一种多机器人自动线缆焊锡装配单元的制作方法

本发明属于智能制造领域，具体为一种多机器人自动线缆焊锡装配单元。

背景技术：

线缆焊锡是一种劳动密集型工艺，可重复性强。现有电子装联工艺过于繁琐，需工人两手伏案，一只手送锡，一只手操作电烙铁，工人对工作的责任态度，疲劳度都是影响焊锡质量的直接因素，且熟练工人培养周期长，延长工时，适合机器人代替人进行焊锡操作，引入机器人提供自动化焊锡迫切需要。

现已有的机器人焊锡工艺自动化程度低，多工位加工实现差且焊锡工具不具备通用性，增加简单工艺的设计成本及设备购入成本。为解决上述缺陷，提出一种多机器人自动线缆焊锡装配单元，通过机器人与单元内所设计装置协同作业，增强该工艺自动化程度与多工位实现，提高工作效率，缩短工时。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述局限性，本发明提供一种多机器人自动线缆焊锡装配单元。

本发明采用的技术方案是：一种多机器人自动线缆焊锡装配单元，包括电烙铁夹具(1)、工件夹具(2)、自动出锡装置(3)、收集架(4)、通气泵(5)、气杆(6)、推板(7)、传送带(8)、散热除尘装置(9)，工件夹具(2)位于单元中心，四台机器人两两分布于单元对角线两端，分为焊锡机器人与送线机器人，末端装有电烙铁夹具(1)的工业机器人为焊锡机器人，末端装有手爪的工业机器人为送线机器人，针对某批次待焊工件的线缆焊锡操作包括以下几个步骤：

步骤1、送线机器人夹持待焊工件至工件夹具(2)装夹台(30)斜面(3010)，通气泵(5)收缩气杆(6)紧拉夹紧装置(3006)逐渐压紧工件接触推板(7)，推板(7)触发气路系统行程开关，气杆(6)停止收缩夹紧工件；

步骤2、操作焊锡机器人使电烙铁笔尖以夹角α接触定位点a1(3007)，α为电烙铁笔尖与定位点a1(3007)法线所张夹角，范围为30°～45°，此为相对位姿p1(10)，相对位姿p2(11)与相对位姿p1(10)关于定位点a1(3007)法线成对称姿态，相对位姿p3(12)即电烙铁笔尖垂直接触定位点a1(3007)，在示教器中记录三个相对位姿位置信息，以相对位姿p3(12)操作电烙铁笔尖垂直接触定位点a2(3008)并记录位姿信息，此即相对位姿p4(13)，以相对位姿p4(13)沿装夹台(30)+y方向垂直接触定位点a3(3009)，到达并记录相对位姿p5(14)位置信息，最后以相对位姿p5(14)沿装夹台(30)+z方向移动一段距离到达相对位姿p6(15)，记录当前位姿信息，运用矩阵运算求得工具坐标系{t}(18)相对腕部坐标系{w}(17)位姿变换，借助当前位置定位点a1(3007)、定位点a2(3008)、定位点a3(3009)所构成的平面，确定工件尺寸并获取工件位姿pg；

步骤3、基于相对位置矩阵pg及机器人焊锡工装夹具仿真模型，通过仿真示教记录工艺轨迹所需路径点，工艺接入点(19)、融锡点(20)、焊锡推平起始点(21)、焊锡推平结束点(22)、退出点(23)，在实际工作单元中，示教得到焊锡工艺起始点(24)，焊锡机器人经初始位姿插补至焊锡工艺起始点(24)即移动轨迹，同时将焊锡工艺起始点(24)和工艺接入点(19)分别作为过渡起始点和过渡终止点，进行运动学插补获得过渡插补轨迹，实现对机器人移动轨迹和工艺轨迹的光滑拼接，完成机器人完整焊锡操作轨迹；

步骤4、对角线两端机器人同时进行焊锡操作，完成当前位置焊锡任务，送线机器人将成品送至收集架(4)；

步骤5、通气泵(5)驱动工件夹具(2)装夹台(30)上抬，装夹台(30)底部换位滑轮(3004)进入压块(29)间隙层(2904)，通过行程开关限制转动角度为90°，完成工位转换，重复步骤1、4、5，实现装配单元连续给料与多工位自动焊锡操作。

