自动装配系统和方法
【专利摘要】本发明公开一种自动装配系统，包括：机器人，能够执行将第一部件插入到第二部件中的插入操作；力传感器，用于检测机器人在插入操作中的插入力；和控制器，用于根据检测到的插入力和预定插入力之间的差值，对机器人的插入力进行闭环反馈控制，使得插入力小于预定插入力，从而防止插入力过大导致第一部件和/或第二部件被损坏。与手动地执行插入操作相比，本发明能够提高插入精度和组装效率。并且，能够精度地控制机器人的插入力的大小，不会出现由于插入力过大导致电子产品的部件受损。此外，本发明还提供一种产品的自动装配方法。
【专利说明】自动装配系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种产品的自动装配系统和方法，尤其涉及一种利用视觉引导机器人进行自动装配的系统和方法。
【背景技术】
[0002]由于电子产品一般由多个部件组成，因此，需要将多个部件组装在一起。
[0003]但是，由于电子产品的各个部件非常小，难以实现自动组装。例如，当需要将一个部件插入到另一个部件中时，在现有技术中，一般采用人工执行该插入操作。但是，人工插入存在精度差、效率低的缺点，例如，公差难以控制在±0.05mm。
[0004]而且，由于电子产品的各个部件非常脆弱，人工插入时难以控制插入力的大小，很容易由于插入力过大导致电子产品的部件受损。
【发明内容】
[0005]本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
[0006]本发明的一个目的在于提供一种自动装配系统和方法，其能够高效、高精度地执行电子产品的组装，而且能够精确地控制将一个部件插入到另一个部件中的插入力的大小，以免由于插入力过大导致电子产品的部件受损。
[0007]根据本发明的一个方面，提供一种自动装配系统，包括:机器人，能够执行将第一部件插入到第二部件中的插入操作；力传感器，用于检测机器人在插入操作中的插入力；和控制器，用于根据检测到的插入力和预定插入力之间的差值，对机器人的插入力进行闭环反馈控制，使得插入力小于预定插入力，从而防止插入力过大导致第一部件和/或第二部件被损坏。
[0008]根据本发明的一个实例性实施例，所述第一部件为芯片，所述第二部件为壳体，并且所述机器人将所述芯片和所述壳体组装在一起，以获得组装的电子产品。
[0009]根据本发明的另一个实例性实施例，所述自动装配系统还包括:切割和弯曲机器，用于在将所述芯片插入所述壳体之前，对所述芯片的引脚进行切割和弯曲。
[0010]根据本发明的另一个实例性实施例，所述自动装配系统还包括:传送带，用于将已经被切割和弯曲机器切割和弯曲好的芯片传送到预定位置。
[0011 ] 根据本发明的另一个实例性实施例，所述自动装配系统还包括:第一摄像机，用于引导机器人拾取已经被传送到预定位置处的芯片并将该芯片插入到对应的壳体中。
[0012]根据本发明的另一个实例性实施例，所述自动装配系统还包括:第二摄像机，用于引导机器人从料盘中拾取壳体并将该壳体放置到定位板上的对应的定位槽中。
[0013]根据本发明的另一个实例性实施例，所述机器人在第一摄像机的引导下将芯片插入到已经定位在定位板的定位槽中的壳体中；并且所述机器人在第二摄像机的引导下将已经插入芯片的壳体放回到料盘中。
[0014]根据本发明的另一个实例性实施例，所述机器人为6轴多自由度机器人。
[0015]根据本发明的另一个实例性实施例，所述机器人的末端执行器上集成有用于拾取所述芯片的第一拾取器和用于拾取所述壳体的第二拾取器。
[0016]根据本发明的另一个实例性实施例，所述机器人的末端执行器上集成有一种或多种第一拾取器，用于拾取一种或多种芯片。
[0017]根据本发明的另一个实例性实施例，所述力传感器设置在所述第一拾取器中，并且所述第一拾取器包括:真空吸嘴，用于吸附芯片；和浮动机构，用于消除真空吸嘴的自重对所述力传感器的影响。
[0018]根据本发明的另一个实例性实施例，所述第二拾取器包括:固定指；和可动指，所述可动指能够相对于固定指移动，以便抓取所述壳体。
[0019]根据本发明的另一个实例性实施例，所述自动装配系统还包括:机架，用于将机器人、切割和弯曲机器、传送带、定位板、料盘和控制器安装在其上。
[0020]根据本发明的另一个方面，提供一种产品的自动装配方法，包括以下步骤:
