[发明专利]通过力觉控制实现精准装配的自动双头插线装置及方法

说明书

本发明公开了一种通过力觉控制实现精准装配的自动双头插线装置及方法，装置包括多轴联动机器人、装有力传感器的夹线机构、连接器安装架、运动平台以及安装在运动平台上的插线辅助机构。本发明通过插线辅助机构实现了插线前端子轴向姿态的调整，通过插线辅助机构的引导作用降低线缆端子与连接器的接线孔对准的精度要求，通过力传感器采集力反馈信息以便实现线缆端子入孔后到插紧阶段的精细调整，可完成一根线缆从取线，插入其中一端、布线和插入另一端的整个过程，实现了插线操作全程自动化、智能化，并且比传统的人工插线具有更高的效率和稳定性。

技术领域

本发明涉及线缆装配技术领域，特别是一种通过力觉控制实现精准装配的自动双头插线装置及方法。

背景技术

在线缆装配的过程中，有很大一部分的工程量是将控制器各种线缆插入控制电路板上对应的连接器内，以便实现对如电梯等设备的控制。传统的配线工序是通过人工完成的，工人需要将布线板安装在指定的架子上，根据设计好的电气连接图将线缆逐一插入相应的连接器并按规定的线路布线。这种人工操作的方法，完全依赖于工人插线的熟练程度。效率低下，劳动强度高，而且很可能由于工人的疏忽导致插线错误，不符合当今企业发展对工业智能化的要求。如果可以用自动化设备代替人工插线，将会大大提高企业生产的效率，提高装配的精度。

目前，国内外已经开展了一系列机器人自动配线方法的研究。于飞等首次提出了机器人自动插柔性细导线端子的方法，他们将力学传感器技术与视觉检测技术结合，实现了插线前端子轴向角度的调整与插线完成的检测。但是该技术没有考虑到柔性端子存在与连接器孔对准困难的问题，仅仅通过示教手段完成插线，一旦连接器位置发生变化就会导致插线失败。而且该方案夹线夹爪尺寸庞大，设计复杂，实际的电路布线板通常没有这么大的布线空间，夹爪容易与布线板发生干涉。刘志伟等研究的一种电子插接件插线定位装置，提出了可以用电控小车控制连接器靠近待插线缆，但是该方案需要手动将线缆放置到插线装置上，自动化程度较低。还有竹内匡弘等设计的自动插线装置，通过传感器的初始定位和CCD拍摄线材端面轮廓进行位置补正将线缆插接到预定位置的连接器上，但该设计只能完成线缆的单头插线，而且要求线缆端子摆放在较为合适的初始位置。

国外在配线领域的研究主要涉及这些方向，一是光纤线缆的自动配线。如以色列FIBERZONE公司研发的自动插线设备AFM，它通过独特的双层棋盘格设计，可以实现任意线路的快速换接，而且线缆之间不会发生缠绕。但是该设计需要定制专门的连接器转接口，制作成本高，而且不利于线路的重新设计。二是将线缆的裁剪、剥线和接线一体化的配线设备。如意大利SYSTEMROBOT公司设计的自动布线系统，它的机器人末端由线缆存储盒、送线机构和剥线切线机构组成，结构紧凑，插线效率高。但是该设计主要适用于照明电路等通过线芯与连接器插接的场景，无法适应复杂端子与连接器孔在轴向角度与位置的高精度要求。还有一部分研究是通过视觉和力学算法的结合来满足插线的精度，如Brad Hammer设计的一种移动操作手，但这些算法还是把插线过程归结到简单的柔性线缆轴孔装配问题上，与实际的配线过程仍存在着较大差距。

综上，虽然国内外针对线缆装配问题设计了一系列自动化设备，但是大多数设备都存在尺寸庞大或者精度不足等问题。对于电梯等设备配线领域，柔性线缆端子在电路板上的双头插线和布线这一技术问题，尚无实际解决方案。

发明内容

本发明的第一目的在于解决现有技术的不足，提出一种通过力觉控制实现精准装配的自动双头插线装置，可以完成一根线缆从取线、插入线缆其中一端、布线和插入线缆的另一端的全过程，能够满足工厂生产的自动化要求。

本发明的第二目的在于提出一种通过力觉控制实现精准装配的自动双头插线方法。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种通过力觉控制实现精准装配的自动双头插线装置，包括上位控制系统、多轴联动机器人、夹线机构、连接器安装架、运动平台和插线辅助机构，多轴联动机器人、含有力传感器的夹线机构、运动平台和插线辅助机构分别连接上位控制系统，并由上位控制系统控制；连接器安装架相邻于运动平台，连接器安装架设有待插线的连接器；