[發明專利]通過力覺控制實現精準裝配的自動雙頭插線裝置及方法

有效

• 申請號: 202110661628.6
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113504743B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 李靜蓉;李嘉興;胡廣華;李敏;李蔚東
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;H01R43/26
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 鐘瑞敏

本發明公開了一種通過力覺控制實現精準裝配的自動雙頭插線裝置及方法，裝置包括多軸聯動機器人、裝有力傳感器的夾線機構、連接器安裝架、運動平臺以及安裝在運動平臺上的插線輔助機構。本發明通過插線輔助機構實現了插線前端子軸向姿態的調整，通過插線輔助機構的引導作用降低線纜端子與連接器的接線孔對準的精度要求，通過力傳感器采集力反饋信息以便實現線纜端子入孔后到插緊階段的精細調整，可完成一根線纜從取線，插入其中一端、布線和插入另一端的整個過程，實現了插線操作全程自動化、智能化，并且比傳統的人工插線具有更高的效率和穩定性。

技術領域

本發明涉及線纜裝配技術領域，特別是一種通過力覺控制實現精準裝配的自動雙頭插線裝置及方法。

背景技術

在線纜裝配的過程中，有很大一部分的工程量是將控制器各種線纜插入控制電路板上對應的連接器內，以便實現對如電梯等設備的控制。傳統的配線工序是通過人工完成的，工人需要將布線板安裝在指定的架子上，根據設計好的電氣連接圖將線纜逐一插入相應的連接器并按規定的線路布線。這種人工操作的方法，完全依賴于工人插線的熟練程度。效率低下，勞動強度高，而且很可能由于工人的疏忽導致插線錯誤，不符合當今企業發展對工業智能化的要求。如果可以用自動化設備代替人工插線，將會大大提高企業生產的效率，提高裝配的精度。

目前，國內外已經開展了一系列機器人自動配線方法的研究。于飛等首次提出了機器人自動插柔性細導線端子的方法，他們將力學傳感器技術與視覺檢測技術結合，實現了插線前端子軸向角度的調整與插線完成的檢測。但是該技術沒有考慮到柔性端子存在與連接器孔對準困難的問題，僅僅通過示教手段完成插線，一旦連接器位置發生變化就會導致插線失敗。而且該方案夾線夾爪尺寸龐大，設計復雜，實際的電路布線板通常沒有這么大的布線空間，夾爪容易與布線板發生干涉。劉志偉等研究的一種電子插接件插線定位裝置，提出了可以用電控小車控制連接器靠近待插線纜，但是該方案需要手動將線纜放置到插線裝置上，自動化程度較低。還有竹內匡弘等設計的自動插線裝置，通過傳感器的初始定位和CCD拍攝線材端面輪廓進行位置補正將線纜插接到預定位置的連接器上，但該設計只能完成線纜的單頭插線，而且要求線纜端子擺放在較為合適的初始位置。

國外在配線領域的研究主要涉及這些方向，一是光纖線纜的自動配線。如以色列FIBERZONE公司研發的自動插線設備AFM，它通過獨特的雙層棋盤格設計，可以實現任意線路的快速換接，而且線纜之間不會發生纏繞。但是該設計需要定制專門的連接器轉接口，制作成本高，而且不利于線路的重新設計。二是將線纜的裁剪、剝線和接線一體化的配線設備。如意大利SYSTEMROBOT公司設計的自動布線系統，它的機器人末端由線纜存儲盒、送線機構和剝線切線機構組成，結構緊湊，插線效率高。但是該設計主要適用于照明電路等通過線芯與連接器插接的場景，無法適應復雜端子與連接器孔在軸向角度與位置的高精度要求。還有一部分研究是通過視覺和力學算法的結合來滿足插線的精度，如Brad Hammer設計的一種移動操作手，但這些算法還是把插線過程歸結到簡單的柔性線纜軸孔裝配問題上，與實際的配線過程仍存在著較大差距。

綜上，雖然國內外針對線纜裝配問題設計了一系列自動化設備，但是大多數設備都存在尺寸龐大或者精度不足等問題。對于電梯等設備配線領域，柔性線纜端子在電路板上的雙頭插線和布線這一技術問題，尚無實際解決方案。

發明內容

本發明的第一目的在于解決現有技術的不足，提出一種通過力覺控制實現精準裝配的自動雙頭插線裝置，可以完成一根線纜從取線、插入線纜其中一端、布線和插入線纜的另一端的全過程，能夠滿足工廠生產的自動化要求。

本發明的第二目的在于提出一種通過力覺控制實現精準裝配的自動雙頭插線方法。

本發明的第一目的通過下述技術方案實現：一種通過力覺控制實現精準裝配的自動雙頭插線裝置，包括上位控制系統、多軸聯動機器人、夾線機構、連接器安裝架、運動平臺和插線輔助機構，多軸聯動機器人、含有力傳感器的夾線機構、運動平臺和插線輔助機構分別連接上位控制系統，并由上位控制系統控制；連接器安裝架相鄰于運動平臺，連接器安裝架設有待插線的連接器；