柔性装配系统和柔性装配线的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供柔性装配系统及采用该柔性装配系统的柔性装配线。柔性装配系统包括：包括顶部或侧壁的框架；模组化装配线，其至少包括沿装配流程方向并排布置在框架内的第一工作单元和第二工作单元；和安装在框架的顶部或侧壁的具有多自由度的机器人，其安装位置在框架内并且较第一工作单元和第二工作单元更靠近框架的顶部并且其工作范围可达到模组化装配线的第一工作单元和第二工作单元的工作面。由于其模组特点，可将更多的工作单元装配流程方向X依次并排布置；具体来说，模组化的装配线为可随意拼装、连接、积木式组合结构，其方便重组柔性并且结构简单；同时配合以吊装或壁挂的机器人充分利用空间，使得柔性装配系统更加紧凑。
【专利说明】柔性装配系统和柔性装配线
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及柔性装配系统和采用柔性装配系统的柔性装配线，更具体地说，涉及应用于3C行业的柔性装配系统和柔性装配线。
【背景技术】
[0002]在3C产业中，因为产品的体积较小并且变形较多，所以传统上多采用灵活性好的人工装配。
[0003]随着3C产业的迅速发展，新产品不断涌现，产品的复杂程度也随之增加，而产品的市场寿命日益缩短，更新换代加速，批量生产占有越来越重要的地位。面临这种新的局面，必须大幅度提高制造柔性和生产效率，缩短生产周期，保证产品质量，降低能耗，从而降低生产成本，以获得更好的经济效益。
实用新型内容
[0004]针对上述技术问题，本实用新型提供一种柔性装配系统，包括:包括顶部或侧壁的框架；模组化装配线，其至少包括沿装配流程方向并排布置在所述框架内的第一工作单元和第二工作单元；和安装在所述框架的顶部或侧壁的具有多自由度的机器人，其安装位置在所述框架内并且较第一工作单元和第二工作单元更靠近所述框架的顶部并且其工作范围可达到所述模组化装配线的第一工作单元和第二工作单元的工作面。由于其模组特点，可将更多的工作单元装配流程方向X依次并排布置；具体来说，模组化的装配线为可随意拼装、连接、积木式组合结构，其方便重组柔性并且结构简单；同时配合以吊装或壁挂的机器人充分利用空间，使得柔性装配系统更加紧凑。
[0005]最好，机器人的工作范围还可达到所述框架之外。这样，机器人可将经柔性装配系统装配后的产品传递出去，或者将待柔性装配系统装配的产品传递进来。
[0006]最好，所述模组化装配线还包括:第一定位部件，其通过所述第一工作单元的第一机械接口定位所述第一工作单元；第二定位部件，其通过所述第二工作单元的第二机械接口定位所述第二工作单元；其中:第一机械接口与第二机械接口相同。为了最大限度的实现生产的柔性，有时需要对工作单元进行跟换或者重新配置，从而可以生产不同的产品。例如，可以把进给物料的第二个工作单元更换成进给物料的工作单元，从而实现另外一种产品种类。
[0007]优选地，第一定位部件和第二定位部件分别为第一滑轨和第二滑轨；并且第一机械接口和第二机械接口分别为第一滑块和第二滑块。所述第一定位部件和第二定位部件分别包括第一定位孔和第二定位孔；所述第一工作单元和第二工作单元分别包括第三定位孔和第四定位孔；第一定位孔相对于第一定位部件的位置与第二定位孔相对于第二定位部件的位置相同；第三定位孔相对于第一工作单元的位置与第四定位孔相对于第二工作单元的位置相同；第一销子，其紧固第一定位孔和第三定位孔；第二销子，其紧固第二定位孔和第四定位孔。由于不同的工作单元采用类似的机械接口，所以不同的工作单元之间可以互换；此外通过定位销子定位，可以保证每次更换工作单元，各工作单元的位置仍然保持在公差允许的范围之内，整个系统可以在不做任何调整的情况下继续工作。
[0008]优选地，第一定位部件和第二定位部件分别为第一平板和第二平板；并且第一机械接口和第二机械接口分别为一对定位部件和/或紧固件。在工作单元不需要更换的情况下，使用螺钉连接就可以把工作单元之间和/或机器人之间的相对位置固定，从而以最小的成本实现整个系统的整合。
