基于机器人的自动装配系统和自动装配方法与流程

本发明涉及一种自动装配系统和自动装配方法，尤其涉及一种基于机器人的用于装配金属薄片元件的自动装配系统和自动装配方法。

背景技术：

金属薄片元件通常非常薄，非常容易变形，并且其表面容易被刮花或擦伤，因此，金属薄片元件的装配是非常有挑战性的操作过程。

目前，通常人工地执行金属薄片元件的装配操作，因此装配效率较低，并且为了保证装配工作的生产率，需要花费较大的努力来培训操作人员，增加了生产成本。而且，装配精度主要依靠人工经验保证，无法保证装配精度的严格一致性。

随着今后的产品正在进入构型多、更新换代快的时代，传统的人工装配模式已不能满足要求，需要开发一种灵活通用、快速适应、自动化程度高的新装配系统和装配方法。

技术实现要素：

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。

根据本发明的一个方面，提供一种基于机器人的自动装配系统，包括：

机器人，该机器人具有用于保持待装配的元件的机械手；

定位系统，用于对待装配的元件进行粗定位；

视觉系统，用于精确地识别由所述机械手保持的元件的位置和方向；

装配站，在该装配站中所述机器人执行元件的装配操作，

其中，所述自动装配系统能够根据待装配的元件的所要求的装配精度自适应地选择不同的装配路径对元件进行装配，其中所述不同的装配路径至少包括从所述定位系统直接至所述装配站的第一装配路径和从所述定位系统经过所述视觉系统再至所述装配站的第二装配路径。

根据一个示例性的实施例，所述机器人被配置为：

比较待装配的元件的装配精度和预定的多个装配精度等级，当待装配的元件的装配精度满足第一装配精度等级时，所述自动装配系统自适应地选择所述第一装配路径对该元件进行装配；当待装配的元件的装配精度满足第二装配精度等级时，所述自动装配系统自适应地选择所述第二装配路径对该元件进行装配；

其中，所述第一装配精度等级对应的装配精度低于所述第二装配精度等级对应的装配精度。

根据一个示例性的实施例，所述机器人为六轴机器人。

根据一个示例性的实施例，所述六轴机器人能够根据所述视觉系统精确地识别的机械手保持的元件的位置和方向自适应地调整所述元件的装配轨迹。

根据一个示例性的实施例，所述机器人具有快换装置，所述机械手通过该快换装置连接至机器人主体上。

根据一个示例性的实施例，所述机械手的数量为两个，其中一个为气动手爪，另一个为气动吸盘。

根据一个示例性的实施例，所述装配站还包括附加定位机构，用于在元件在装配站中装配时将所述元件定位和固定在所述装配站中。

根据一个示例性的实施例，所述装配站包括第一装配站和第二装配站，在第一装配站中装配形成子组件，在第二装配站中装配所述子组件和剩余的元件以形成最终的装配好的部件。

根据一个示例性的实施例，该自动装配系统还包括自动供料系统，所述定位系统与所述自动供料系统连接。

根据本发明的另一个方面，还提供一种基于机器人的自动装配方法，其包括如下步骤：

将待装配的元件装载至定位系统中，以对待装配的元件进行粗定位；

机器人从定位系统中抓取或装载经粗定位的待装配的元件；

确定待装配的元件的所要求的装配精度，并且将确定出的所述所要求的装配精度与预定的多个装配精度等级进行比较；

当所述所要求的装配精度满足第一装配精度等级时，机器人选择第一装配路线对所述待装配的元件进行装配；

当所述所要求的装配精度满足第二装配精度等级时，机器人选择不同于所述第一装配路线的第二装配路线对所述待装配的元件进行装配。

根据一个示例性的实施例，机器人选择第一装配路线对所述待装配的元件进行装配的步骤包括：

机器人直接将经粗定位的待装配的元件运输并且装载至装配站中，然后在装配站中执行装配操作。

根据一个示例性的实施例，机器人选择第二装配路线对所述待装配的元件进行装配的步骤包括：

经粗定位的待装配部件被机器人运输至视觉系统，通过该视觉系统精确地识别由所述机器人保持的待装配的元件的位置和方向；

在所述视觉系统的引导下，待装配的元件被运输并且精确定位在装配站中，然后在装配站中执行装配操作。

根据一个示例性的实施例，所述第一装配精度等级对应的装配精度低于所述第二装配精度等级对应的装配精度。

根据一个示例性的实施例，所述机器人为六轴机器人，所述方法还包括如下步骤：

根据所述视觉系统精确地识别的机器人保持的元件的位置和方向，所述六轴机器人自适应地调整待装配的元件的装配轨迹。

根据一个示例性的实施例，所述六轴机器人自适应地调整待装配 的元件的装配轨迹的步骤包括：

所述六轴机器人调整待装配的元件相对于水平面或竖直面的方向，以使待装配的元件以相对于水平面或竖直面成预定倾斜角度的方式装配至预先定位在装配站中的另一元件上。

根据一个示例性的实施例，对所述待装配的元件进行装配的步骤包括：在第一装配站中装配形成子组件，在第二装配站中装配所述子组件和剩余的元件以形成最终的装配好的部件。

根据本发明的又一方面，还提供一种用于装配具有金属薄片元件的部件的自动装配方法，该部件至少包括第一金属薄片元件、第二金属薄片元件和第三金属薄片元件，所述自动装配方法包括如下步骤：

