集束电缆网制造多功能智能机器手及其自动布线系统的制作方法

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种集束电缆网制造多功能智能机器手及其自动布线系统。

背景技术：

空间集束电缆网布线是航天、飞机、导弹、汽车、高铁、舰船、潜艇、通信等装备制造领域最关键的部分之一，随着以上领域装备、设备功能的不断完善，其电气系统日趋复杂，导线数量急剧增加、电缆网日趋集束化，布线工作日趋复杂和困难。

目前集束电缆网布线主要由人工实施，对操作人员技术能力要求高，操作效率低、且极易出错、质量不稳，迫切需要用先进专业制造技术与方式取代人工操作。

用机器人实施集束线缆全自动布线，首先，需根据拟制造的集束线缆形态、尺寸由机械手在布线平台上安插若干个定位柱和压线器等辅助工装元件，然后由机械手自动抓取线头、按规划轨迹牵线布线，布完的每一条导线由压线器立即自动压紧、由机器手立即剪断，依次循环第二条、第三条，直到完成所有导线布线，然后捆扎下线。一个型号的集束电缆网所有导线布线全部完成后，还需机器手将各个定位柱、压线器依次自动拔出，分别送归安放在指定位置的元器件库存放。

授权公告号为cn206619854u，公开了一种自动布线机布线机器人，采用固定安装的“六自由度机械臂”加装一个设有“气动夹取爪(即抓线头)”和“中空布线头”的机械手进行布线作业，1)工作幅度非常有限，无法适合任意长度、任意宽度线缆布线；2)轨迹规划困难，对用户技术、知识能力要求高；3)机器手功能过少、不能实现自动布线作业中必需的定位柱和压线器的全自动寻址插拔和归库，布线作业自动化程度低，仍需要大量人工辅助作业。

技术实现要素：

本发明的目的是在于克服现有技术及功能的不足，提供一种集束电缆网制造多功能智能机器手，集导线自动抓取、自动牵线布线、定位柱和压线器自动选择、自动抓取、自动安插、自动拔除、自动送还入库及布完导线自动剪断于一体。

为实现上述技术目的，本发明将采用以下的技术方案：一种集束电缆网制造多功能智能机器手，包括手腕系统、多功能手指系统和运动机构，所述的手腕系统包括手腕升降机构、手腕旋转机构、主轴和手指安装盘，主轴的下端依次穿过手腕升降机构、手腕旋转机构，与手指安装盘连接，主轴上部与手腕升降机构连接，手腕升降机构驱动主轴升降实现手指安装盘升降，主轴下部与手腕旋转机构连接，手腕旋转机构驱动主轴旋转实现手指安装盘旋转，手腕升降机构与手腕旋转机构固定连接，手腕旋转机构与运动机构固定连接；所述的多功能手指系统包括牵线布线手指总成、插拔-剪线手指总成和定位柱安插手指总成，各手指总成分别安装在手腕系统的手指安装盘上，牵线布线手指总成用来实现线缆的牵线布线，插拔-剪线手指总成用来实现定位柱和压线器的寻址、抓取、拔除和入库归位，定位柱安插手指总成用来实现定位柱梭盒的自动装卡、寻址和自动安插。

进一步地，所述的牵线布线手指总成包括牵线布线手指动力单元、手指转动-升降单元、导线抓取-夹持头动作机构，牵线布线动力单元固定安装在手指转动-升降单元上端，导线抓取-夹持头动作机构固定安装在手指转动-升降单元下端，手指转动-升降单元固定安装在手指安装盘上。工作时，手指转动-升降单元动作，以调节导线抓取-夹持头动作机构的姿态、位置和方向，使其对准线缆头，进而，牵线布线动力单元启动，驱动导线抓取-夹持头动作，实现对导线抓取和夹持。然后，运动机构启动，驱动机器手按集束电缆网形态尺寸和布线要求实现布线。

