一种模块化智能装配系统技术方案

本发明专利技术公开了一种模块化智能装配系统，属于自动化装配和精密制造技术领域。该智能装配系统包括控制决策系统、装配控制系统、运动控制模块、视觉模块、I/O控制模块、反馈模块、焊接模块和执行模块；控制决策系统通过界面对装配控制系统进行操作，控制决策系统将操作指令通过装配控制系统发送给运动控制模块、视觉模块、I/O控制模块、反馈模块、焊接模块或执行模块，完成装配动作，控制决策系统通过运动控制模块、I/O控制模块和反馈模块向装配控制系统反馈回的状态判断决定装配动作的转移，最终实现自动装配。本发明专利技术能够实现微小零件的自动化和高精度装配，解决传统手工装配合格率低以及自动化装配的控制问题。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化智能装配系统
本专利技术涉及一种模块化智能装配系统，属于自动化装配和精密制造

技术介绍
石英加速度计的装配目前主要是依靠工人手工进行装配，装配性能容易受到工人操作技能和情绪的影响，装配合格率不高，为解决生产效率和合格率问题，需要一种自动化装配系统。并且对于自动化装配设备，一台装配设备往往只能装配某一种类型和尺寸的零件，针对不同种类和不同尺寸的零器件的自动化装配，需要更改控制系统软件的底层代码才能实现，无法达到通用化设备的标准，并且对装配人员的专业技能提出了很高的要求，也对项目的开发周期和开发成本提出了严峻的考验。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种模块化智能装配系统，能够实现微小零件的自动化和高精度装配，解决传统手工装配合格率低以及自动化装配的控制问题。一种模块化智能装配系统，该智能装配系统包括控制决策系统、装配控制系统、运动控制模块、视觉模块、I/O控制模块、反馈模块、焊接模块和执行模块；所述控制决策系统通过界面对装配控制系统进行操作，控制决策系统将操作指令通过装配控制系统发送给运动控制模块、视觉模块、I/O控制模块、反馈模块、焊接模块或执行模块，完成装配动作，控制决策系统通过运动控制模块、I/O控制模块和反馈模块向装配控制系统反馈回的状态判断决定装配动作的转移，最终实现自动装配。进一步地，所述控制决策系统包括信息交互模块、图像处理模块和语义解析模块；所述信息交互模块对装配控制系统采集的信息进行界面显示；所述图像处理模块进行对象的采集、处理和模板匹配；所述语义解析模块将编写的装配工艺指令文件读入并进行语义解析。进一步地，所述运动控制模块包括运动控制器、驱动器、电机和机械臂控制器；所述控制器接收控制决策系统发送的指令并转换成电信号传递给驱动器，驱动器再控制电机旋转，电机通过联轴器带动丝杠旋转，进而带动执行机构完成动作；所述执行机构包括焊接模块中的金丝球焊机的Y轴和沿Z轴方向的旋转轴，视觉模块中的具有沿X方向的工业相机伸入和棱镜伸入的两个调整轴，执行模块中的装配执行机械手具有的沿Z方向和绕Y向旋转的调整轴，微动调整平台具有沿X方向、沿Y方向和绕Z方向旋转的微动台调整轴。进一步地，所述视觉模块包括工业相机、图像采集卡、棱镜和光源；所述工业相机和棱镜的轴心与Y轴方向重合，通过工业相机调整轴带动工业相机伸入到装配区，棱镜为正六面体形状，棱镜的对角面涂有一层半反射半透明膜，安放在棱镜侧前方的工业相机同时采集到目标零件和基底零件的图像，光源安装在棱镜的上下两个面上，图像采集卡与装配控制系统和工业相机相连；通过人工的先验知识制作基底零件和目标零件在同一坐标系下的特征模板图片，通过采用MIL的模板匹配算法获得基底零件在模板中的位置偏差和目标位置在模板中的偏差，通过偏差相减得到微动调整平台的调整量，下一步进行微动调整平台的调整，并在棱镜撤出后，装配执行机械手向下移动完成装配动作。进一步地，所述I/O控制模块包括真空发生器、IO控制器和电磁换向阀；所述I/O控制器接收装配控制系统发送的IO指令，并将该指令转换为高低电平发送给真空发生器、电磁换向阀和机械臂控制器，进而分别控制执行模块中的六工位夹持器和装配执行机械手的夹紧和释放以及与机械臂控制器进行指令交互；机械臂控制器根据人工经验编写路径规划程序，在路径规划程序中设置IO查询指令，当接收到IO控制器发送的IO信号时，继续执行机械臂运动程序，通过这种方式实现机械臂与IO信号的交互。进一步地，所述反馈模块包括力传感器和编码器，力传感器安装在微动装配平台下方，当执行装配动作的时候触发装配力采集，进行装配力的监控，将装配力数据显示在人机交互界面上，当装配执行机械手运动到指定位置后，采集通道关闭；编码器安装在电机的尾部，实时采集各个运动轴的当前位置。