优选的，所述步骤3，建立与实际工作单元几何特性、运动特性一致的仿真工作单元，针对每一批工件焊锡操作，通过仿真示教记录焊锡工艺轨迹所需路径点，其包括工艺接入点(19)、融锡点(20)、焊锡推平起始点(21)、焊锡推平结束点(22)、退出点(23)，工艺接入点(19)为焊锡机器人安全工作位置，距离指定焊点正上方3mm～5mm，确保机器人不与单元内各零件发生碰撞；融锡点(20)为自动出锡装置(3)送锡与送线机器人送线的信号位置点，位于指定焊点底端，距焊点底端法线方向1mm～2mm，以便线缆送入；焊锡推平起始点(21)位于焊点中部，紧贴焊点；焊锡推平结束点(22)位于焊点顶端；退出点(23)与工艺接入点(19)重合。

优选的，所述电烙铁夹具(1)，夹具体(25)装配轴(2502)通过心轴(2504)与法兰盘(2507)连接，心轴(2504)四周通过筋板(2505)加以结构稳固，法兰盘(2507)通过螺纹孔(2506)与工业机器人末端连接，装配轴(2502)上有键(2501)，其中心钻有沉头孔(2503)，与左活动夹块(27)、右活动夹块(26)形成轴孔过盈配合；左活动夹块(27)与右活动夹块(26)上钻有沉头孔(2602)，经螺栓对称安装在夹具体(25)两侧，其上端为样条曲线槽(2601)，通过多边形特点，稳定夹持电烙铁，防止电烙铁上下窜动。

优选的，所述工件夹具(2)，包括夹具体(28)，压块(29)，装夹台(30)，夹具体(28)通过螺纹孔(2801)与单元固连，其中心设有凸台(2803)，凸台(2803)中心为通孔(2802)，孔(2802)内布置气路系统，孔(2802)外壁均布l形槽(2804)，用于限制工位；压块(29)安装于夹具体(28)上，压块(29)为半中空结构，中心为通孔(2902)，空腔与夹具体(28)凸台(2803)形成轴孔过渡配合，其间间隙(2904)作为工位转换的旋转滑道；装夹台(30)底部为传动轴(3002)，与压块(29)，夹具体(28)进行轴孔装配，传动轴(3002)外壁均布螺纹孔(3003)，用于换位滑轮(3004)装入，装夹台(30)顶部为工作面。

优选的，所述自动出锡装置(3)，由机架(31)、步进电机(32)、定轴轮系(33)、控制器(34)、摇杆(35)、壳板(36)、橡胶管(37)、出锡头(38)组成，机架(31)外部为摇杆(35)，通过螺钉(3502)与机架(31)固连，摇杆(35)前端开有孔(3501)，内载焊锡丝的橡胶管(37)接壳板(36)出锡嘴(3601)再经该孔(3501)，可依螺钉(3502)旋转控制出锡角度；机架(31)内部有步进电机(32)，其通过输出轴上的齿轮(3201)与定轴轮系(33)啮合；定轴轮系(33)上齿轮(3302)、下齿轮(3303)通过销与齿轮架(3301)连接，齿轮架(3301)下端为孔(3305)，上端为腰鼓形滑槽(3304)，可通过橡皮筋缠绕销进行稳固同时使上齿轮(3302)法线方向得到补偿，以容许不同直径的焊锡丝通过齿轮啮合点；控制器(34)通过控制电路通断及电机转速改变齿轮传动比，间接控制出锡量与出锡速度。

本发明的有益效果为：解决目前电子装联工艺中未引入多机器人实现多工位协作加工与自动焊锡工艺所需夹具与装置不具备通用性的问题，起到提高传统工艺自动化水平，减少人力成本和管理成本，提高工作效率的效果。