[0009]优选地，在第一工作单元上布置有第一供电接口和/或第一供气接口和/或第一通信接口 ；在第二工作单元上布置有第二供电接口和/或第二供气接口和/或第二通信接口 ；第一工作单元的第一供电接口和/或第一供气接口和/或第一通信接口与所述第一工作单元的相对位置分别与第二工作单元的第二供电接口和/或第二供气接口和/或第二通信接口与所述第二工作单元的相对位置相同。由于两种不同的工作单元都是通过相同的通信接口(例如现场总线ProfiBus)和能量供给接口(220v交流接口)与主系统进行交互，整个系统的硬件部分不用做任何更改就能继续工作。
[0010]根据本实用新型的另一个方面，提供一种柔性装配线，包括第一柔性装配系统和第二柔性装配系统；其中第一柔性装配系统的框架和第二柔性装配系统的框架通过公共的侧壁连接。基于上述结构，第一柔性装配系统的装配流程和第二柔性装配系统的装配流程构成了新的装配流程。由于机器人的工作范围还可达到框架之外，这样，第一柔性装配系统50和第二柔性装配系统的机器人进行产品之间的交接。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1A和IB分别示出根据本实用新型的一个实施例的柔性装配系统；
[0012]图2A示出根据本实用新型的一个实施例的定位部件；
[0013]图2B示出根据图2A的第一定位部件的爆炸图；
[0014]图3示出根据本实用新型的一个实施例的定位部件；
[0015]图4A示出根据本实用新型的一个实施例的工作单元；
[0016]图4B示出根据图4A的第一工作单元中的接口 ；和
[0017]图5示出示出根据本实用新型的一个实施例的柔性装配线。
【具体实施方式】
[0018]图1A和IB分别示出根据本实用新型的一个实施例的柔性装配系统。如图1A和IB所示，柔性装配系统I包括:框架10、模组化装配线11和具有多自由度的机器人12。如果对各个工作单元的处理需要多多于三个自由度，推荐6个自由度机器人；如果是仅仅在平面空间，或者笛卡尔空间，可以使用四轴机器人。框架10包括顶部100或侧壁101，并且框架10围出柔性装配系统的装配区域。模组化装配线11至少包括沿装配流程方向X并排布置在框架10内的第一工作单元110和第二工作单元111或更多的工作单元。由于其模组特点，可将更多的工作单元装配流程方向X依次并排布置；具体来说，模组化的装配线为可随意拼装、连接、积木式组合结构，其方便重组柔性并且结构简单。下面以柔性装配系统可包括四个工作单元为例来说明工作过程。第一工作单元为物料(主物料)进给单元，第二工作单元物料为装配单元，第三工作单元产品压合单元，第四单元检测单元。整个装配流程是机器人到第一工作单元取出主物料；然后到第二工作单元把物料组装到主物料；机器人接着把装配好的产品送到第三工作单元将两种物料按照工艺的要求压合到一起；最后，机器人把完成的产品送到第四工作单元进行尺寸检测。工作流程可以顺时针安排，或者逆时针安排，从而实现最快的产品生产速度。在有些情况下，产品可能从整个系统的一端进入，另一端送出，工作流程也可以按照物料的进出方向进行安排。具有多自由度的机器人12的安装位置位于框架10内并且吊装在框架10的顶部100或壁挂在其侧壁101上，其安装位置M较第一工作单元110和第二工作单元111更靠近框架10的顶部100，并且其工作范围可达到模组化装配线11的第一工作单元110和第二工作单元111的工作面。这样，在第一工作单元110和第二工作单元111的工作面、框架10的顶部100以及其侧壁101所围成的半开放空间内多自由度的机器人12可以作多自由度的运动，同时吊装或壁挂充分利用空间，使得柔性装配系统I更加紧凑。具体来说，机器人吊装或者壁挂，可以把整个工作空间分成上层的机器人运动空间和下层的工作单元工作空间，最大限度的利用空间，从而节省设备在工厂的占地面积。机器人12的运动轨迹与姿态由机器人的控制器根据控制程序控制，以便根据具体情况选择最优的运动轨迹与姿态。根据各工作单元工作的性质和特点，有时候工作空间是在水平方向布置，吊装可能更好的满足工作要求；有时工作空间可能是在垂直方向布置，壁挂可能更好的满足工作要求。
[0019]最好，机器人12的工作范围还可达到框架10之外。例如如图1所示，机器人12的腕部可穿过侧壁101到达位置P1。这样，机器人12可将经柔性装配系统I装配后的产品传递出去，或者将待柔性装配系统I装配的产品传递进来。