进一步地，所述焊接模块包括金丝球焊机和金丝球焊机控制器；金丝球焊机布置在装配区旁边，具有沿Y方向和绕Z方向旋转的焊机调整轴，金丝球焊机的焊接头具有沿Z向移动的轴，装配控制系统通过串口向金丝球焊机控制器发送焊接指令，焊机执行焊接动作，当焊接头向下移动接触到物体后进行自动焊接，焊接完成后自动返回至初始位置。进一步地，所述执行模块包括机械臂、六工位夹持器和装配执行机械手；所述机械臂、六工位夹持器在I/O控制模块的控制下执行夹紧和释放动作，所述装配执行机械手与机械臂控制器之间通过IO信号进行信息交互。进一步地，所述上下料机械手用于将装配零件输送到装配区、输送到装配执行机械手上和从装配区搬运到料盘；所述装配执行机械手具有上下移动和转动两个自由度的执行机构，用于将夹持或吸附的零件对准后进行装配；所述微动调整平台是一个具备水平面移动和绕竖直轴转动的运动装置，用于放置待装配零件以及进行位姿调整；所述工业相机同时采集目标零件和基底零件的图像；所述装配控制系统对上下料机械手、装配执行机械手、微动调整平台和焊机进行通讯和控制；装配控制系统分别采集装配执行机械手上的待装配件的图像和微动调整平台上的待装配件的图像，并通过计算机软件的对位算法计算出微动调整平台的调整量；所述焊机在装配控制系统控制下移动到标定位置后进行焊接。有益效果：1、本专利技术将智能装配系统划分为控制决策系统、装配控制系统、运动控制模块、视觉模块、I/O控制模块、反馈模块、焊接模块和执行模块，通过上述功能模块的划分有效解决了传统手工装配合格率低的问题，并且该装配系统结构简单，只需要几个模块就可完成自动化装配功能，所以适用面广。2、本专利技术是模块化智能装配系统有效解决了传统手工装配合格率低的问题，并且该装配系统将各功能进行模块化处理，具备可重构功能。本专利技术采用通俗易懂的装配动作元语指令集，将运动控制模块动作、IO控制模块动作、焊机模块动作、视觉模块动作集成为含参数的操作指令，并通过状态机的方式协调相关装配动作。改变了传统的修改底层代码方式，降低了对开发人员的专业技能要求，简化装配技能的编程，降低了开发成本，可广泛应用在微小器件的精密装配行业。附图说明图1为本专利技术智能装配控制系统的架构图；图2为本专利技术智能装配系统的结构示意图；图3为本专利技术装配系统六工位夹持器结构示意图；图4为本专利技术装配系统装配执行机械手结构示意图；图5为本专利技术装配系统对位结构示意图；图6为本专利技术装配系统视觉模块对准原理图；图7为本专利技术控制方案具体实施的流程。其中：1－六工位夹持器、2－立柱、3－装配执行机械手、4－棱镜、5－工业相机、6－工业相机调整轴、7－力传感器、8－微动调整平台、9－金丝球焊机、10－焊机调整轴、11－焊接头、12－支撑板、13－大理石基座、14－机械臂、15－料盘、16－吸附式夹持器、17－六面体基体、18－吸附式夹持器、19－吸附式夹持器、20－夹紧气缸、21－推动气缸、22－基座、23－吸附式夹持器、24－气动夹爪、25－上光源、26－下光源、27－目标零件、28－半反射半透明膜、29－基底零件、30－全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化智能装配系统，其特征在于，该智能装配系统包括控制决策系统、装配控制系统、运动控制模块、视觉模块、I/O控制模块、反馈模块、焊接模块和执行模块；/n所述控制决策系统通过界面对装配控制系统进行操作，控制决策系统将操作指令通过装配控制系统发送给运动控制模块、视觉模块、I/O控制模块、反馈模块、焊接模块或执行模块，完成装配动作，控制决策系统通过运动控制模块、I/O控制模块和反馈模块向装配控制系统反馈回的状态判断决定装配动作的转移，最终实现自动装配。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化智能装配系统，其特征在于，该智能装配系统包括控制决策系统、装配控制系统、运动控制模块、视觉模块、I/O控制模块、反馈模块、焊接模块和执行模块；
所述控制决策系统通过界面对装配控制系统进行操作，控制决策系统将操作指令通过装配控制系统发送给运动控制模块、视觉模块、I/O控制模块、反馈模块、焊接模块或执行模块，完成装配动作，控制决策系统通过运动控制模块、I/O控制模块和反馈模块向装配控制系统反馈回的状态判断决定装配动作的转移，最终实现自动装配。