进一步地，所述的插拔-剪线手指总成包括插拔-剪线手指动力单元、手指转动-升降单元、插拔-剪线动作机构，插拔-剪线动力单元固定安装在手指转动-升降单元上端，插拔-剪线动作机构固定安装在手指转动-升降单元下端，手指转动-升降单元固定安装在手指安装盘上。工作时，运动机构启动，驱动机器手到达规划的安插坐标位置，手指转动-升降单元动作，以调节插拔-剪线动作机构的姿态、位置和方向，使其按工况分别对准定位柱、压线器或线缆，然后，插拔-剪线手指动力单元启动，驱动插拔-剪线动作机构作出相应动作，从而实现定位柱拔除、或压线器插拔或已布导线的剪断操作。

进一步地，所述的定位柱安插手指总成包括定位柱安插手指动力单元、手指转动-升降单元、定位柱安插动作机构，定位柱安插动力单元固定安装在手指转动-升降单元上端，定位柱安插动作机构固定安装在手指转动-升降单元下端，手指转动-升降单元固定安装在手指安装盘上。工作时，手指转动-升降单元动作，以调节定位柱安插动作机构的姿态、位置和方向，使其对准定位柱梭盒，自动装卡并取出定位柱梭盒，然后，运动机构启动，驱动机器手到达规划的安插坐标位置，安插手指动力单元启动，推动定位柱插入相应坐标孔中。

进一步地，所述的手指转动-升降单元包括上接头、手指升降机构、手指旋转机构、空心轴、中心轴和下接头，上接头固定安装在空心轴上端，空心轴下端依次穿过手指升降机构、手指旋转机构、与下接头固定连接，空心轴上部与手指升降机构连接，手指升降机构驱动空心轴升降实现下接头升降，空心轴下部与手指旋转机构连接，手指旋转机构驱动空心轴旋转实现下接头旋转，中心轴活动安装在空心轴内。

进一步地，所述的牵线布线动力单元包括电磁铁和电磁套杯，电磁套杯与手指转动-升降单元的上接头固定连接，电磁铁固定安装在电磁套杯上，电磁铁下端与中心轴上端连接；所述的导线抓取-夹持头动作机构包括牵线工作头和牵线套杯，牵线套杯与手指转动-升降单元的下接头固定连接，工作头活动安装在套杯内，工作头上端与中心轴下端固定连接。工作时，电磁铁通/断电，通过中心轴驱动布线工作头上升/下降，牵线工作头和牵线套杯相对运动，立即将导线夹紧/松开，此处电磁铁组件可用可升降气缸组件替代，以下相同。

进一步地，所述的插拔-剪线手指动力单元包括三行程气缸、气缸套杯，气缸套杯与手指转动-升降单元的上接头固定连接，三行程气缸固定安装在气缸套杯上，三行程气缸下端与中心轴上端连接；所述的插拔-剪线动作机构包括驱动工作头、夹爪、剪刀和插拔套杯，插拔套杯与手指转动-升降单元的下接头固定连接，驱动工作头活动安装在插拔套杯内，夹爪和剪刀分别活动安装在插拔套杯中部和下部，驱动工作头上端与中心轴下端固定连接，三行程气缸控制中心轴和驱动工作头上下运动，实现夹爪和剪刀的开闭。

进一步地，所述的定位柱安插手指动力单元包括气缸、气缸套杯，气缸套杯与手指转动-升降单元的上接头固定连接，气缸固定安装在气缸套杯上，气缸下端与中心轴上端连接；所述的定位柱安插动作机构包括定位柱梭盒托、定位柱梭盒和定位柱，定位柱压装在定位柱梭盒内，定位柱梭盒与定位柱梭盒托活动连接，定位柱梭盒托与手指转动-升降单元的下接头固定连接，气缸控制中心轴上下运动实现定位柱安插。

