一种轴孔零件批量化装配装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种轴孔零件批量化装配装置。该装置包括：上位机、隔震平台，以及水平放置在隔震平台上的上料机构、夹持手放置平台、轴零件操作机构、六自由度机械臂、两路显微视觉观测装置。其中，上料机构包括旋转平台、零件托盘，用于轴孔零件的连续、自动上料；轴零件操作机构包括零件姿态调整机构、零件定位台，用于装配过程中轴零件初始姿态调整；六自由度机械臂包括六个串联旋转轴和安装在六自由度机械臂末端的微力传感器、快换手基座、视觉观测装置，用于轴孔零件大范围运输和装配过程中孔零件的位姿调整；两路显微视觉观测装置水平正交布置，用于轴孔零件相对位姿的精密检测。该装置可实现轴孔零件的全自动、批量化柔性精密装配。

A Batch Assembly Device for Shaft Hole Parts

The invention discloses a batch assembly device for shaft hole parts. The device consists of a host computer, a isolation platform, a feeding mechanism horizontally placed on the isolation platform, a clamping hand placement platform, a shaft parts operation mechanism, a six-degree-of-freedom manipulator and two micro-vision observation devices. Among them, feeding mechanism includes rotating platform and parts tray, which is used for continuous and automatic feeding of axle hole parts; axle parts operating mechanism includes parts attitude adjusting mechanism and parts positioning platform, which is used for initial attitude adjustment of axle parts in assembly process; six-degree-of-freedom manipulator includes six series rotating axles and micro-force sensors installed at the end of six-degree-of-freedom manipulator, and fast changing base. Visual observation device is used to adjust the position and posture of the hole parts in the process of large-scale transportation and assembly of the shaft hole parts; two micro-vision observation devices are arranged horizontally and orthogonally, which is used for the accurate detection of the relative position and posture of the shaft hole parts. The device can realize full automatic and batch flexible precision assembly of shaft hole parts.