附图说明

图1为本发明的多机器人自动线缆焊锡装配单元俯视图。

图2为本发明的标定工具坐标系焊锡机器人相对位姿p1、p2示意图。

图3为本发明的标定工具坐标系焊锡机器人相对位姿p3示意图。

图4为本发明的标定工具坐标系焊锡机器人相对位姿p4示意图。

图5为本发明的标定工具坐标系焊锡机器人相对位姿p5示意图。

图6为本发明的标定工具坐标系焊锡机器人相对位姿p6示意图。

图7为本发明的焊锡机器人坐标系定义图。

图8为本发明的焊锡工艺轨迹路径点示意图。

图9为本发明的电烙铁夹具结构示意图。

图10为本发明的电烙铁夹具夹具体结构示意图。

图11为本发明的右活动夹块结构示意图。

图12为本发明的工件夹具局部剖视图。

图13为本发明的换位滑轮放大结构示意图。

图14为本发明的压块、工件夹具夹具体工装剖视图。

图15为本发明的装夹台结构示意图。

图16为本发明的自动出锡装置内部结构示意图。

图17为本发明的自动出锡装置轴测图。

图18为本发明的定轴轮系结构示意图。

图19为本发明图1中a处放大结构示意图。

图中：1-电烙铁夹具；2-工件夹具；3-自动出锡装置；4-收集架；5-通气泵；6-气杆；7-推板；8-传送带；9-散热除尘装置；10-焊锡机器人相对位姿p1；11-焊锡机器人相对位姿p2；12-焊锡机器人相对位姿p3；13-焊锡机器人相对位姿p4；14-焊锡机器人相对位姿p5；15-焊锡机器人相对位姿p6；16-机器人基坐标系{b}；17-腕部坐标系{w}；18-工具坐标系{t}；19-工艺接入点；20-融锡点；21-焊锡推平起始点；22-焊锡推平结束点；23-退出点；24-工艺起始点；25-电烙铁夹具夹具体；26-右活动夹块；27-左活动夹块；28-工具夹具夹具体；29-压块；30-装夹台；31-机架；32-步进电机；33-定轴轮系；34-控制器；35-摇杆；36-壳板；37-橡胶管；38-出锡头。

具体实施方式

参照图1至图19，一种多机器人自动线缆焊锡装配单元，包括电烙铁夹具(1)、工件夹具(2)、自动出锡装置(3)、收集架(4)、通气泵(5)、气杆(6)、推板(7)、传送带(8)、散热除尘装置(9)。

本实施例中，工件夹具(2)通过螺纹孔(2801)与工作环境固连，四台机器人两两分布于工件夹具(2)对角处，分别为焊锡机器人与送线机器人，焊锡机器人末端为电烙铁夹具(1)，送线机器人末端为手爪，送线机器人将工件经传送带(8)夹持至工件夹具(2)装夹台(30)斜面(3010)，气路系统安装在工件夹具(2)通孔(2802)、(2902)、(3011)内，气路系统包括通气泵(5)和行程开关，通气泵(5)四周为气杆(6)，气杆(6)通过装夹台(30)内壁通孔(3012)与夹紧装置(3006)固连，气杆(6)收缩可带动夹紧装置(3006)收缩，夹紧装置(3006)经凸字形滑道(3001)滑动压紧工件撞击推板(7)触发气路系统行程开关，气杆(6)停止收缩，实现工件夹持。

本实施例中，定义{b}为机器人基坐标系、{w}为腕部坐标系、{t}为工具坐标系，所述工具坐标系标定，即求得工具坐标系{t}(18)相对腕部坐标系{w}(17)的齐次变换矩阵矩阵转换关系为

式中：通过机器人正运动学求得腕部坐标系{w}(17)相对基坐标系{b}(16)的变换矩阵依据相对位姿p1(10)、相对位姿p2(11)、相对位姿p3(12)对定位点a1(3007)的不同姿态示教及相对位姿p4(13)、相对位姿p5(14)、相对位姿p6(15)对定位点a2(3008)、定位点a3(3009)的不同方向示教，获取工具坐标系{t}(18)相对基坐标系{b}(16)的变换矩阵再经由定位点a1(3007),a2(3008),a3(3009)所构成的平面，确定工件尺寸并获取工件位姿pg。

本实施例中，机器人焊锡操作轨迹即一条从初始位形到最终位形的路径，使机器人焊锡过程中不发生干涉，位形空间内从初始位形到最终位形的一条路径被定义为一个连续映射γ，连续映射γ给出了机器人运动轨迹的完整描述，路径规划算法通常不显示连续映射γ，故通过示教器移动焊锡机器人经过一系列沿路径分布的点，即工艺接入点(19)、融锡点(20)、焊锡推平起始点(21)、焊锡推平结束点(22)、退出点(23)，应用机器人逆运动学，将中间点所描述的过渡位姿转换成一组期望关节角θ，路径生成器生成用θ，和构造的轨迹，从而实现焊锡操作。