本发明的另一目的在于，提供一种基于集束电缆网制造多功能智能机器手的电缆网自动布线系统，实现任意需求长度、宽度的电缆网自动布线，自动化程度高。

一种基于集束电缆网制造多功能智能机器手的自动布线系统，包括上所述的多功能智能机械手。

进一步地，一种基于集束电缆网制造多功能智能机器手的自动布线系统，包括集线平台、定位柱梭盒库、线缆料库、压线器库和控制单元，其特点是，还包括多功能智能机械手，所述的运动机构为x-y方向运动机构，多功能智能机械手安装在x-y方向运动机构上，控制单元根据导入的电缆网图形、各分支线缆的型号和长度等信息自动优化定位柱和压线器在集线平台上的安插位置，并给出相应孔的坐标，接收到控制单元发送的指令后，多功能智能机械手通过手腕旋转机构，首先切换到定位柱安插手指总成，完成取定位柱梭盒操作，多功能智能机器手根据控制单元规化的定位柱坐标，在x-y方向运动机构驱动下到达指定坐标，将定位柱梭盒中的定位柱推入集线平台相应的孔中；定位柱安插完成后，多功能智能机器手通过手腕旋转机构将工作头切换至插拔-剪线手指总成，x-y方向运动机构驱动多功能智能机械手到达压线器库，插拔-剪线手指总成取出压线器，然后根据控制单元规划的压线器坐标，在x-y方向运动机构驱动下到达指定坐标，将压线器插入集线平台相应的坐标孔中，然后重复工作，直到所有压线器安插完成后，多功能智能机器手通过手腕旋转机构将工作头切换为牵线布线手指总成，x-y方向运动机构驱动多功能智能机器手返回到料库，完成导线抓取和牵线，在x-y方向运动机构驱动下，多功能智能机械手依次绕过相应的定位柱进行布线操作，到达终点后，压线器即刻压紧导线，随后多功能智能机械手松开导线，并通过手腕旋转机构将工作头切换为插拔-剪线手指总成，在x-y方向运动机构驱动下返回到该线缆起点处，对线缆进行剪断操作，该条导线布线工作完成。

本发明的优点是：该多功能智能机器手功能齐全，集牵线布线、定位柱插、拔和导线剪断于一体，可实现任意需求长度、宽度的电缆网自动布线，工作效率高、自动化程度高、操作简单，可完全替代人工操作，大大提高了布线效率和可靠性。

附图说明

图1为本发明的多功能智能机器手轴测图。

图2为牵线布线手指总成主视图。

图3为插拔-剪线手指总成主视图。

图4为定位柱安插手指总成主视图。

图5为手指转动-升降单元的结构简图。

图6为一种基于集束电缆网制造多功能智能机器手的自动布线系统(落地式双侧驱动型)。

图7为一种基于集束电缆网制造多功能智能机器手的自动布线系统(落地式单悬臂驱动型)。

图8为一种基于集束电缆网制造多功能智能机器手的自动布线系统(悬挂式双侧驱动型)。

图9为插拔-剪线手指动力单元和动作机构工况图。

图中：

1-手腕系统，2-多功能手指系统，3-运动机构；4-多功能智能机械手，5-x-y方向运动机构，6-集线平台，7-定位柱梭盒库，8-线缆料库，9-压线器库，10-控制单元；

101-手腕升降机构，102-手腕旋转机构，103-主轴，104-手指安装盘；

201-牵线布线手指总成，202-插拔-剪线手指总成，203-定位柱安插手指总成；

2011-牵线布线手指动力单元，2002-手指转动-升降单元，2013-导线抓取-夹持头动作机构；

2021-插拔-剪线手指动力单元，2002-手指转动-升降单元，2023-插拔-剪线动作机构；

2031-定位柱安插手指动力单元，2002-手指转动-升降单元，2033-定位柱安插动作机构；

20021-上接头，20022-手指升降机构，20023-手指旋转机构，20024-空心轴，20025-中心轴，20026-下接头；

20111-电磁铁(或可升降气缸)，20112-电磁套杯(或可升降气缸套座)，20131-牵线工作头，20132-牵线套杯；

20211-三行程气缸，20212-气缸套杯，20231-驱动工作头，20232-夹爪，20233-剪刀，20234-插拔套杯；

20311-气缸，20312-气缸套杯，20331-定位柱梭盒托，20332-定位柱梭盒，20333-定位柱。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做进一步说明：