【技术实现步骤摘要】
一种轴孔零件批量化装配装置
本专利技术属于微装配
，具体涉及一种轴孔零件批量化装配装置。
技术介绍
在精密微装配领域，孔和轴的装配是最典型的装配模式，应用广泛。由于孔和轴的装配过程存在轴孔配合误差、非线性接触及零件弱刚性等问题，使孔和轴的精密装配面临巨大挑战。基于显微视觉和微力觉反馈是目前常用的装配方案。中国科学院自动化研究所研制的孔和轴的微装配机器人系统（李海鹏，邢登鹏，张正涛等，宏微结合的多机械手微装配机器人系统，机器人，2015,37（1）：35-42），采用基于显微视觉伺服的多机械手并行操作，针对不同结构的孔和轴零件，设计了专用的异形零件夹持器，实现了毫米级孔与轴零件的过盈装配。但该微装配机器人系统的机械手行程较小，装配空间狭窄，无法实现大范围内的零件自动取放和输送操作，且只能专机专用。牛津仪器（上海）有限公司研制的微小型轴孔类零件装配系统（魏维君，基于机器视觉与被动柔顺机构的轴孔精密装配研究，机械工程师，2015,6:138-141），在孔和轴零件装配的非接触阶段采用机器视觉来进行位置检测；在孔和轴零件装配的接触阶段，设计了被动柔顺机构补偿零件位姿偏差，实现了轴孔间隙大于9μm，初始轴孔位置偏差小于100μm的轴孔零件装配。但该装置无法满足孔和轴零件过盈或过渡装配的检测精度和位姿调整要求，装配效率较低。当前，亟需发展一种轴孔零件批量化装配装置，用于实现轴孔零件的全自动、批量化柔性精密装配。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种轴孔零件批量化装配装置。本专利技术的轴孔零件批量化装配装置，其特点是，所述的装配装置包括上位机、隔震平台和安装在隔震平台上的上料机构、夹持手放置平台、轴零件操作机构、六自由度机械臂以及两路显微视觉观测装置；所述的上料机构包括旋转平台和安装在旋转平台上的零件托盘，零件托盘随旋转平台同角速度转动，装配作业前的孔零件和轴零件固定在零件托盘上；所述的夹持手放置平台包括夹持手支架和固定在夹持手支架上的夹持手Ⅰ、夹持手Ⅱ，夹持手Ⅰ夹持轴零件，夹持手Ⅱ夹持孔零件；所述的轴零件操作机构包括零件姿态调整机构和安装在零件姿态调整机构上的零件定位台，装配作业时轴零件固定在零件定位台上；零件姿态调整机构调整轴零件绕X轴、Y轴和Z轴的姿态；所述的六自由度机械臂的末端布置有微力传感器、快换手基座和视觉观测装置，快换手基座上端与微力传感器固定连接，下端与夹持手Ⅰ和夹持手Ⅱ分别配对吸合，实现夹持手Ⅰ和夹持手Ⅱ的更换；所述的微力传感器实时检测装配过程中孔零件和轴零件的接触力，将力觉信息反馈至上位机上，上位机发送信号给六自由度机械臂调整孔零件与轴零件的相对位姿，实现孔零件和轴零件的装配；所述的视觉观测装置用于引导六自由度机械臂末端运动，分别实现换手时快换手基座与夹持手Ⅰ或夹持手Ⅱ的对准，上料时夹持手Ⅰ与轴零件的对准、夹持手Ⅱ与孔零件的对准，以及装配过程中孔零件和轴零件的一次对准；所述的两路显微视觉观测装置包括X轴方向显微视觉观测装置Ⅰ和Y轴方向显微视觉观测装置Ⅱ；显微视觉观测装置Ⅰ水平安装于视觉调整机构Ⅰ上，视觉调整机构Ⅰ沿X轴、Y轴和Z轴方向调整显微视觉观测装置Ⅰ的位置；显微视觉观测装置Ⅱ水平安装于视觉调整机构Ⅱ上，视觉调整机构Ⅱ沿X轴、Y轴和Z轴方向调整显微视觉观测装置Ⅱ的位置；显微视觉观测装置Ⅰ和显微视觉观测装置Ⅱ的光路夹角为90°，用于观测装配过程中孔零件和轴零件在X轴、Y轴和Z轴方向上的相对位置以及绕X轴、Y轴的相对姿态，将观测的图像信息反馈至上位机上，上位机发送信号给六自由度机械臂调整孔零件与轴零件的相对位姿，实现孔零件和轴零件的二次对准；所述的显微视觉观测装置Ⅰ包括环形光源Ⅰ、准直光源Ⅰ；显微视觉观测装置Ⅱ包括环形光源Ⅱ、准直光源Ⅱ，用于检测过程中的照明。所述的零件托盘具有n组沿圆周均匀分布的定位件，每组定位件包括沿径向分布的1个轴零件定位柱、1个孔零件定位柱和1个轴孔组件定位孔，n≥8。所述的轴零件定位台同时放置m个轴零件，m≤n。