基于工业机器人的汽车发动机活塞、缸体装配系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种基于工业机器人的汽车发动机活塞、缸体装配系统及方法。
【背景技术】
[0002]汽车发动机作为汽车提供动力的重要部件，是汽车的心脏。汽车发动机直接决定了汽车的安全性能，稳定性能，动力性能。在工业化生产中，活塞和缸体的装配是汽车发动机中最重要也是操作繁琐的一环。如果使用合理的装配方法，高效的操作方式，不仅能够提高汽车发动机的生产质量，提高生产效率，还能够减少工人的工作量，节约装配成本。
[0003]随着机器人的快速发展，特别是工业机器人，得到了广泛的应用。特别是在汽车生产行业，工业机器人以其高稳定性，高灵活性，高精确性备受青睐，现已在喷漆，焊接，搬运，安装等生产线上得到了大规模的使用。虽然如此，工业机器人在汽车生产行业仍具有巨大的发展潜力。
[0004]汽车发动机缸体自动化装配过程越来越受到重视，在我国专利CN101913076中提到了一种基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配方法以及装置。此专利只是涉及到连杆和活塞的装配过程，但是未提及活塞和缸体装配这一重要的装配环节，如果将这两个过程连贯起来，将会极大的提高汽车发动机的装配效率。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的提供了一种基于工业机器人的汽车发动机活塞、缸体装配系统。
[0006]本发明采取的技术方案为:一种基于工业机器人的汽车发动机活塞、缸体装配系统，包括机器人、相机、机械手爪、缸体组合装置、计算机模块、活塞；
[0007]所述多个已装配完成的活塞并排放置在铁架平台上；
[0008]所述机械手爪安装在机器人末端，用于抓取活塞、夹紧活塞环，对活塞进行装配；
[0009]所述相机安装在机器人的手臂前端，用于识别定位活塞和缸体组合装置上的缸体；
[0010]所述计算机模块通过信号线分别与机器人、相机、机械手爪、缸体组合装置连接，实现数据的处理和控制信号的传输。
[0011]优选地，所述缸体组合装置包括交流伺服电机、缸体、夹合机构、基座，所述交流伺服电机安装在夹合机构上，所述夹合机构安装在基座上，所述缸体固定在夹合机构之间，通过交流伺服电机转动带动缸体一起转动，所述缸体上设有多个活塞槽。
[0012]优选地，所述活塞和缸体上的活塞槽均设置为四个。
[0013]优选地，所述交流伺服电机转动带动缸体360°旋转。
[0014]优选地，所述计算机模块包括图像识别定位模块，手爪控制模块，机器人控制模块，缸体装配控制模块，中央控制模块，所述图像定位识别模块包含活塞定位和缸体的活塞槽定位，图像定位识别模块决定手爪控制模块，机器人控制模块，缸体装配控制模块的运作精度，图像定位识别模块输出的数据传送到中央控制模块，分别向手爪控制模块，机器人控制模块，缸体装配控制模块分配数据，协调控制，各部分模块将处理后的数据传送到各个设备实现整体装配工作。
[0015]优选地，所述缸体组合装置的工作准备过程如下:
[0016]步骤B1:建立交流伺服电机转角和缸体位置的转换关系，确定缸体装配位置，调整交流伺服电机的转动速度，等待接受计算机模块发送装配信号；
[0017]步骤B2:计算机模块发送装配信号之后，将缸体转动到装配位置，等待活塞的安装；
[0018]步骤B3:待四个活塞安装完成，计算机模块发出转配完成信号，交流伺服电机慢速旋转180°，为活塞固定做好准备。
[0019]优选地，所述图像识别定位模块中活塞定位工作过程如下:
[0020]步骤Cl:将相机获取的活塞图像进行灰度化处理，得到包含有多个活塞底部的灰度化图片；
[0021]步骤C2:使用模板匹配算法，将已存入的活塞图像外部圆轮廓特征模板，与包含有多个活塞底部的灰度化图片进行匹配，找到含有活塞图像的区域；
[0022]步骤C3:计算出图像中活塞的个数，如果活塞大于I个，则选择图片最左端的活塞，并用图像分割将其提取出来；
[0023]步骤C4:出厂活塞的底部都有方向特征标志，使用模板匹配算法，将含有特征的活塞图片模板，与提取出来的包含一个活塞图片进行匹配，识别出特征，并定位提取出这个活塞的位置；
[0024]步骤C5:将得到的位置与对应的活塞数据，传送到中央控制模块进行处理。
[0025]优选地，图像识别定位模块中缸体活塞槽定位工作过程如下:
[0026]步骤Dl:对活塞槽进行编号，接受控制模块数据，决定需要识别活塞槽编号；
[0027]步骤D2:将相机获取的缸体图像进行灰度化处理，得到具有四个活塞槽的灰度化的图片；
[0028]步骤D3:使用模板匹配算法，将已存入得缸体活塞槽外部轮廓图像模板，与包含四个活塞槽缸体的灰度化图像进行比较，识别并定位四个活塞槽的位置；
[0029]步骤D4:根据编号确定需要装配的活塞槽，将得到位置数据传输给中央控制模块。
