适用于卫星装配过程中紧固件的自动配套装置的制作方法

本发明属于卫星装配自动化技术领域，具体涉及一种利用机器视觉技术和机械臂技术实现紧固件自动配套的装置。

背景技术：

在卫星总装阶段，涉及的物料达数万件，其中，紧固件数量占到全部物料的50％以上，因此紧固件在卫星总装过程中的使用次数是非常频繁的，也是最常使用的物料，在卫星装配领域中应用最广泛的紧固件包括螺钉、弹垫、平垫等三大类，主要用于各类仪器及相关元器件的安装与固定。其中，尺寸规格在2mm～6mm的紧固件占到全部紧固件的80％以上。紧固件在应用过程中，一般需配套使用，而在存储模式上则采用分类独立存储，因此，在上星使用前需要完成紧固件的统一配套，即将相互配合的弹垫、平垫按顺序分别穿设到螺钉的螺杆上，形成配套结构，具体参见图1，根据图1可以看出，存放治具4上开设有紧固件存放槽5，存放槽5下部设置通气孔，螺钉1存放在存放槽5内，从下到上其中套设弹垫3和平垫2形成配套紧固件。根据不同的装配工艺要求，螺钉上配套的弹垫和平垫的数量也存在一定差别。目前，紧固件配套主要由操作人员手动完成，受到紧固件尺寸小、不易抓取等因素的影响，配套效率非常低，并且存在误操作的风险。因此，为了解决卫星总装过程中的紧固件配套难题，设计和发明一种新的适用于卫星装配过程的紧固件自动配套装置有着重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适用于卫星装配过程的紧固件的自动配套装置，旨在实现总装过程中紧固件的自动化配套，进而提升紧固件的配套效率和准确性。本发明试用的对象为尺寸规格在2mm～6mm的螺钉、弹垫、平垫三大类紧固件。

本发明的适用于卫星装配过程的紧固件的自动配套装置，主要包括外罩和设置在外罩内的机械臂模块、电动夹爪模块、载物托盘模块、CCD视觉模块、背景光源模块、检测模块、配套存放模块和中控模块以及设置在外罩外的控制面板模块，外罩内设置用于支撑各模块的承载中板，电动夹爪模块设置在机械臂模块前端，机械臂模块通过调整位姿配合其进行紧固件的抓取和存放，电动夹爪模块通过伺服电机控制夹爪的开合实现紧固件抓取和存放，机械臂模块周围一侧放置载物托盘模块，用于按照紧固件类别存放待抓取的紧固件，紧固件包括螺钉、弹垫、平垫三大类紧固件，CCD视觉模块对应设置在载物托盘模块上方，对待抓取的紧固件进行位置检测以引导抓取操作，背景光源模块设置在载物托盘模块下方，为CCD视觉模块提供背景光源；机械臂模块周围的另一侧设置配套存放模块，用于存放已配套的紧固件，机械臂模块与配套存放模块之间设置载物托盘模块检测模块，其利用红外检测对每一次的实际抓取状态进行检测，中控模块分别与各模块电连接以与各模块进行信息传递和电控制。

其中，中控模块还电连接有控制面板模块，控制面板模块用于配套任务的设置，设置内容包括紧固件的类型、数量和配套顺序，还能对仪器复位、故障清除、任务实施状态进行实时查看。

其中，载物托盘模块和配套存放模块附近的外罩部分分别设置紧固件放料口和配套取料口。

其中，配套存放模块由存放治具和用于支撑存放治具的治具固定支架构成，两者通过销钉快拆连接。

其中，机械臂模块具有六个方向的自由度。

其中，电动夹爪前端为可伸缩弹片结构，避免与载物托盘产生刚性挤压。

其中，CCD视觉模块具有存储功能，用于存储紧固件类型的模板图像。

其中，载物托盘由透光材料制成，与紧固件的接触面铺设透光弹性胶垫。

其中，载物托盘模块的托盘分为独立的螺钉、平垫和弹垫的放置区。

其中，背景光源模块采用白光光源。

本发明所提供的紧固件自动配套装置，已经在航天器总装过程中得了 应用，结果表明：该装置操作简单，可以实现尺寸规格在2mm～6mm的螺钉、弹垫、平垫的自动配套，综合提升操作效率超过50％。同时，因配套紧固件的存放规范，大幅提升了配套后的紧固件上星应用的便捷性。

