[發明專利]一種柔性裝配系統及方法

有效

• 申請號: 202011617592.3
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112775639B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 陳濤;田玉祥;田顯東;孫立寧;倪克健;黃志穎
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: B23P19/00
• 分類號: B23P19/00;B23P21/00
• 代理公司: 蘇州見山知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32421
• 代理人: 袁麗花

1.一種柔性裝配系統，其特征在于，包括工控機、數據采集卡、運動控制卡、六自由度裝配平臺、第一視覺平臺、第二視覺平臺和支承平臺，所述數據采集卡、運動控制卡均與所述工控機相連接，所述六自由度裝配平臺包括四自由度運動平臺和兩自由度調節裝置，所述兩自由度調節裝置包括兩自由度運動平臺、安裝在所述兩自由度運動平臺上的夾持機構，所述夾持機構包括外框、可轉動連接在所述外框內的柔性腕、安裝在所述柔性腕上的兩個夾持片、與兩個所述夾持片相對應的兩個驅動件、設于所述外框上的兩個第一測力傳感器以及設于所述柔性腕上的兩個第二測力傳感器，所述柔性腕包括外環和內環，所述外環與所述外框可轉動連接，所述內環與所述外環可轉動連接，兩個所述夾持片安裝在所述內環上，兩個所述第一測力傳感器分別為第一外環測力傳感器、第二外環測力傳感器，兩個所述第二測力傳感器分別為第一內環測力傳感器、第二內環測力傳感器，所述第一外環測力傳感器、第二外環測力傳感器相對安裝在所述外框上，所述第一內環測力傳感器、第二內環測力傳感器相對安裝在所述外環上，所述第一內環測力傳感器、第二內環測力傳感器、第一外環測力傳感器、第二外環測力傳感器均與所述數據采集卡相連接，所述第一視覺平臺上安裝有第一圖像采集設備，所述第二視覺平臺上安裝有第二圖像采集設備。

2.根據權利要求1所述的一種柔性裝配系統，其特征在于，所述四自由度運動平臺包括底座、第一電機、第二電機、第三電機、第四電機、安裝在所述底座上的Y軸直線運動平臺、安裝在所述Y軸直線運動平臺上的X軸直線運動平臺、安裝在所述X軸直線運動平臺上的Z軸直線運動平臺以及安裝在所述Z軸直線運動平臺上的Z軸旋轉運動平臺。

3.根據權利要求2所述的一種柔性裝配系統，其特征在于，所述兩自由度運動平臺包括第五電機、第六電機、X軸旋轉運動平臺和Y軸旋轉運動平臺，所述第五電機驅動所述X軸旋轉運動平臺繞X軸旋轉，所述第六電機驅動所述Y軸旋轉運動平臺繞Y軸旋轉。

4.根據權利要求1所述的一種柔性裝配系統，其特征在于，所述夾持片為鐵片，所述驅動件為磁鐵。

5.根據權利要求1所述的一種柔性裝配系統，其特征在于，所述夾持片為壓電陶瓷片，所述驅動件包括三根金屬絲。

6.根據權利要求5所述的一種柔性裝配系統，其特征在于，所述金屬絲的直徑為20μm。

7.根據權利要求1所述的一種柔性裝配系統，其特征在于，所述內環上設置有安裝孔，所述安裝孔的中間部位連接有配重塊，所述配重塊上設置有至少一個配重孔。

8.一種柔性裝配方法，其特征在于，使用如權利要求1-7中任一項所述的系統，包括以下步驟：

(1)將第一待裝配零件放入待夾持區域，將第二待裝配零件放置在所述支承平臺上；

(2)通過所述工控機控制兩個所述夾持片夾持住第一待裝配零件；

(3)所述工控機通過所述運動控制卡控制第一視覺平臺、第二視覺平臺移動，使第一圖像采集設備、第二圖像采集設備處于最佳視角位置；

(4)所述工控機獲取所述第一圖像采集設備、第二圖像采集設備的圖像信號從而獲取第二待裝配零件的位置與姿態，并控制六自由度裝配平臺粗調整第一待裝配零件的姿態，接著工控機控制兩自由度調節裝置實現第一待裝配零件夾持狀態的穩定，再通過六自由度裝配平臺控制第一待裝配零件接近第二待裝配零件的過程中，緩慢完成第一待裝配零件姿態的精調整；

(5)在第一待裝配零件與第二待裝配零件的裝配接觸階段，工控機通過數據采集卡獲取夾持第一待裝配零件的力信號，在深入裝配階段，通過運動控制卡控制六自由度裝配平臺進行細微移動調整，最終完成第一待裝配零件與第二待裝配零件的裝配。

9.根據權利要求8所述的一種柔性裝配方法，其特征在于，所述步驟(4)中，工控機控制兩自由度調節裝置實現第一待裝配零件夾持狀態的穩定，包括：

當工控機檢測到第一外環測力傳感器的力信號時，此時外環處于沿X軸正方向繞X軸向左偏擺的狀態，工控機控制兩自由度旋轉平臺沿X軸正方向繞X軸向右偏擺；當工控機檢測到第一外環測力傳感器的力信號小于一定閾值時，外環與第一外環測力傳感器處于脫離接觸狀態或者不受力狀態；

當工控機檢測到第二外環測力傳感器的力信號時，外環處于沿X軸正方向繞X軸向右偏擺的狀態，工控機控制兩自由度旋轉平臺沿X軸正方向繞X軸向左偏擺；當工控機檢測到第二外環測力傳感器的力信號小于一定閾值時，此時外環與第二外環測力傳感器處于脫離接觸狀態或者不受力狀態；

當工控機檢測到第一內環測力傳感器的力信號時，內環處于沿Y軸正方向繞Y軸向左偏擺的狀態，工控機控制兩自由度旋轉平臺沿Y軸正方向繞Y軸向右偏擺；當工控機檢測到第一內環測力傳感器的力信號小于一定閾值時，此時內環與第一內環測力傳感器處于脫離接觸狀態或者不受力狀態；

當工控機檢測到第二內環測力傳感器的力信號時，內環處于沿Y軸正方向繞Y軸向右偏擺的狀態，工控機控制兩自由度旋轉平臺沿Y軸正方向繞Y軸向左偏擺；當工控機檢測到第二內環測力傳感器的力信號小于一定閾值時，此時內環與第二內環測力傳感器處于脫離接觸狀態或者不受力狀態；

當外環與第一外環測力傳感器、第二外環測力傳感器均處于脫離接觸狀態或者不受力狀態時，此時外環、第一外環測力傳感器、第二外環測力傳感器均處于穩定狀態，外環調節完畢；

當內環與第一內環測力傳感器、第二內環測力傳感器均處于脫離接觸狀態或者不受力狀態時，此時內環、第一內環測力傳感器、第二內環測力傳感器均處于穩定狀態，內環調節完畢；

當外環和內環均調節完畢，此時夾持的第一待裝配零件調節完畢，處于穩定狀態。