在一起，转接板
固定安装在平板的上表面，并且转接板的顶部同样连接有压缩弹簧，同时转接板的底部连
接有支架，支架从平板的底部伸出。

[0008] 作为本发明进一步的方案：所述视觉识别装置由全局相机、四条条形光源和视觉处理工控机组成，其中全局相机和四根条形光源通过铝型框架安装在第一工位的上端，同
时视觉处理工控机固定安装在铝型框架的底部，并和全局相机以及条形光源连接在一起。

[0009] 作为本发明进一步的方案：所述托盘卡槽装置是放在整个移动倍速链上用以定位夹紧装配工件的装置，由铝制底盘、非金属卡槽以及夹紧装置组成，所述铝制底盘的顶部安
装有非金属卡槽，并且非金属卡槽内设置有夹紧装置。

[0010] 作为本发明进一步的方案：所述振动上料装置由振动盘、缓存装置、转送装置、吹气装置及激光传感器组成，电连接器存放在缓存装置内，并且缓存装置和振动盘首尾连接
在一起，同时振动盘的排料末端安装有激光传感器，同时振动盘的出料口处安装有转送装
置，转送装置的输出端连接有吹气装置，吹气装置和装配机器人的夹取位连通在一起，同时
装配机器人的夹取位处安装有检测开关。

[0011] 作为本发明进一步的方案：所述电气控制柜由变压器、PLC、远程IO模块、网络交换机、profinet适配模块、继电器、接触器、开关、指示灯等多种电气元件组成，PLC通过
profinet与机器人、力矩传感器、位移传感器进行数据交互，并将相关信息传递给机器人控
制系统，指导机器人动作。

[0012] 作为本发明再进一步的方案：所述转送装置的输出端处放置有废料盒。

[0013] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所述的用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的自动化设备主要通过一台非标定制设计及集成的自动化装配设备配合视觉
定位实现电连接器的柔性装配，可以实现两种电连接器振动上料、装配工件类型识别、倍速
链输送托盘、视觉定位、夹取、柔性装配等工艺动作，主控系统调度包含机器人在内的自动
化设备协同工作以实现适应不同的产品类型、不同规格的电连接器的柔性装配能力，装配
合格率达到99％以上且一致性好，柔性化、智能化程度高。

[0014] 本自动化设备结构可靠，布局明晰，场地占用合理，操作简便，运行安全，替代人工实现电连接器的装配，大大降低了电连接器装配的操作人数及劳动强度，同时装插电连接
器一致性高，性能稳定可靠。

附图说明

[0015] 图1为本发明的轴视图。

[0016] 图2为本发明的侧视图。

[0017] 图3为本发明的主视图。

[0018] 图4为本发明的全局相机工位构造图。

[0019] 图5为本发明的振动上料装置构造图。

[0020] 图6为本发明的柔性专用工具装置结构示意图。

[0021] 图7为本发明的柔性专用工具装置侧视图。

[0022] 图8为现有电连接器结构示意图一。

[0023] 图9为现有电连接器结构示意图二。

[0024] 如图所示：1、输送倍速链装置，2、装配机器人，3、柔性专用工具装置，4、视觉识别装置，5、托盘卡槽装置，6、振动上料装置，7、移栽小车，8、电气控制柜，9、全局相机，10、条形
光源，11、振动盘，12、缓冲装置，13、转送装置，14、吹气装置，15、环形光源，16，相机，17、位
移传感器，18、气动浮动头，19、气动夹爪，20、力矩传感器，21、压缩弹簧，22、转接板，23、支
架，24、连接轴，25、平板。