将第一金属薄片元件装载至定位系统中，以对第一金属薄片元件进行粗定位；

确定第一金属薄片元件的第一装配特征，并且将确定出的所述第一装配特征与预先确定的多个装配等级进行比较；

当第一装配特征满足第一装配等级时，机器人直接将第一金属薄片元件装载并定位至第一装配站中；当第一装配特征满足第二装配等级时，机器人在视觉系统的引导下将第一金属薄片元件装载并精确定位至第一装配站中；

将第二金属薄片元件装载至定位系统中，以对第二金属薄片元件进行粗定位；

确定第二金属薄片元件的第二装配特征，并且将确定出的所述第二装配特征与预先确定的多个装配等级进行比较；

当第二装配特征满足第一装配等级时，机器人直接将第二金属薄片元件运送至第一装配站处，并装配第二金属薄片元件与第一金属薄片元件，以形成第一子组件；当第二装配特征满足第二装配等级时，机器人在视觉系统的引导下将第二金属薄片元件运送至第一装配站处，并精确装配第二金属薄片元件与第一金属薄片元件，以形成第一子组件；

将第一子组件传输并且装载至第二装配站中；

使用附加定位机构将第一子组件定位在第二装配站中；

将第三金属薄片元件装载至定位系统中，以对第三金属薄片元件进行粗定位；

确定第三金属薄片元件的第三装配特征，并且将确定出的所述第三装配特征与预先确定的多个装配等级进行比较；

当第三装配特征满足第一装配等级时，机器人直接将第三金属薄片元件运送至第二装配站处，并装配第三金属薄片元件与第一子组件；当第三装配特征满足第二装配等级时，机器人在视觉系统的引导下将第三金属薄片元件运送至第二装配站处，并精确装配第三金属薄片元件与第一子组件。

根据一个示例性的实施例，所述第一金属薄片元件、所述第二金属薄片元件和所述第三金属薄片元件分别为光纤连接器联笼的底盖、分隔片和顶盖。

根据一个示例性的实施例，所述第一金属薄片元件、所述第二金属薄片元件和所述第三金属薄片元件的厚度均小于0.25mm。在其它实施例中，所述第一金属薄片元件、所述第二金属薄片元件和所述第三金属薄片元件的厚度也可以大于或等于0.25mm。

与现有技术相比，根据本发明的基于机器人的自动装配系统是一种柔性的自动装配系统，并且根据本发明的基于机器人的自动装配方法可以充分利用机器人的柔性和可编程性，以使得机器人能够根据不同的待装配元件跟随定制化的装配路径来装配不同的元件。同时，该自动装配系统还包括视觉系统，其能够引导机器人进行高精度的装配操作。而且通过选择不同的装配路径，能够在保证装配精度的同时优化装配流程，从而节省装配时间，进一步提高装配效率。此外，该基于机器人的自动装配系统在装配时将导致更少的元件变形和/或划伤、刮擦等，甚至不会导致元件变形和/或划伤、刮擦等。

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。

附图说明

图1是根据本发明的示例性实施例的基于机器人的自动装配系统的示意图；

图2是图1中示出的自动装配系统中的机器人的透视图；

图3是图2中示出的机器人的一个示例性机械夹爪的立体示意图；

图4是从下往上观察的根据本发明的示例性实施例的具有金属薄片元件的待装配部件的立体示意图；

图5是从上往下观察的根据本发明的示例性实施例的具有金属薄片元件的待装配部件的立体示意图；

图6是根据本发明的示例性实施例的自动装配方法的流程图。

具体实施方式

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。

图1是根据本发明的示例性实施例的基于机器人的自动装配系统的示意图。如图1所示，该基于机器人的自动装配系统包括：机器人1，机器人1具有用于保持待装配的元件(图1中未示出)的机械手2，下文将对机器人1进行更详细地描述；定位系统3，用于对待装配的元件进行粗定位；视觉系统4，用于精确地识别由所述机械手保持的元件的位置和方向；装配站5、6，在该装配站中所述机器人执行元件的装配操作。