[0020]最好，模组化装配线11还包括第一定位部件112和第二定位部件113。第一定位部件112通过第一工作单元110的第一机械接口 1100定位第一工作单元110 ;第二定位部件113通过第二工作单元111的第二机械接口 1110定位第二工作单元111，并且第一机械接口 1100与第二机械接口 1110相同。由于第一机械接口 1100与第二机械接口 1110相同，第一定位部件112可通过第二工作单元111的第二机械接口 1110定位第二工作单元111 ;第二定位部件113第一工作单元110的第一机械接口 1100定位第一工作单元110。这在改变装配流程方向X时有帮助。为了最大限度的实现生产的柔性，有时需要对工作单元进行跟换或者重新配置，从而可以生产不同的产品。例如，可以把进给物料的第二个工作单元更换成进给物料的工作单元，从而实现另外一种产品种类。
[0021]图2A示出根据本实用新型的一个实施例的定位部件。图2B示出根据图2A的第一定位部件的爆炸图。如图2A和2B所示，第一定位部件112和第二定位部件113分别为第一滑轨和第二滑轨，并且第一机械接口 1100和第二机械接口 1110分别为第一滑块和第二滑块。第一定位部件112和第二定位部件113分别包括第一定位孔Hl和第二定位孔H2 ；第一工作单元110和第二工作单元111分别包括第三定位孔H3和第四定位孔H4 ;第一定位孔Hl相对于第一定位部件112的位置与第二定位孔H2相对于第二定位部件113的位置相同；第三定位孔H3相对于第一工作单元110的位置与第四定位孔H4相对于第二工作单元111的位置相同。通过采用紧固第一定位孔Hl和第三定位孔H3的第一销子14和紧固第二定位孔H2和第四定位孔H4的第二销子15分别将第一工作单元110和第二工作单元111和第一定位部件112和第二定位部件113固定连接。由于不同的工作单元采用类似的机械接口，所以不同的工作单元之间可以互换；此外通过定位销子定位，可以保证每次更换工作单元，各工作单元的位置仍然保持在公差允许的范围之内，整个系统可以在不做任何调整的情况下继续工作。
[0022]图3示出根据本实用新型的一个实施例的定位部件。第一定位部件112和第二定位部件113分别为第一平板和第二平板；并且第一机械接口 1100和第二机械接口 1110分别为一对定位部件和/或紧固件，比如螺钉。在工作单元不需要更换的情况下，使用螺钉连接就可以把工作单元之间和/或机器人之间的相对位置固定，从而以最小的成本实现整个系统的整合。
[0023]图4A示出根据本实用新型的一个实施例的工作单元。图4B示出根据图4A的第一工作单元中的接口。如图4A和4B所示，在第一工作单元110上布置有第一供电接口 1101和/或第一供气接口 1102和/或第一信号接口 1103 ;在第二工作单元111上布置有第二供电接口 1111和/或第二供气接口 1112和/或第二信号接口 1113 ;第一工作单元110的第一供电接口 1101和/或第一供气接口 1102和/或第一信号接口 1103与第一工作单元110的相对位置分别与第二工作单元111的第二供电接口 1111和/或第二供气接口 1112与第二工作单元111的相对位置相同。例如要将工作单元由位置检测工作单元跟换成电性能测试单元。此时，由于两种不同的工作单元都是通过相同的通信接口(例如现场总线ProfiBus)和能量供给接口(220v交流接口)与主系统进行交互，整个系统的硬件部分不用做任何更改就能继续工作。
[0024]柔性装配系统I的控制系统而言，第一工作单元110的控制器通过第一信号接口1103与第一工作单元110信号连接；第二工作单元111的控制器通过第二信号接口 1113与第二工作单元111信号连接；主控制器分别与第一工作单元110的控制器、第二工作单元111的控制器和机器人12信号连接；或者，主控制器分别与第一工作单元110的第一信号接口 1103、第二工作单元111的第二信号接口 1113和机器人12信号连接。
[0025]对于不同的装配任务，机器人12的夹具是可更换的。