实施例1

如图1所示，一种集束电缆网制造多功能智能机器手，包括手腕系统1、多功能手指系统2和运动机构3，所述的手腕系统1包括手腕升降机构101、手腕旋转机构102、主轴103和手指安装盘104，主轴103的下端依次穿过手腕升降机构101、手腕旋转机构102，与手指安装盘104连接，主轴103上部与手腕升降机构101连接，手腕升降机构101驱动主轴103升降实现手指安装盘104升降，主轴103下部与手腕旋转机构102连接，手腕旋转机构102驱动主轴103旋转实现手指安装盘104旋转，手腕升降机构101与手腕旋转机构102固定连接，手腕旋转机构102与运动机构3固定连接；所述的多功能手指系统2包括牵线布线手指总成201、插拔-剪线手指总成202和定位柱安插手指总成203，各手指总成分别安装在手腕系统1的手指安装盘104上，牵线布线手指总成201用来实现线缆的牵线布线，插拔-剪线手指总成202用来实现定位柱的寻址、抓取和拔除，定位柱安插手指总成203用来实现定位柱的寻址和安插。

如图2所示，所述的牵线布线手指总成201包括牵线布线手指动力单元2011、手指转动-升降单元2002、导线抓取-夹持头动作机构2013，牵线布线动力单元2011固定安装在手指转动-升降单元2002上端，导线抓取-夹持头动作机构2013固定安装在手指转动-升降单元2002下端，手指转动-升降单元2002固定安装在手指安装盘104上。工作时，手指转动-升降单元2002动作，以调节导线抓取-夹持头动作机构2013的位置和方向，使其对准线缆，然后，牵线布线动力单元2011启动，驱动驱动导线抓取-夹持头动作机构2013动作，从而实现牵线操作。所述的牵线布线动力单元包括电磁铁(或升降气缸)20111和电磁套杯(或可升降气缸套座)20112，电磁套杯(或可升降气缸套座)20112与手指转动-升降单元2002的上接头20021固定连接，电磁铁(或升降气缸)20111固定安装在电磁套杯(或可升降气缸套座)20112上，电磁铁(或升降气缸)20111下端与中心轴20025上端连接；所述的导线抓取-夹持头动作机构2013包括牵线工作头20131和牵线套杯20132，牵线套杯20131与手指转动-升降单元2002的下接头20026固定连接，工作头20131活动安装在套杯20132内，工作头20131上端与中心轴20025下端固定连接。工作时，电磁铁(或升降气缸)通/断(电)，通过中心轴驱动布线工作头上升/下降，牵线工作头和牵线套杯将线缆夹紧/松开。

如图3、图9所示，所述的插拔-剪线手指总成202包括插拔-剪线手指动力单元2021、手指转动-升降单元2002、插拔-剪线动作机构2023，插拔-剪线动力单元2021固定安装在手指转动-升降单元2002上端，插拔-剪线动作机构2023固定安装在手指转动-升降单元2002下端，手指转动-升降单元2002固定安装在手指安装盘104上。工作时，手指转动-升降单元2002动作，插拔-剪线动作机构2023的位置和方向，使其对准定位柱、压线器或线缆，然后，插拔-剪线手指动力单元2021启动，驱动插拔-剪线动作机构2023作出相应动作，从而实现插拔或剪线操作。所述的插拔-剪线手指动力单元2021包括三行程气缸20211(有a、b、c三个充气口)、气缸套杯20212，气缸套杯20212与手指转动-升降单元2002的上接头20021固定连接，三行程气缸20211固定安装在气缸套杯20212上，三行程气缸20211下端与中心轴20025上端连接；所述的插拔-剪线动作机构2023包括驱动工作头20231、夹爪20232、剪刀20233和插拔套杯20234，插拔套杯20234与手指转动-升降单元2002的下接头固定连接，驱动工作头20231活动安装在插拔套杯20234内，夹爪20232和剪刀20233分别活动安装在插拔套杯20234中部和下部，驱动工作头20231上端与中心轴20025下端固定连接，三行程气缸20211控制中心轴20025和驱动工作头20231上下运动，实现夹爪20232和剪刀20233的开闭。