[0030]—种基于工业机器人的汽车发动机活塞、缸体装配方法，包括如下步骤:
[0031 ]步骤Al:调整相机参数，建立机器人的机械手爪和相机坐标系之间的转换关系，设定机器人初始准备位置点、缸体图像采集位置点和缸体固定位置点；
[0032]步骤A2:移动机器人到初始点，相机开始采集铁架工作台上的活塞图像，计算机模块根据活塞图像识别出活塞，并计算活塞的个数，确定所要抓取的活塞；
[0033]步骤A3:计算机模块提取所要抓取活塞的特征，计算得到活塞位置；
[0034]步骤A4:根据活塞位置，计算机模块控制机器人移动并操作机械手爪抓取活塞，将已抓取的活塞，移动到缸体组合装置的正上方图像采集位置点，在装配过程中，长时间未识别到活塞或者识别出错，计算机模块报警；
[0035]步骤A5:交流伺服电机工作，将缸体转动到固定位置，相机采集缸体图像，根据缸体图像特征识别出活塞槽；
[0036]步骤A6:根据计算机模块得到的活塞槽的位置，选择其中一个活塞槽，并作标记，控制机器人移动，将活塞移动到该活塞槽的正上方，利用机械手爪将活塞推入活塞槽中；
[0037]步骤A7:将机器人移动到初始点，若装配活塞个数未满4个，重复步骤A2，A3，A4，A5，A6，将四个活塞依次送入到缸体的活塞槽中；
[0038]步骤AS:装配工作完成后，机器人回到初始点，交流伺服电机工作，将装配好活塞的缸体转到一个固定位置，为活塞的固定做准备。
[0039]采用上述技术方案，本发明产生的技术效果有:
[0040]1、机器人的定位装配都是由摄像头的引导完成的，根据计算机模块数据处理得到位置，与传统的示教相比，该过程灵活性和精确性；
[0041 ] 2、缸体组合装置可以灵活转动，易于维护和控制，使装配过程可操作性更强，同时更方便于汽车发动机之后的装配；
[0042]3、整个系统的控制过程都是由计算机模块完成，各个部分工作独立，相互协调，增加了机器人系统的稳定性，极大地完善了机器人功能。
【附图说明】
[0043]图1为本发明的结构示意图；
[0044]图2为缸体组合装置的侧视结构图；
[0045]图3为缸体组合装置的俯视结构图；
[0046]图4为计算机模块结构示意图；
[0047]图5为本发明整体装配过程流程图。
【具体实施方式】
[0048]如图1所示，本发明的结构示意图，包括机器人11、相机12、机械手爪13、缸体组合装置14、计算机模块17、活塞19;多个已装配完成的活塞19并排放置在铁架平台20上，装配完成的活塞19是指活塞已经装好连杆和销子;机械手爪13为适应活塞结构而设计，机械手爪13安装在机器人11末端，用于抓取活塞19、夹紧活塞环，对活塞19进行装配;相机12安装在机器人11的手臂前端，随机器人11移动，用于识别定位活塞19和缸体组合装置14上的缸体15;计算机模块17通过信号线18分别与机器人11、相机12、机械手爪13、缸体组合装置14连接，实现数据的处理和控制信号的传输。机器人11为YASKAWA DX200MH24关节机器人，相机12为大恒1^-030-1201](:型摄像机。
[0049]如图2和图3所示，缸体组合装置的结构示意图，缸体组合装置14包括交流伺服电机16、缸体15、夹合机构21、基座22，交流伺服电机16安装在夹合机构21上，夹合机构21安装在基座22上，缸体15固定在夹合机构21之间，通过交流伺服电机16的转动带动缸体15做360°转动，缸体15上设有多个活塞槽31。活塞19和缸体15上的活塞槽31均设置为四个，缸体选用奥迪A4L发动机的缸体。
[0050]缸体组合装置14的工作准备过程如下:
[0051 ]步骤BI;建立交流伺服电机16转角和缸体15位置的转换关系，确定缸体15装配位置，调整交流伺服电机16的转动速度，等待接受计算机模块17发送装配信号；
[0052]步骤B2:计算机模块17发送装配信号之后，将缸体15转动到装配位置，等待活塞19的安装；
[0053]步骤B3:待四个活塞19安装完成，计算机模块17发出转配完成信号，交流伺服电机16慢速旋转180°，为活塞19固定做好准备。
[0054]如图4所示，本发明算机模块结构示意图，计算机模块17包括图像识别定位模块，手爪控制模块，机器人控制模块，缸体装配控制模块，中央控制模块，所述图像定位识别模块包含活塞19定位和缸体15的活塞槽31定位，图像定位识别模块决定手爪控制模块，机器人控制模块，缸体装配控制模块的运作精度，图像定位识别模块输出的数据传送到中央控制模块，分别向手爪控制模块，机器人控制模块，缸体装配控制模块分配数据，协调控制，各部分模块将处理后的数据传送到各个设备实现整体装配工作。
[0055]图像识别定位模块中活塞定位工作过程如下:
[0056]步骤Cl:将相机12获取的活塞图像进行灰度化处理，得到包含有多个活塞19底部的灰度化图片；
[0057]步骤C2:使用模板匹配算法，将已存入的活塞图像外部圆轮廓特征模板，与包含有多个活塞19底部的灰度化图片进行匹配，找到含有活塞图像的区域；
[0058]步骤C3:计算出图像中活塞的个数，