[0021]SlOO:利用机器人执行将第一部件插入到第二部件中的插入操作，并且在插入操作中利用控制器对机器人的插入力进行闭环反馈控制，使得插入力小于预定插入力，从而防止插入力过大导致第一部件和/或第二部件被损坏。
[0022]根据本发明的一个实例性实施例，在所述步骤SlOO中，利用力传感器检测机器人在插入操作中的插入力，并根据检测到的插入力和预定插入力之间的差值，对机器人的插入力进行闭环反馈控制。
[0023]根据本发明的另一个实例性实施例，所述第一部件为芯片，所述第二部件为壳体，并且所述机器人将所述芯片和所述壳体组装在一起，以获得组装的电子产品。
[0024]根据本发明的另一个实例性实施例，在所述步骤SlOO之前，还包括步骤:
[0025]SOlO:利用切割和弯曲机器对所述芯片的引脚进行切割和弯曲。
[0026]根据本发明的另一个实例性实施例，在所述步骤SlOO之前，还包括步骤:
[0027]S020:利用传送带将已经被切割和弯曲机器切割和弯曲好的芯片传送到预定位置。
[0028]根据本发明的另一个实例性实施例，在所述步骤SlOO之前，还包括步骤:
[0029]S030:利用第二摄像机引导机器人从料盘中拾取壳体并将该壳体放置到定位板上的对应的定位槽中，和利用第一摄像机引导机器人拾取已经被传送到预定位置处的芯片。
[0030]根据本发明的另一个实例性实施例，在所述步骤SlOO中，所述机器人在第一摄像机的引导下将芯片插入到已经定位在定位板的定位槽中的壳体中。
[0031]根据本发明的另一个实例性实施例，在所述步骤SlOO之后，还包括步骤:
[0032]S200:所述机器人在第二摄像机的引导下将已经插入芯片的壳体放回到料盘中。
[0033]根据本发明的另一个实例性实施例，所述机器人为6轴多自由度机器人。
[0034]根据本发明的另一个实例性实施例，所述机器人的末端执行器上集成有用于拾取所述芯片的第一拾取器和用于拾取所述壳体的第二拾取器。
[0035]根据本发明的另一个实例性实施例，所述机器人的末端执行器上集成有一种或多种第一拾取器，用于拾取一种或多种芯片。
[0036]根据本发明的另一个实例性实施例，所述力传感器设置在所述第一拾取器中，并且所述第一拾取器包括:真空吸嘴，用于吸附芯片；和浮动机构，用于消除真空吸嘴的自重对所述力传感器的影响。
[0037]根据本发明的另一个实例性实施例，所述第二拾取器包括:固定指；和可动指，所述可动指能够相对于固定指移动，以便抓取所述壳体。
[0038]根据本发明的另一个实例性实施例，所述机器人、切割和弯曲机器、传送带、定位板、料盘和控制器安装在机架上。
[0039]与手动地执行插入操作相比，本发明能够提高将芯片插入到壳体中的精度，例如，公差控制在±0.02mm或更小的范围内。并且，机器人移动速度快，极大地提高了组装效率。而且，通过力闭环控制，能够精度地控制机器人的插入力的大小，不会出现由于插入力过大导致电子产品的部件受损。
[0040]通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1为根据本发明的一个实例性实施例的用于装配一种电子产品的自动装配系统的不意图；
[0042]图2为图1中的机器人的末端执行器的放大示意图；和
[0043]图3为图2中的机器人的末端执行器的一个拾取器的剖视图。
【具体实施方式】
[0044]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
[0045]图1为根据本发明的一个实例性的实施例的用于装配一种电子产品的自动装配系统的不意图。
[0046]如图1所示，自动装配系统，包括:机器人100，能够执行将第一部件插入到第二部件中的插入操作；力传感器113 (参见图3)，用于检测机器人100在插入操作中的插入力；和控制器800，用于根据检测到的插入力和预定插入力之间的差值，对机器人100的插入力进行闭环反馈控制，使得插入力小于预定插入力，从而防止插入力过大导致第一部件和/或第二部件被损坏。
[0047]在本发明的一个实例性的实施例中，待组装的电子产品包括作为第一部件的芯片301和作为第二部件的壳体303。该芯片301需要插入到壳体303中，以便获得组装的电子女口广叩ο