[0026]图5示出示出根据本实用新型的一个实施例的柔性装配线。如图5所示，柔性装配线5包括分别采用如图1所示的柔性装配系统的第一柔性装配系统50和第二柔性装配系统51。其中，第一柔性装配系统50的框架和第二柔性装配系统51的框架通过公共的侧壁连接。基于上述结构，第一柔性装配系统50的装配流程和第二柔性装配系统51的装配流程构成了新的装配流程。由于机器人的工作范围还可达到框架之外，这样，第一柔性装配系统50和第二柔性装配系统51的机器人进行产品之间的交接。第一装配系统实现第一物料和第二物料的装配和检测，形成第一产品；第二装配系统将在第一产品的基础上，继续装配第三物料到第一产品上，形成新的第二产品，并对形成的新第二产品进行检测。第一装配系统和第二装配系统可以通过两个机器人的握手实现物料的传递，也可以通过中间传递工作单元进行物料的传递。
[0027]虽然已参照本实用新型的某些优选实施例示出并描述了本实用新型，但本领域技术人员应当明白，在不背离由所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以在形式上和细节上对其做出各种变化。
【权利要求】
1.一种柔性装配系统,包括: 包括顶部或侧壁的框架； 模组化装配线，其至少包括沿装配流程方向并排布置在所述框架内的第一工作单元和第二工作单元；和 安装在所述框架的顶部或侧壁的具有多自由度的机器人，其安装位置在所述框架内并且较第一工作单元和第二工作单元更靠近所述框架的顶部并且其工作范围可达到所述模组化装配线的第一工作单元和第二工作单元的工作面。
2.如权利要求1所述的柔性装配系统，其中: 所述机器人的工作范围还可达到所述框架之外。
3.如权利要求1或2所述的柔性装配系统，其中: 所述模组化装配线还包括: 第一定位部件，其通过所述第一工作单元的第一机械接口定位所述第一工作单元； 第二定位部件，其通过所述第二工作单元的第二机械接口定位所述第二工作单元； 其中: 第一机械接口与第二机械接口相同。
4.如权利要求3所述的柔性装配系统，其中: 第一定位部件和第二定位部件分别为第一滑轨和第二滑轨；并且 第一机械接口和第二机械接口分别为第一滑块和第二滑块。`
5.如权利要求3所述的柔性装配系统，其中: 第一定位部件和第二定位部件分别为第一平板和第二平板；并且 第一机械接口和第二机械接口分别为一对定位部件和/或紧固件。
6.如权利要求4所述的柔性装配系统，其中: 所述第一定位部件和第二定位部件分别包括第一定位孔和第二定位孔； 所述第一工作单元和第二工作单元分别包括第三定位孔和第四定位孔； 第一定位孔相对于第一定位部件的位置与第二定位孔相对于第二定位部件的位置相同； 第三定位孔相对于第一工作单元的位置与第四定位孔相对于第二工作单元的位置相同； 该系统还包括: 第一销子，其紧固第一定位孔和第三定位孔； 第二销子，其紧固第二定位孔和第四定位孔。
7.如权利要求1或2所述的柔性装配系统，其中: 在第一工作单元上布置有第一供电接口和/或第一供气接口； 在第二工作单元上布置有第二供电接口和/或第二供气接口； 第一工作单元的第一供电接口和/或第一供气接口与所述第一工作单元的相对位置分别与第二工作单元的第二供电接口和/或第二供气接口与所述第二工作单元的相对位置相同。
8.如权利要求1或2所述的柔性装配系统，其中: 在第一工作单元上布置有第一信号接口；在第二工作单元上布置有第二信号接口； 第一工作单元的第一信号接口与所述第一工作单元的相对位置与第二工作单元的第二信号接口与所述第二工作单元的相对位置相同。
9.如权利要求8所述的柔性装配系统，还包括: 第一工作单元控制器，其通过第一信号接口与第一工作单元信号连接； 第二工作单元控制器，其通过第二信号接口与第二工作单元信号连接； 主控制器，其分别与第一工作单元控制器、第二工作单元控制器和所述机器人信号连接。
10.如权利要求8所述的柔性装配系统，还包括: 主控制器，其分别与第一工作单元的第一信号接口、第二工作单元的第二信号接口和所述机器人信号连接。
11.如权利要求1或2所述的柔性装配系统，其中: 所述机器人为6自由度机器人或者4轴机器人。
12.—种柔性装配线，包括: 如权利要求2所述的第一柔性装配系统和第二柔性装配系统； 第一柔性装配系统的框架和第二柔性装配系统的框架通过公共的侧壁连接。
【文档编号】B23P21/00GK203579173SQ201320739655
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】王桂平, 迟永琳, 鞠正, 李阳 申请人:Abb技术有限公司