[发明专利]基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于工业机器人的发动机活塞、活塞销和连杆装配方法及装置。

背景技术

发动机作为汽车的“心脏”，其制造技术是整车制造技术的集中体现。能否保证发动机具有良好的性能，实现可靠地运转，很大程度上取决于发动机制造过程的最后工序-装配。发动机装配线可在节约成本的前提下，通过合理的工艺规程、正确的操作方法完成产品的组装，以满足生产的需要。柔性化、自动化的生产过程，一方面能够改进产品质量，提高生产效率，另一方面也能够降低工人劳动强度。

工业机器人由于其自动化程度高、灵活性高、安装空间小和可编程控制等优点，已逐步在汽车生产线中获得了应用，例如在车身前后挡板的安装、车灯的安装、汽车电池的安装、座椅的安装，总装线、发动机缸体、缸盖机加工生产线上零件的搬运等工序中，工业机器人都能完成多项作业任务。

基于工业机器人的销-孔装配技术备受关注，美国专利US 7340323公开了一种应用于轴-孔装配的装置和方法，提出了基于力反馈的工业机器人轴孔装配。文献“A modular approach for solving the peg-in-holeproblem with a multifingered gripper”(K.Kleimann，D.M.Bettenhausen and M.Seitz，ICRA，1995：p.758-763)“An AssemblyProcess Modeling and Analysis for Robotic Multiple Peg-in-hole”(Y.Q.Fei and X.F.Zhao，Journal of Intelligent and RoboticSystems，2003(36)：175-189)，“位置、力反馈和视觉融合控制的机器人轴孔装配”(席文明，颜景平，罗祥，制造业自动化，2001(5)：43-47)等都报道了基于工业机器人的轴孔装配技术，但都集中在基于力传感器反馈信息去控制工业机器人末端的运动，将轴逐步插入到孔中的控制方法上。

现有的技术的工业机器人轴孔装配系统中，只实现了将轴装入到固定放置的物体上的圆孔中。然而，发动机活塞、活塞销和连杆装配中，需要将活塞销同时装入到圆形活塞上的圆孔中和连杆的圆孔中。目前，在发动机装配线上，这项工序仍然依靠人工完成。

因而，如何采用工业机器人和气动手爪自动抓取活塞和连杆放置到智能夹具中，将活塞销装入到活塞销和连杆的孔中，能够改进产品质量、提高装配效率、降低成本和劳动强度。

发明内容

为了解决现有发动机活塞、活塞销和连杆装配系统在装配过程中，效率低，装配的均一性不好，劳动强度大的问题，因而本发明的目的提供一种视觉引导下，智能装配台和工业机器人配合完成的，发动机活塞、活塞销和连杆装配方法及装置。

为达成所述目的，本发明的第一方面是提供一种基于工业机器人的发动机活塞、活塞销和连杆装配装置，该装置包括：工业机器人、视觉摄像头、机械手爪、智能装配台、计算机，其中：在工业机器人的末端上设有视觉摄像头和机械手爪，视觉摄像头识别并定位工作台上放置的活塞、活塞销和连杆；工业机器人的数据端与计算机的数据端连接；视觉摄像头的视频信号线与计算机的图像处理单元连接；工业机器人根据抓取活塞、活塞销和连杆的位置，控制机械手爪自动抓取活塞、活塞销和连杆并放入到智能装配台中；智能装配台的串行通信接口与计算机连接，智能装配台的控制电路板控制连杆夹具将连杆插入到活塞内，并保证连杆前端的孔与活塞孔中心线对准；工业机器人根据无传感器装配方法将活塞销装配到活塞装配孔中。

为达成所述目的，本发明的第二方面是提供一种基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配装置的基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配方法，该方法包括：

步骤Sa：根据抓取标定算法建立视觉摄像头坐标系与工业机器人坐标系之间的转换关系；

步骤Sb：视觉摄像头采集工作台上的背景图像，在计算机内采用活塞抓取位置选择算法，计算出活塞的抓取位置；

步骤Sc：根据活塞的抓取位置控制机械手爪抓取活塞，并将活塞放置到智能装配平台的活塞夹持座中；

步骤Sd：视觉摄像头采集工作台上的背景图像，在计算机内采用连杆抓取位置选择算法，计算出连杆的抓取位置；

步骤Se：根据连杆的抓取位置，在计算机中规划出工业机器人的抓取作业轨迹控制机械手爪抓取连杆，并将连杆放置到智能装配平台的连杆夹持座中；

步骤Sf：视觉摄像头采集工作台上的背景图像，在计算机内采用活塞销抓取位置选择算法，计算出活塞销的抓取位置；