所述的孔零件和轴零件为过渡配合，孔零件和轴零件间隙配合的间隙范围为10μm~20μm，孔零件和轴零件过盈配合的过盈量范围为2μm~4μm。本专利技术的轴孔零件批量化装配装置的工作流程如下：⑴将n个轴零件和n个孔零件分别固定在所述零件托盘的轴零件定位柱和孔零件定位柱上，将夹持手Ⅰ和夹持手Ⅱ固定在夹持手放置平台的夹持手支架上；⑵将六自由度机械臂运动到换手位置，快换手基座与夹持手Ⅰ对准并夹紧；⑶夹持手Ⅰ通过六自由度机械臂运动到零件托盘的上方，在视觉观测装置的引导下实现夹持手Ⅰ与轴零件的对准和夹持；⑷六自由度机械臂将轴零件运输到零件定位台上方，在视觉观测装置的引导下实现轴零件在零件定位台上的固定；⑸重复步骤⑶和⑷，直到完成m个轴零件的固定；⑹将六自由度机械臂运动到换手位置，夹持手Ⅰ与快换手基座分开，夹持手Ⅰ被放置在夹持手支架上，然后快换手基座与夹持手Ⅱ对准并夹紧；⑺夹持手Ⅱ通过六自由度机械臂运动到零件托盘的上方，然后在视觉观测装置的引导下实现夹持手Ⅱ与孔零件的对准和夹持；⑻六自由度机械臂将孔零件运输到零件定位台上方，在视觉观测装置的引导下实现孔零件与轴零件的趋近与粗对准，即一次对准；⑼调整显微视觉观测装置Ⅰ和显微视觉观测装置Ⅱ的放大倍数，通过视觉调整机构Ⅰ和视觉调整机构Ⅱ分别调整显微视觉观测装置Ⅰ和显微视觉观测装置Ⅱ在X轴、Y轴和Z轴的位置，使孔零件和轴零件出现在观测范围内，将获取的图像信息反馈给上位机。上位机计算出孔零件和轴零件的相对位姿误差，发送孔零件位姿调整信号给六自由度机械臂，六自由度机械臂运动，实现孔零件和轴零件的精确对准，即二次对准；⑽六自由度机械臂向下运动实现孔零件和轴零件的装配，装配过程中微力传感器实时检测孔零件和轴零件的接触力，当微力传感器检测值大于设定阈值时，上位机发送调整信号给六自由度机械臂进行孔零件姿态微调，直到孔零件和轴零件装配完成；⑾六自由度机械臂将装配完成的轴孔组件运输到零件托盘的上方，在视觉观测装置的引导下将轴孔组件固定在零件托盘的轴孔组件定位孔上；⑿重复步骤⑺~⑾，直到完成m对孔零件和轴零件的装配。本专利技术的轴孔零件批量化装配装置解决了轴孔装配装置的操作空间、装配效率、通用性等问题，能够实现孔零件和轴零件在装配过程中的自动上料、大范围运输、零件空间位姿的实时检测与调整，完成了孔零件和轴零件的批量化柔性精密装配。附图说明图1为本专利技术的轴孔零件批量化装配装置结构示意图；图2为本专利技术中的轴零件操作机构结构示意图；图3为本专利技术中的六自由度机械臂结构示意图；图4为本专利技术中的两路显微视觉观测装置结构示意图；图中，1.隔震平台2.旋转平台3.零件托盘4.夹持手支架5.夹持手Ⅰ6.夹持手Ⅱ7.零件姿态调整机构8.六自由度机械臂9.视觉观测装置10.视觉调整机构Ⅰ11.显微视觉观测装置Ⅰ12.视觉调整机构Ⅱ13.显微视觉观测装置Ⅱ14.零件定位台15.快换手基座16.微力传感器17.环形光源Ⅰ18.准直光源Ⅱ19.准直光源Ⅰ20.环形光源Ⅱ。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术。如图1所示，本专利技术的轴孔零件批量化装配装置包括上位机、隔震平台1和安装在隔震平台1上的上料机构、夹持手放置平台、轴零件操作机构、六自由度机械臂8以及两路显本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴孔零件批量化装配装置，其特征在于：所述的装配装置包括上位机、隔震平台（1）和安装在隔震平台（1）上的上料机构、夹持手放置平台、轴零件操作机构、六自由度机械臂（8）以及两路显微视觉观测装置；所述的上料机构包括旋转平台（2）和安装在旋转平台（2）上的零件托盘（3），零件托盘（3）随旋转平台（2）同角速度转动，装配作业前的孔零件和轴零件固定在零件托盘（3）上；所述的夹持手放置平台包括夹持手支架（4）和固定在夹持手支架（4）上的夹持手Ⅰ（5）、夹持手Ⅱ（6），夹持手Ⅰ（5）夹持轴零件，夹持手Ⅱ（6）夹持孔零件；所