[0048]但是，本发明不局限于此，本发明的自动装配系统可以用于组装具有多个微小部件的其它类型的产品，仅需要更新控制程序即可，因此，本发明的自动装配系统具有广泛的通用性。
[0049]在图1所示的实例性的实施例中，该自动装配系统还包括切割和弯曲机器400，用于在将芯片301插入壳体303之前，对芯片301的引脚进行切割和弯曲。
[0050]在图1所示的实例性的实施例中，该自动装配系统还包括传送带500，用于将已经被切割和弯曲机器400切割和弯曲好的芯片301传送到预定位置，例如，传送带500的位于第一摄像机201的下方的末端位置处。
[0051]在图1所示的实例性的实施例中，该自动装配系统还包括第一摄像机201，用于引导机器人100拾取已经被传送到预定位置处的芯片301并将该芯片301插入到对应的壳体303 中。
[0052]在图1所示的实例性的实施例中，该自动装配系统还包括第二摄像机202，用于引导机器人100从料盘700中拾取壳体303并将该壳体303放置到定位板600上的对应的定位槽(未图示)中。
[0053]在图1所示的实例性的实施例中，机器人100在第一摄像机201的引导下将芯片301插入到已经定位在定位板600的定位槽中的壳体303中；并且机器人100在第二摄像机202的引导下将已经插入芯片301的壳体303放回到料盘700中。
[0054]在本发明的一个实例性的实施例中，料盘700中形成有凹槽阵列，每个凹槽与待放置的壳体303相匹配。
[0055]在本发明的一个实例性的实施例中，机器人100为6轴多自由度机器人。
[0056]图2为图1中的机器人的末端执行器101的放大示意图。
[0057]如图2所示，在本发明的一个实例性的实施例中，机器人100的末端执行器101上集成有用于拾取芯片301、302的第一拾取器110、120和用于拾取壳体303的第二拾取器130。
[0058]在图2所示的实施例中，在机器人的末端执行器101上集成有两种不同的第一拾取器110、120，用于拾取两种不同类型的芯片301、302。但是，本发明不局限于此，在机器人的末端执行器101上也可以集成有一种、三种或更多种第一拾取器，用于拾取一种、三种或更多种芯片。
[0059]图3为图2中的机器人100的末端执行器101的一个第一拾取器110的剖视图。
[0060]在图3所示的实施例中，力传感器113设置在第一拾取器110中，该力传感器113可以为压电式力传感器或其它类型的力传感器。
[0061]在图3所示的实施例中，第一拾取器110包括:真空吸嘴111，用于吸附芯片301 ；和浮动机构112，用于消除真空吸嘴111的自重对力传感器113的影响。
[0062]但是，请注意，浮动机构112不是必须的，也可以不设置浮动机构112，而是在力传感器113检测到的插入力中直接加上真空吸嘴111的自重即可，这样，也可以消除真空吸嘴111的自重对力传感器113的影响。
[0063]在图2所示的实例性的实施例中，第二拾取器130包括:固定指131 ;和可动指132，可动指132能够相对于固定指131移动，以便抓取壳体303。
[0064]在本发明的实例性的实施例中，由于壳体303的体积较大，因此，采用了机械手指式拾取器，但是，请注意，本发明不局限于此图示的实施例，第二拾取器也可以为真空吸附式拾取器。
[0065]在图1所示的实例性的实施例中，机器人100、切割和弯曲机器400、传送带500、定位板600、料盘700和控制器800均安装在机架10上。
[0066]下面将参照附图1，详细描述图示的自动装配系统组装电子产品的过程:
[0067]利用切割和弯曲机器400对芯片301的引脚进行切割和弯曲；
[0068]利用传送带500将已经被切割和弯曲机器400切割和弯曲好的芯片301传送到预定位置；
[0069]利用第二摄像机202引导机器人100从料盘700中拾取壳体303并将该壳体303放置到定位板600上的对应的定位槽中，和利用第一摄像机201引导机器人100拾取已经被传送到预定位置处的芯片301、302 ；
[0070]利用机器人100执行将芯片301、302插入到已经定位在定位板600的定位槽中的壳体303中的插入操作，并且在插入操作中，利用力传感器113检测机器人100的插入力，并根据检测到的插入力和预定插入力之间的差值，利用控制器800对机器人100的插入力进行闭环反馈控制，使得插入力小于预定插入力，从而防止插入力过大导致芯片301、302和/或壳体303被损坏；