具体实施方式

[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0026] 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“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆
卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中
间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体
情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0027] 请参阅图1～7，本发明实施例中，一种用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的自动化设备，包括输送倍速链装置1、装配机器人2、柔性专用工具装置3、视觉识别装置4、托盘
卡槽装置5、振动上料装置6、移栽小车7、电气控制柜8，所述输送倍速链装置1安装在铝型材
框架上，铝型材框架安装在地面上，倍速链驱动电机及相应的电控和气控元件至于框架内
部，所述装配机器人2由六轴机器人及机器人控制柜组成，机器人安装在底座上，机器人控
制柜和工控机安装在机器人底座旁边的铝型材上，通过profinet模块与PLC进行通讯，同时
机器人的机械手端部固定安装有柔性专业工具装置3，用于视觉定位矫正、夹取双阴和装配
双阴，同时视觉识别装置4通过铝型框架安装在输送倍速链装置1的上端，同时铝型材框架
的内部设置有移栽小车7，移栽小车7的顶部设置有托盘卡槽装置5，并且移栽小车7设置在
输送倍速链装置1的侧面，同时输送倍速链装置1的对应端设置有振动上料装置6，同时铝型
材框架的内部固定安装有电气控制柜8，电气控制柜8和输送倍速链装置1、装配机器人2、柔
性专用工具装置3、视觉识别装置4、托盘卡槽装置5、振动上料装置6以及移栽小车7电性连
接在一起，实现设备的自动化工作。

[0028] 其中，所述输送倍速链装置1由传送倍速链、顶升支撑装置以及驱动电机组成，传送倍速链固定安装在铝型材框架上，并且两辆移栽小车7通过定位机构实现与传送倍速链
的两端对接，同时移栽小车7的顶部安装有定位装置，用来固定托盘卡槽5，从而通过移栽小
车7和传送倍速链完成对托盘卡槽5的运输；同时所述顶升支撑装置设置在工作工位处，并
且在工作工位处设置有阻挡机构，借助阻挡机构反馈，得知托盘到达固定地点后，将托盘顶
升到一定位置，并定位，定位后，然后待机器人开始装配，同时传送倍速链和顶升支撑装置
对应的驱动电机固定安装在铝型材框架的底部。

[0029] 其中，所述柔性专用工具装置3偏置安装在机器人末端的法兰结构件上，相机16和环形光源15通过支架固定在法兰结构件上，柔性专用工具装置3进一步细分为执行部分和
检测部分，其中所述执行部分从上到下分别安装有力矩传感器20、气动浮动头18及气动夹
爪19，气动浮动头18固定安装在气动夹爪19的顶部，同时力矩传感器20固定安装在法兰结
构件上，并且力矩传感器20和气动夹爪19连接在一起；同时所述检测部分包括位移传感器
17、连接轴24和平板25，其中平板25通过两根连接轴24固定安装在法连结构件的下方，并且
连接轴24的外侧套有压缩弹簧21，同时位移传感器17同样固定安装在法兰结构件上，并且
位移传感器17和转接板22连接在一起，转接板22固定安装在平板25的上表面，并且转接板
22的顶部同样连接有压缩弹簧21，同时转接板22的底部连接有支架23，支架23从平板25的
底部伸出，支架23带动转接板22的压缩弹簧21反馈到位移传感器17上，同时转接板22将装
配力反馈到力矩传感器20上，检测部分不会影响力矩传感器20的力检测。

[0030] 其中，所述视觉识别装置4由全局相机9、四条条形光源10和视觉处理工控机组成，其中全局相机9和四根条形光源10通过铝型框架安装在第一工位的上端，同时视觉处理工
控机固定安装在铝型框架的底部，并和全局相机9以及条形光源10连接在一起，全局相机9
悬吊在托盘卡槽5的上方，对整个托盘卡槽5进行拍照，用以识别整个托盘上的要装配的工
件的长度和类型，将对应类型工件的拍照位从系统中查询后依次发给机器人，定位到拍照
位后进一步精定位。

[0031] 其中，所述托盘卡槽装置5是放在整个移动倍速链上用以定位夹紧装配工件的装置，由铝制底盘、非金属卡槽以及夹紧装置组成，所述铝制底盘的顶部安装有非金属卡槽，
并且非金属卡槽内设置有夹紧装置，待装配的工件靠近非金属卡槽左端放置，夹紧装置旋
转偏心轮压缩弹簧夹紧工件。

[0032] 其中，所述振动上料装置6由振动盘11、缓存装置12、转送装置13、吹气装置14及激光传感器组成，电连接器存放在缓存装置12内，并且缓存装置12和振动盘11首尾连接在一
起，同时振动盘11的排料末端安装有激光传感器，检测最末端电连接器的长度，同时振动盘
11的出料口处安装有转送装置13，转送装置13的输出端连接有吹气装置14，吹气装置14和
装配机器人2的夹取位连通在一起，同时装配机器人2的夹取位处安装有检测开关，当正确
的位置上放置有电连接器，通知机器人可以进行夹取，同时转送装置13的输出端处放置有
废料盒，不符合长度要求的电连接器由转送装置13捡到废料盒中，便于集中回收处理。