本实施例中，所述机器人电烙铁夹具(1)，包括夹具体(25)、右活动夹块(26)、左活动夹块(27)，夹具体下部为法兰盘(2507)，其上均布四个螺纹通孔(2506)，该孔通过内六角螺钉与机器人末端连接，夹具体上部为装配轴(2502)，其通过心轴(2504)与底部法兰盘(2507)连为一体，心轴四周由厚度为7mm的加强筋(2505)加以结构稳固，装配轴中心钻有沉头孔(2503)，通过螺栓螺母与右活动夹块(26)通孔(2603)形成螺纹连接，装配轴上端有键(2501)，通过键(2501)与两活动夹块(26)、(27)实现轴孔配合；活动夹块(26)、(27)对称安置在夹具体(25)装配轴(2502)上，其中心沉头孔(2503)，用于两活动夹块(26)、(27)的定位与安装，上端开有样条曲线槽(2601)，通过多边形的特点与电烙铁圆形截面自动定心，防止电烙铁上下窜动。

本实施例中，所述工件夹具(2)，夹具体(28)通过螺纹孔(2801)与工作环境固连，夹具体(28)中心为凸台(2803)，凸台(2803)中心为通孔(2802)，孔(2802)四周开有l形通槽(2804)，当装夹台(30)底部换位滑轮(3004)位于l形槽(2804)，则限定工位；压块(29)呈半中空结构：上部实体部分中心为通孔(2902)，四周开有十字形通槽(2903)，用于换位滑轮(3004)装入，下部中空部分与夹具体凸台(2803)形成过渡配合，其间留有间隙(2904)，间隙(2904)作为工位转换滑道，压块(29)能有效防止焊屑进入工件夹具(2)内部，减少焊屑与滑道间摩擦磨损，提高工位转换精度；装夹台(30)台面均布四个定位元件(3005)，定位元件(3005)为圆弧壁面，可增加接触面积，台面底部对称均布凸字形传动滑槽(3001)，传动滑槽(3001)上装有夹紧装置(3006)；定位元件(3005)与夹紧装置(3006)上有定位点a1(3007)、定位点a2(3008)、定位点a3(3009)，装夹台(30)台面有四个8°斜面(3010)，用于焊件放置，斜面利于焊锡操作，装夹台底部为传动轴(3002)，传动轴(3002)四周均布螺纹孔(3003)，用于换位滑轮(3004)的装入。

本实施例中，自动出锡装置(3)，机架(31)内部装有步进电机(32)，定轴轮系(33)与控制器(34)，机架外部设有摇杆(35)。焊锡丝卷安装在机架后槽(3101)，伸出的焊锡丝通过定轴轮系(33)啮合点，上齿轮(3302)通过销安装于腰鼓形槽(3304)，下齿轮(3303)通过销固定于孔(3305)，通过上齿轮(3302)在滑槽(3304)中的位置以适应不同粗细的焊锡丝，焊锡丝经由出锡嘴(3601)向外送锡，出锡嘴(3601)接橡胶管(37)，橡胶管(37)穿过摇杆(35)上的通孔(3501)，经摇杆(35)绕机架(31)转动，间接改变出锡角度，橡胶管(37)末端装有出锡头(38)，出锡头(38)与电烙铁固连，融锡量由出锡头(38)送锡长度直接控制；自动装置即控制器(34)，电机齿轮(3201)安装在步进电机(32)上，控制器(34)为单片机，通过控制步进电机(32)转速与电源通断，从而控制电机齿轮(3201)与定轴轮系(33)传动比，间接控制出锡速度。

本实施例中，散热除尘装置(9)与自动出锡装置(3)为同种单片机控制，焊锡操作过程中叶片转动，防止过多焊屑粘连工件。

本发明描述的具体实施仅用于解释本发明，不用于限定本发明，所述装置均可在不违背本发明精神的前提下单独使用。本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或同等变换，这些修改或同等变换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。