2.如权利要求1所述的模块化智能装配系统，其特征在于，所述控制决策系统包括信息交互模块、图像处理模块和语义解析模块；所述信息交互模块对装配控制系统采集的信息进行界面显示；所述图像处理模块进行对象的采集、处理和模板匹配；所述语义解析模块将编写的装配工艺指令文件读入并进行语义解析。


3.如权利要求2所述的模块化智能装配系统，其特征在于，所述运动控制模块包括运动控制器、驱动器、电机和机械臂控制器；所述控制器接收控制决策系统发送的指令并转换成电信号传递给驱动器，驱动器再控制电机旋转，电机通过联轴器带动丝杠旋转，进而带动执行机构完成动作；所述执行机构包括焊接模块中的金丝球焊机的Y轴和沿Z轴方向的旋转轴，视觉模块中的具有沿X方向的工业相机伸入和棱镜伸入的两个调整轴，执行模块中的装配执行机械手具有的沿Z方向和绕Y向旋转的调整轴，微动调整平台具有沿X方向、沿Y方向和绕Z方向旋转的微动台调整轴。


4.如权利要求3所述的模块化智能装配系统，其特征在于，所述视觉模块包括工业相机、图像采集卡、棱镜和光源；所述工业相机和棱镜的轴心与Y轴方向重合，通过工业相机调整轴带动工业相机伸入到装配区，棱镜为正六面体形状，棱镜的对角面涂有一层半反射半透明膜，安放在棱镜侧前方的工业相机同时采集到目标零件和基底零件的图像，光源安装在棱镜的上下两个面上，图像采集卡与装配控制系统和工业相机相连；通过人工的先验知识制作基底零件和目标零件在同一坐标系下的特征模板图片，通过采用MIL的模板匹配算法获得基底零件在模板中的位置偏差和目标位置在模板中的偏差，通过偏差相减得到微动调整平台的调整量，下一步进行微动调整平台的调整，并在棱镜撤出后，装配执行机械手向下移动完成装配动作。


5.如权利要求4所述的模块化智能装配系统，其特征在于，所述I/O控制模块包括真空...

【专利技术属性】
技术研发人员：张之敬，郭鹏跃，金鑫，邵超，刘妍，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11