[0033] 其中，所述电气控制柜8由变压器、PLC、远程IO模块、网络交换机、profinet适配模块、继电器、接触器、开关、指示灯等多种电气元件组成，可以实现对数字量和模拟量进行采
集，PLC通过profinet与机器人、力矩传感器、位移传感器进行数据交互，并将相关信息传递
给机器人控制系统，指导机器人动作，同时当来料存在异常时执行对应的异常处理动作流
程。

[0034] 根据本发明提供的上述优选实施例，本发明的具体操作步骤如下：

[0035] 步骤一：操作人员通过移栽小车7将托盘卡槽装置5定位到台面上，由库房中将待加工工件固定安装在托盘卡槽装置5上，将移栽小车7推入输送倍速链1上定位后，人工将托
盘卡槽5推入输送链上，在第一工位由阻挡机构定位后，全局相机9悬吊在托盘卡槽5的上
方，四周的条形光源10发出环绕条形光，拍照识别各条安装在托盘卡槽5里的工件长度和类
型，并在控制系统本地模型库中索引各个工件的拍照点位信息传到机器人控制软件中，并
在第二工位引导机器人到各个指定拍照位进行精定位；

[0036] 步骤二：操作人员将电连接器置于缓存装置12中，当振动盘11中无料时，缓存装置12开始放料，振动盘11振动排料，在排料的末端设置的激光传感器检测最末端电连接器的
长度，符合装配要求则由转送装置13夹取送入吹气装置14中吹送到机器人夹取位，不符合
长度要求的电连接器由转送装置13捡到废料盒中，待下次循环使用，机器人夹取位设置有
检测开关，当正确的位置上放置有电连接器，通知机器人可以进行夹取；

[0037] 步骤三：机器人通过第一工位中的全局相机9识别出要装配的产品类型，在本地存储的产品模型信息中进行索引，将机器人拍照位置信息传送给机器人控制器，机器人控制
器带动相机16和光源15移动到指定位置，此时相机16视野中包括要装配的孔位，通过视觉
软件进行特征识别，拟合出圆心位置与模板中标定的圆心位置进行比较，将偏差信息传送
到机器人中进行补偿，机器人末端带动气动夹爪19夹持电连接器到孔位上方定位，开始进
行下压，位移传感器17通过转接板22的移动反馈装配位移，转接板22下方设置四个支架23
与装配面接触，当电连接器底面下压到与装配面平齐时，此时四个支架已经接触到周围的
装配面，随着下压的过程进行，支架23带动转接板22的压缩弹簧21反馈到位移传感器17上，
同时转接板22将装配力反馈到力矩传感器20上，整个装配过程中使用位移传感器17和力矩
传感器20分别监控压装位移和装配力；当下压到一定位置后，打开气动浮动头18，此时气动
浮动头18可带动气动夹爪19在有限范围内移动，释放侧向装配力，以进行二次补偿，当位移
数据不变或者力数据超出安全值立即停机，只有当位移逐渐增加，同时监测力在安全范围
内属正常装配过程，位移传感器17和力矩传感器18均达到安全值后，机器人松开夹爪19后
撤回机械臂。

[0038] 需要说明的是，所述夹爪19可以适配两种长度的电连接器，机器人下压装配的过程中使用位移传感器17进行反馈，不同长度的电连接器的上端面抵住夹爪的下端面，位移
传感器17和弹簧21的行程均可以覆盖不同电连接器的下压的距离。

[0039] 本发明所述的用于高精度圆柱形电连接器柔性装配的设备主要通过1台非标定制设计集成的含工业机器人的自动化设备实现双阴的装配，该自动化设备可以实现双阴的振
动上料、电连接器识别、工件识别、分片、叠片等工艺动作，主控系统调度五台叠片机器人协
同工作实现适应不同产品类型、不同规格的变压器铁芯的柔性生产能力，智能化程度高；同
时本设备结构可靠，布局明晰，场地占用合理，操作简便，运行安全，替代人工实现了自动化
叠片，大大降低了铁芯叠片工段操作者人数及劳动强度，同时叠片一致性高，性能稳定可
靠。

[0040] 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等
同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本
发明的保护范围之内，且本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知
的现有技术。