在该实施例中，自动装配系统能够根据待装配的元件的装配特征自适应地选择不同的装配路径对元件进行装配。下面，结合图1，具体描述该自适应的装配操作。

在该实施例中，不同的装配路径包括从定位系统3直接至装配站5、6的第一装配路径和从定位系统3经过视觉系统4再至装配站5、6的第二装配路径。

更具体地，作为一个示例，待装配的元件的装配特征包括该元件所要求的装配精度p。相应地，所述机器人被配置为：比较待装配的元件的装配精度p和预定的多个装配精度等级l1、l2，当待装配的元件的装配精度p满足第一装配精度等级l1时，自动装配系统自适应地选择上述的第一装配路径对该元件进行装配；当待装配的元件的装配精度p满足第二装配精度等级l2时，自动装配系统自适应地选择上述第二装配路径对该元件进行装配。例如，第一装配精度等级l1可以对应一个较低的装配精度，第二装配精度等级l2可以对应一个较高的装配精度，相应地，装配精度p满足第一装配精度等级l1意味着待装配的元件要求的装配精度p低于或等于第一装配精度等级l1，装配精度p满足第二装配精度等级l2意味着待装配的元件要求的装配精度p等于或高于第二装配精度等级l2。

具体地，如图1所示，当定位系统3足以将待装配的元件定位或限制在预定的装配精度等级内时，机器人1可以直接将该元件运输并且装载至装配站5、6中，而不必在视觉系统4处停留，从而节省了该装配工序循环的时间。当待装配的元件要求较高的装配精度而定位系统3的粗定位不足以将其定位或限制在预定的装配精度等级内时，机器人1可以将该元件运输至视觉系统4，然后在视觉系统4的引导下将该元件装载并且定位在装配站5、6中，从而保证高精度的装载和装配过程。也就是说，根据本发明实施例的自动装配系统能够根据待装配的元件的装配特征(例如装配精度等)自适应地选择不同的装配路径，视觉系统4不必应用于所有元件的装载和装配过程，在保证装配精度的同时还优化了装配流程，节省了装配时间。

优选地，机器人1为六轴机器人，如图2所示。该六轴机器人能够根据视觉系统4精确地识别的机械手保持的元件的位置和方向自适应地调整待装配元件的装配轨迹，下文将详细描述这一过程。

作为一个示例，图3示出了应用于本发明的机器人的机械手的立体示意图。在图示的示例中，该机械手为机械夹爪。需要说明的是，虽然本文中使用“机械手”来描述保持待装配的元件的装置，但是本 文中的“机械手”不限于使用机械驱动装置来“手”形装置，而是包括可以实现保持待装配的元件功能的各种装置，例如，其不一定为包括多个手指的“手”形，其还可以使用电动、气动或其它类型的驱动装置。例如，机械手2的数量可以为两个，其中一个为气动手爪，另一个为气动吸盘，以分别抓取或保持不同形状、类型的元件。

进一步地，机器人1还可以具有快换装置，机械手2通过快换装置连接至机器人主体上。这样，根据不同的待装配的元件，机器人1可以装配不同的机械手2。通过该快换装置，机器人1可以快速地在各种不同的机械手2之间进行更换或切换，以保持不同的元件。

返回参见图1，在该实施例中，包括两个装配站——第一装配站5和第二装配站6。在示例性的实施例中，在第一装配站5中装配形成子组件，在第二装配站6中装配所述子组件和剩余的元件以形成最终的装配好的部件。但是，本发明不限制装配站的数量，在其它实施例中，自动装配系统可以包括1个、3个、4个或更多个装配站。

在一些实施例中，第一装配站5和/或第二装配站6还可以包括附加定位机构(未示出)。该附加定位机构用于在元件在装配站5、6中装配时将所述元件定位和固定在装配站5、6中，从而能够更好地执行装配操作，以进一步确保装配精度。

在一些实施例中，待装配的元件可以直接人工地装载至定位系统3中。在另一些实施例中，自动装配系统还可以包括自动供料系统(未示出)，定位系统3与自动供料系统连接，待装配的元件通过该自动供料系统装载至定位系统3中，从而实现全自动的装配过程。

下面，结合图6示出的流程图，描述根据实施例的自动装配系统执行的自动装配方法。如图6所示，该自动装配方法可以包括如下步骤：

s10、将待装配的元件装载至定位系统3中，以对待装配的元件进行粗定位；

s20、机器人1从定位系统3中抓取或装载经粗定位的待装配的元件；

s30、确定待装配的元件的装配特征；

s40、将确定出的所述装配特征与预定的多个装配等级进行比较；

s50、当所述装配特征满足第一装配等级时，机器人1选择第一装配路线对所述待装配的元件进行装配；当所述装配特征满足第二装配等级时，机器人1选择不同于所述第一装配路线的第二装配路线对所述待装配的元件进行装配。