如图4所示，所述的定位柱安插手指总成203包括定位柱安插手指动力单元2031、手指转动-升降单元2002、定位柱安插动作机构2033，定位柱安插动力单元2031固定安装在手指转动-升降单元2002上端，定位柱安插动作机构2033固定安装在手指转动-升降单元2002下端，手指转动-升降单元2002固定安装在手指安装盘104上。工作时，手指转动-升降单元2002动作，以调节定位柱安插动作机构2033的位置和方向，使其对准定位柱梭盒，并定位柱梭盒取出，到达指定安插位置后，定位柱安插手指动力单元2031启动，推动定位柱插入相应孔中。所述的定位柱安插手指动力单元2031包括气缸20311、气缸套杯20312，气缸套杯20312与手指转动-升降单元2002的上接头20021固定连接，气缸20311固定安装在气缸套杯20312上，气缸20311下端与中心轴20025上端连接；所述的定位柱安插动作机构2033包括定位柱梭盒托20331、定位柱梭盒20332和定位柱20333，定位柱20333安装在定位柱梭盒20332内，定位柱盒20332与定位柱盒托20331活动连接，定位柱梭盒托20331与手指转动-升降单元2002的下接头20026固定连接，气缸20311控制中心轴20025上下运动实现定位柱20333安插。

如图5所示，所述的手指转动-升降单元2002包括上接头20021、手指升降机构20022、手指旋转机构20023、空心轴20024、中心轴20025和下接头20026，上接头20021固定安装在空心轴20024上端，空心轴20024下端依次穿过手指升降机构20022、手指旋转机构20023、与下接头20026固定连接，空心轴20024上部与手指升降机构20022连接，手指升降机构20022驱动空心轴20024升降实现下接头20026升降，空心轴20022下部与手指旋转机构20023连接，手指旋转机构20023驱动空心轴20024旋转实现下接头20026旋转，中心轴20025活动安装在空心轴20024内。

实施例2

如图6所示，一种基于集束电缆网制造多功能智能机器手的自动布线系统，包括集线平台6、定位柱梭盒库7、线缆料库8、压线器库9和控制单元10，还包括上所述的多功能智能机械手4，所述的运动机构为x-y方向运动机构5，x-y方向运动机构5为落地式双侧驱动型，多功能智能机械手4安装在x-y方向运动机构5上，控制单元根据导入的电缆网图形、各分支线缆的型号和长度等信息自动优化定位柱20333和压线器在集线平台6上的安插位置，并给出相应孔的坐标，接收到控制单元10发送的指令后，多功能智能机械手4通过手腕旋转机构102切换到定位柱安插手指总成203，在x-y方向运动机构5的驱动下完成取定位柱梭盒20332操作，并根据控制单元优化的定位柱坐标，在x-y方向运动机构驱动下到达指定坐标，将定位柱梭盒20332中的定位柱20333推入集线平台6相应的孔中；定位柱20333安插完成后，多功能智能机器手4通过手腕旋转机构102将工作头切换为插拔-剪线手指总成202，x-y方向运动机构5驱动多功能智能机械手4到达压线器库9，插拔-剪线手指总成202取出压线器，多功能智能机器手根据控制单元优化的压线器坐标，在x-y方向运动机构驱动下到达指定坐标，将压线器插入集线平台6相应的孔中，插拔-剪线手指总成202恢复初始状态，重复取压线器和安插工作；所有压线器安插完成后，多功能智能机器手4通过手腕旋转机构102将工作头切换为牵线布线手指总成201，x-y方向运动机构5驱动多功能智能机器手4返回到料库8，完成牵线操作，在x-y方向运动机构驱动5下，多功能智能机械手4依次绕过相应的定位柱20333进行布线操作，到达终点后，多功能智能机械手4松开线缆，并通过手腕旋转机构102将工作头切换为插拔-剪线手指总成202，返回到该线缆起点处，对线缆进行剪断操作，该线缆布线工作完成。

实施例3

如图7所示，本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于，x-y方向运动机构5为落地式单悬臂驱动型。