附图说明

图1为自动配套后的紧固件结构示意图。图中：1为螺钉；2为平垫；3为弹垫；4为存放治具；5为存放治具上的开设有通气孔的单组配套紧固件存放槽。

图2是本发明的配套装置结构布局示意图。其中，21为装置外罩；22为中控模块；23为背景光源模块；24为控制面板模块；25为载物托盘模块；26为紧固件放料口；27为电动夹爪模块；28为CCD视觉模块；29为机械臂模块；30为检测模块；31为存放治具；32为治具固定支架；33为配套取料口；34为承载中板。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

图2是本发明的配套装置结构布局示意图。如图2所示，本发明的适用于卫星装配过程的紧固件自动配套装置，包括外罩21和设置在外罩21内的机械臂模块29、电动夹爪模块27、载物托盘模块25、CCD视觉模块28、背景光源模块23、检测模块30、配套存放模块和中控模块22以及设置在外罩21外的控制面板模块24，配套存放模块由存放治具31和用于支撑存放治具的治具固定支架32构成，两者通过销钉快拆连接。外罩21内设置用于支撑各模块的承载中板34，承载中板34是各功能模块的主要安装载体，背景光源模块23、控制面板模块24、载物托盘模块25、机械臂模块29、检测模块30、和治具固定支架32，均通过螺纹连接固定在承载中板34上。CCD视觉模块28)、中控模块22，通过螺纹连接固定在装置外罩21上，外罩21上还开设有供放入紧固件的紧固件放料口26和取出已配套的紧固件的配套取料口33，二者均设有安全光栅。电动夹爪模块27 通过螺纹连接固定在机械臂模块29的前端，存放治具31通过销孔联接固定在治具固定支架32的顶端。机械臂模块29具有六个方向的自由度，通过位姿调整可以保证电动夹爪模块27实现各紧固件的夹取、存放等功能。电动夹爪模块27为由伺服电机控制的可实现一定开合的二指夹爪结构，夹爪前端为可伸缩弹片结构，避免抓取时与载物托盘产生刚性挤压。载物托盘模块25采用透光材料，托盘与紧固件的接触面铺设透光弹性胶垫。背景光源模块采用白光背景光。

其中，紧固件的配套任务通过控制面板模块24进行设定，设置信息包括配套紧固件类型、规格、数量、配套顺序。设定完成后，任务信息经中控模块22分解后向各个模块分发操作指令。载物托盘模块25分为独立的螺钉、平垫和弹垫放置区，用于存放待配套的紧固件。托盘下方安装有背景光源模块23，上方安装有CCD视觉模块28，视觉模块内存储有尺寸规格在2mm～6mm的螺钉、弹垫、平垫三大类紧固件的模板尺寸信息，视觉模块通过任务指令中设定的紧固件参数调用本次操作的紧固件模板，并利用模板匹配的方式从当前采集到的视觉图像中自动识别待抓取的对象，随后将该抓取对象的位置信息传递给机械臂模块29和电动夹爪模块27。机械臂通过调整位姿使电动夹爪获得最佳的垂直抓取位置。电动夹爪模块27依据模板尺寸调整伺服电机的开合尺寸并完成抓取操作。抓取完成后，通过调整机械臂位姿使电动夹爪模块27的夹取点到达检测模块30的检测点，检测模块30确认抓取状态后记录已抓取数量。之后，通过调整机械臂位姿使电动夹爪模块27到达存放治具31的上存放点并完成放置。各类紧固件的抓取和存放操作均遵循以上操作方式，不同类型的紧固件以及其所处的配套顺序决定了具体的操作执行的参数细节。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明保护范围之内。