具体地，在上述步骤s50中，机器人选择第一装配路线对所述待装配的元件进行装配的步骤包括：机器人1直接将经粗定位的待装配的元件运输并且装载至装配站5、6中，然后在装配站5、6中执行装配操作。机器人选择第二装配路线对所述待装配的元件进行装配的步骤包括：经粗定位的待装配部件被机器人1运输至视觉系统4，通过该视觉系统4精确地识别由所述机器人1保持的待装配的元件的位置和方向；在所述视觉系统4的引导下，待装配的元件被运输并且精确定位在装配站5、6中，然后在装配站5、6中执行装配操作。

优选地，机器人1为六轴机器人(如图2所示)，所述自动装配方法还包括如下步骤：根据所述视觉系统4精确地识别的机器人1保持的元件的位置和方向，所述六轴机器人自适应地调整待装配的元件的装配轨迹。更优选地，所述六轴机器人自适应地调整待装配的元件的装配轨迹的步骤包括：所述六轴机器人调整待装配的元件相对于水平面或竖直面的方向，以使待装配的元件以相对于水平面或竖直面成预定倾斜角度的方式装配至预先定位在装配站5、6中的另一元件上。在一个实施例中，该倾斜角度为15°。

下面，将以光纤连接器的联笼为示例说明上述自动装配方法。

图4、5示出了光纤连接器的联笼的立体示意图，其包括底盖31、分隔片32、顶盖33和抵抗弹簧(kick-outspring)34，其中，底盖31、分隔片32、顶盖33均为典型的金属薄片元件。在一个示例中，底盖31、分隔片32、顶盖33的厚度均小于0.25mm。当然，在其它实施例中，底盖31、分隔片32、顶盖33的厚度也可以大于或等于0.25mm。本领域技术人员应理解，本发明不局限于特定的厚度。

该联笼的装配流程如下：将多个分隔片32装配至底盖31上，以形成子组件，然后依次将抵抗弹簧34和顶盖33装配至该子组件上，以形成装配好的联笼。

具体地，首先，自动供料模块将底盖31装载至定位系统3中，以对底盖31进行粗定位。

然后，机器人1使用气动吸盘从定位系统3中吸取底盖31。由于该底盖31所要求的装配精度较高，所以机器人1在视觉系统4的精确引导下自适应地将底盖31装载至并且定位在第一装配站5中。

接着，机器人1使用气动手爪从定位系统3中抓取分隔片32。在底盖31较好地定位且限制在第一装配站5中的情况下，机器人1在视觉系统4的精确引导下自适应地将分隔片32运输至第一装配站5中，并且在视觉系统4的精确引导下将分隔片32装配至底盖31上，以在第一装配站5中形成子组件。

然后，该子组件被传输并且装载至第二装配站6中，第二装配站6包括附加定位机构，以将被装载至第二装配站6中的子组件较好地定位且限制在第二装配站6中。

接着，机器人使用气动手爪从定位系统3中抓取抵抗弹簧34。在所述子组件较好地定位且限制在第二装配站6中的情况下，机器人1在视觉系统4的精确引导下自适应地将抵抗弹簧34运输至第二装配站6中，并且在视觉系统4的精确引导下将抵抗弹簧34装配至子组件上。

然后，机器人使用气动吸盘从定位系统3中吸取顶盖33。在所述子组件较好地定位且限制在第二装配站6中的情况下，机器人1在视觉系统4的精确引导下自适应地将顶盖33运输至第二装配站6中，并且在视觉系统4的精确引导下将顶盖33装配至子组件上，以形成装配好的联笼。

上面以图2和3所示的联笼部件为示例描述了根据本发明实施例的自动装配方法。由上面的描述可知，该基于机器人的自动装配系统和自动装配方法可以根据待装配的元件的不同类型、不同装配要求等 进行自适应的调整，也就是说，它是一种柔性装配系统，可以被用来覆盖大量的定制化的金属薄片类产品。例如，该基于机器人的自动装配系统和自动装配方法可以覆盖1×2、1×4、1×6等各种联笼部件的装配。而且，上述实施例仅以联笼部件为示例对根据本发明实施例的自动装配方法进行说明，根据本发明实施例的自动装配系统和自动装配方法还可以用于其它类型的部件的装配。

此外，当机器人1在第一装配站5或第二装配站6中执行自动装配操作时，机器人1能够根据需要与装配站5、6中的定位机构进行交互，以便于机器人1装配元件。并且，机器人1还可以与该定位机构相互配合，以便于机器人1装配元件。

由于该基于机器人的自动装配系统的柔性和多功能性，其可以用来执行非常复杂的装配工艺，例如可以命令机器人跟随复杂的机器人装配路径来模仿人工装配操作，并且还可以命令机器人跟随一些机器人装配路径来进行甚至操作人员都无法执行的装配操作。

此外，该基于机器人的自动装配系统在装配时将导致更少的元件变形和/或划伤、刮擦等，甚至不会导致元件变形和/或划伤、刮擦等。

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。

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。