实施例4

如图8所示，本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于，x-y方向运动机构5为悬挂式双侧驱动型。

实施例5

一种基于集束电缆网制造多功能智能机器手，还可以应用在多自由度机械臂上，实现电缆网自动布线。

实施例6

以下简要介绍一种基于集束电缆网制造多功能智能机器手的电缆网自动布线系统的工作过程：

首先，进行料库8上料工作，由人工将本次电缆网布线所需的线缆、定位柱和压线器装填到相应库中，将电缆网图形、各分支线缆的型号和长度等信息导入到控制单元10中，控制单元10根据电缆网图形自动优化定位柱20333和压线器在集线平台6上的安插位置，并给出相应孔的坐标。

准备工作完成后，自动布线系统开始工作：

第一步，进行定位柱20333安插工作，在控制单元10控制下，多功能智能机械手4通过手腕旋转机构403切换为定位柱安插手指总成203，在x-y方向运动机构5驱动下，多功能智能机械手4到达定位柱梭盒库7位置，在手指转动-升降单元2002的调节下,定位柱梭盒托20331对准定位柱梭盒20332，在x-y方向运动机构5和手指转动-升降单元2002的驱动下，定位柱梭盒托20331插入定位柱梭盒20332两侧的凹槽中，并将其取出，完成取钉动作；多功能智能机械手4在x-y方向运动机构驱动5下到达指定坐标，，定位柱安插手指总成203的气缸20311启动，驱动手指转动-升降单元2002的中心轴20025将定位柱推入相应的孔中，重复定位柱20333安插动作(若定位柱梭盒20332中的定位柱用完，则x-y方向运动机构5驱动多功能智能机械手4返回定位柱梭盒库7，将空定位柱梭盒20332放回原位，重复取钉动作)所有定位柱20333安插完成后，x-y方向运动机构5驱动多功能智能机械手4返回定位柱梭盒库7，将定位柱梭盒20332放回原位。

第二步，进行压线器的安插工作，在控制单元10控制下，多功能智能机械手4通过手腕旋转机构403切换为插拔-剪线手指总成202，在x-y方向运动机构5驱动下，多功能智能机械手4到达压线器库9位置，在手指转动-升降单元2002的调节下,夹爪20232对准压线器，三行程气缸20211c口充气，插拔-剪线动作机构2023变为工况2-插拔状态，将压线器取出，完成取压线器动作，多功能智能机械手4在x-y方向运动机构5驱动下到达指定坐标，手指升降机构20022驱动插拔-剪线动作机构2023向下将压线器插入相应孔中，然后，三行程气缸20211a口充气，插拔-剪线动作机构2023变为工况1-初始状态，重复第二步以上动作，直至所有压线器安插完成。

第三步，进行布线工作，在控制单元10控制下，多功能智能机械手4通过手腕旋转机构403切换为牵线布线手指总成201，在x-y方向运动机构5驱动下，多功能智能机械手4到达线缆料库8位置，在手指转动-升降单元2002的调节下，牵线工作头20131进线口对准线缆料库8出线口，电磁铁20111通电，通过中心轴20025驱动，牵线工作头20131上升，完成牵线操作；x-y方向运动机构5驱动下，多功能智能机械手4在集线平台6上按该线缆规划的路径依次绕过相应的定位柱20333进行布线动作，到达该线路终点后，起点和终点处的压线器将该线缆压紧，电磁铁20111断电，牵线工作头20131下降，多功能智能机械手4松开该线缆，并通过手腕旋转机构403切换为插拔-剪线手指总成202，在x-y方向运动机构5驱动下，多功能智能机械手4到达该线缆起点处，在手指转动-升降单元2002的调节下,剪刀20233对准该线缆起点位置，三行程气缸20211b口充气，插拔-剪线动作机构2023变为工况3-剪线状态，完成剪线动作，然后，三行程气缸20211a口充气，插拔-剪线动作机构2023变为工况1-初始状态，该线缆布线工作完成；重复第三步以上动作，直至所有线缆布线完成。