[0071]机器人100在第二摄像机202的引导下将已经插入芯片301的壳体303放回到料盘700中。
[0072]与手动地执行插入操作相比，本发明能够提高将芯片插入到壳体中的精度，例如，公差控制在±0.02mm或更小的范围内。并且，机器人移动速度快，极大地提高了组装效率。而且，通过力闭环控制，能够精度地控制机器人的插入力的大小，不会出现由于插入力过大导致电子产品的部件受损。
[0073]本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。
[0074]虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。
[0075]虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
[0076]应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另夕卜，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。
【权利要求】
1.一种自动装配系统，包括: 机器人(100)，能够执行将第一部件插入到第二部件中的插入操作； 力传感器(113)，用于检测机器人(100)在插入操作中的插入力；和控制器(800)，用于根据检测到的插入力和预定插入力之间的差值，对机器人(100)的插入力进行闭环反馈控制，使得插入力小于预定插入力，从而防止插入力过大导致第一部件和/或第二部件被损坏。
2.根据权利要求1所述的自动装配系统，其特征在于: 所述第一部件为芯片(301)，所述第二部件为壳体(303)，并且 所述机器人将所述芯片(301)和所述壳体(303)组装在一起，以获得组装的电子产品。
3.根据权利要求2所述的自动装配系统，还包括: 切割和弯曲机器(400)，用于在将所述芯片(301)插入所述壳体(303)之前，对所述芯片(301)的引脚进行切割和弯曲。
4.根据权利要求3所述的自动装配系统，还包括: 传送带(500)，用于将已经被切割和弯曲机器(400)切割和弯曲好的芯片(301)传送到预定位置。
5.根据权利要求4所述的自动装配系统，还包括: 第一摄像机(201)，用于引导机器人(100)拾取已经被传送到预定位置处的芯片(301)并将该芯片(301)插入到对应的壳体(303)中。
6.根据权利要求5所述的自动装配系统，还包括: 第二摄像机(202)，用于引导机器人(100)从料盘(700)中拾取壳体(303)并将该壳体(303)放置到定位板(600)上的对应的定位槽中。
7.根据权利要求6所述的自动装配系统，其特征在于: 所述机器人(100)在第一摄像机(201)的引导下将芯片(301)插入到已经定位在定位板(600)的定位槽中的壳体(303)中；并且 所述机器人(100)在第二摄像机(202)的引导下将已经插入芯片(301)的壳体(303)放回到料盘(700)中。
8.根据权利要求7所述的自动装配系统，其特征在于，所述机器人为6轴多自由度机器人。
9.根据权利要求7所述的自动装配系统，其特征在于， 所述机器人的末端执行器(101)上集成有用于拾取所述芯片(301、302)的第一拾取器(110U20)和用于拾取所述壳体(303)的第二拾取器(130)。
10.根据权利要求9所述的自动装配系统，其特征在于， 所述机器人的末端执行器(101)上集成有一种或多种第一拾取器(110、120)，用于拾取一种或多种芯片(301、302)。
11.根据权利要求9所述的自动装配系统，其特征在于， 所述力传感器(113)设置在所述第一拾取器(110)中，并且 所述第一拾取器(110)包括: 真空吸嘴(111)，用于吸附芯片(301);和 浮动机构(112)，用于消除真空吸嘴(111)的自重对所述力传感器(113)的影响。
12.根据权利要求9所述的自动装配系统，其特征在于，所述第二拾取器(130)包括: 固定指(131);和 可动指(132)，所述可动指(132)能够相对于固定指(131)移动，以便抓取所述壳体(303)。