述的轴零件操作机构包括零件姿态调整机构（7）和安装在零件姿态调整机构（7）上的零件定位台（14），装配作业时轴零件固定在零件定位台（14）上；零件姿态调整机构（7）调整轴零件绕X轴、Y轴和Z轴的姿态；所述的六自由度机械臂（8）的末端布置有微力传感器（16）、快换手基座（15）和视觉观测装置（9），快换手基座（15）上端与微力传感器（16）固定连接，下端与夹持手Ⅰ（5）和夹持手Ⅱ（6）分别配对吸合，实现夹持手Ⅰ（5）和夹持手Ⅱ（6）的更换；所述的微力传感器（16）实时检测装配过程中孔零件和轴零件的接触力，将力觉信息反馈至上位机上，上位机发送信号给六自由度机械臂（8）调整孔零件与轴零件的相对位姿，实现孔零件和轴零件的装配；所述的视觉观测装置（9）用于引导六自由度机械臂（8）末端运动，分别实现换手时快换手基座（15）与夹持手Ⅰ（5）或夹持手Ⅱ（6）的对准，上料时夹持手Ⅰ（5）与轴零件的对准、夹持手Ⅱ（6）与孔零件的对准，以及装配过程中孔零件和轴零件的一次对准；所述的两路显微视觉观测装置包括X轴方向显微视觉观测装置Ⅰ（11）和Y轴方向显微视觉观测装置Ⅱ（13）；显微视觉观测装置Ⅰ（11）水平安装于视觉调整机构Ⅰ（10）上，视觉调整机构Ⅰ（10）沿X轴、Y轴和Z轴方向调整显微视觉观测装置Ⅰ（11）的位置；显微视觉观测装置Ⅱ（13）水平安装于视觉调整机构Ⅱ（12）上，视觉调整机构Ⅱ（12）沿X轴、Y轴和Z轴方向调整显微视觉观测装置Ⅱ（13）的位置；显微视觉观测装置Ⅰ（11）和显微视觉观测装置Ⅱ（13）的光路夹角为90°，用于观测装配过程中孔零件和轴零件在X轴、Y轴和Z轴方向上的相对位置以及绕X轴、Y轴的相对姿态，将观测的图像信息反馈至上位机上，上位机发送信号给六自由度机械臂（8）调整孔零件与轴零件的相对位姿，实现孔零件和轴零件的二次对准；所述的显微视觉观测装置Ⅰ（11）包括环形光源Ⅰ（17）、准直光源Ⅰ（19）；显微视觉观测装置Ⅱ（13）包括环形光源Ⅱ（20）、准直光源Ⅱ（18），用于检测过程中的照明。...

【技术特征摘要】
1.一种轴孔零件批量化装配装置，其特征在于：所述的装配装置包括上位机、隔震平台（1）和安装在隔震平台（1）上的上料机构、夹持手放置平台、轴零件操作机构、六自由度机械臂（8）以及两路显微视觉观测装置；所述的上料机构包括旋转平台（2）和安装在旋转平台（2）上的零件托盘（3），零件托盘（3）随旋转平台（2）同角速度转动，装配作业前的孔零件和轴零件固定在零件托盘（3）上；所述的夹持手放置平台包括夹持手支架（4）和固定在夹持手支架（4）上的夹持手Ⅰ（5）、夹持手Ⅱ（6），夹持手Ⅰ（5）夹持轴零件，夹持手Ⅱ（6）夹持孔零件；所述的轴零件操作机构包括零件姿态调整机构（7）和安装在零件姿态调整机构（7）上的零件定位台（14），装配作业时轴零件固定在零件定位台（14）上；零件姿态调整机构（7）调整轴零件绕X轴、Y轴和Z轴的姿态；所述的六自由度机械臂（8）的末端布置有微力传感器（16）、快换手基座（15）和视觉观测装置（9），快换手基座（15）上端与微力传感器（16）固定连接，下端与夹持手Ⅰ（5）和夹持手Ⅱ（6）分别配对吸合，实现夹持手Ⅰ（5）和夹持手Ⅱ（6）的更换；所述的微力传感器（16）实时检测装配过程中孔零件和轴零件的接触力，将力觉信息反馈至上位机上，上位机发送信号给六自由度机械臂（8）调整孔零件与轴零件的相对位姿，实现孔零件和轴零件的装配；所述的视觉观测装置（9）用于引导六自由度机械臂（8）末端运动，分别实现换手时快换手基座（15）与夹持手Ⅰ（5）或夹持手Ⅱ（6）的对准，上料时夹持手Ⅰ（5）与轴零件的对准、夹持手Ⅱ（6）与孔零件的对准，以及装配过程中孔零件和轴零件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨毅，张娟，吴文荣，毕列，戴曦，杨宏刚，王红莲，温明，彭博，魏红，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51