13.根据权利要求7所述的自动装配系统，还包括: 机架(10)，用于将机器人(100)、切割和弯曲机器(400)、传送带(500)、定位板(600)、料盘(700)和控制器(800)安装在其上。
14.一种产品的自动装配方法，包括以下步骤: SlOO:利用机器人(100)执行将第一部件插入到第二部件中的插入操作，并且在插入操作中利用控制器(800)对机器人(100)的插入力进行闭环反馈控制，使得插入力小于预定插入力，从而防止插入力过大导致第一部件和/或第二部件被损坏。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于， 在所述步骤SlOO中，利用力传感器(113)检测机器人(100)在插入操作中的插入力，并根据检测到的插入力和预定插入力之间的差值，对机器人(100)的插入力进行闭环反馈控制。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于: 所述第一部件为芯片(301)，所述第二部件为壳体(303)，并且 所述机器人将所述芯片(301)和所述壳体(303)组装在一起，以获得组装的电子产品。
17.根据权利要求16所述的方法，在所述步骤SlOO之前，还包括步骤: SOlO:利用切割和弯曲机器(400)对所述芯片(301)的引脚进行切割和弯曲。
18.根据权利要求17所述的方法，在所述步骤SlOO之前，还包括步骤: S020:利用传送带(500)将已经被切割和弯曲机器(400)切割和弯曲好的芯片(301)传送到预定位置。
19.根据权利要求18所述的方法，在所述步骤SlOO之前，还包括步骤: S030:利用第二摄像机(202)引导机器人(100)从料盘(700)中拾取壳体(303)并将该壳体(303)放置到定位板(600)上的对应的定位槽中；和利用第一摄像机(201)引导机器人(100)拾取已经被传送到预定位置处的芯片(301)。
20.根据权利要求19所述的方法，在所述步骤SlOO中， 所述机器人(100)在第一摄像机(201)的引导下将芯片(301)插入到已经定位在定位板(600)的定位槽中的壳体(303)中。
21.根据权利要求20所述的方法，在所述步骤SlOO之后，还包括步骤: S200:所述机器人(100)在第二摄像机(202)的引导下将已经插入芯片(301)的壳体(303)放回到料盘(700)中。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述机器人(100)为6轴多自由度机器人。
23.根据权利要求19所述的方法，其特征在于， 所述机器人的末端执行器(101)上集成有用于拾取所述芯片(301、302)的第一拾取器(110U20)和用于拾取所述壳体(303)的第二拾取器(130)。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于， 所述机器人的末端执行器(101)上集成有一种或多种第一拾取器(110、120)，用于拾取一种或多种芯片(301、302)。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于， 所述力传感器(113)设置在所述第一拾取器(110)中，并且 所述第一拾取器(110)包括: 真空吸嘴(111)，用于吸附芯片(301);和 浮动机构(112)，用于消除真空吸嘴(111)的自重对所述力传感器(113)的影响。
26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述第二拾取器(130)包括: 固定指(131);和 可动指(132)，所述可动指(132)能够相对于固定指(131)移动，以便抓取所述壳体(303)。
27.根据权利要求24所述的方法，其特征在于， 所述机器人(100)、切割和弯曲机器(400)、传送带(500)、定位板(600)、料盘(700)和控制器(800)安装在机架(10)上。
【文档编号】H05K13/04GK104302163SQ201310305813
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年7月19日 优先权日:2013年7月19日
【发明者】胡绿海, 张丹丹, 谢逢春, 夏德伯 申请人:泰科电子(上海)有限公司, 泰科电子公司