一种基于机器人视觉的车门锁装配机构及装配方法

摘要

本发明公开了汽车门锁制造技术领域的一种基于机器人视觉的车门锁装配机构及装配方法，包括机架、顶升装置、压紧装置、送料装置、工件定位装置、定位相机、装配机器人、工件夹持装置、PLC控制器和工控机，PLC控制器、工控机与机器人、定位相机之间通过交换机进行以太网通讯，本发明通过设置顶升装置、压紧装置、送料装置、工件定位装置、定位相机、装配机器人、工件夹持装置、PLC控制器和工控机，实现锁体零部件的全自动装配，提高生产效率和装配精度，减少劳动力强度与生产成本，并且本发明的技术方案能够兼容多种型号锁体进行快速切换型号进行装配，缩短了生产节拍。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车门锁制造技术领域，具体为一种基于机器人视觉的车门锁装配机构及装配方法。

背景技术

为满足市场需求，不同客户所需要的汽车门锁类型不同，锁体内部所装配同一零件位置不相同，装配零件也不相同。同时汽车门锁装配精度、装配节拍、产线兼容性直接影响订单交货期及汽车门锁使用寿命。

目前在汽车门锁生产装配过程中为提高装配产品的兼容性，生产线装配工位多为人工装配。而在人工装配中会因繁多的型号易造成人工错装锁体零部件或造成装配位置记忆混乱。所以人工装配很难保证装配的精确度，致使合格率下降，生产节拍延长，同时此种装配形式自动化程度较低，增加了人工劳动强度和生产成本。

基于此，本发明设计了一种基于机器人视觉的车门锁装配机构及装配方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机器人视觉的车门锁装配机构及装配方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于机器人视觉的车门锁装配机构，包括机架、顶升装置、压紧装置、送料装置、工件定位装置、定位相机、装配机器人、工件夹持装置、PLC控制器和工控机，顶升装置、压紧装置、工件定位装置、装配机器人均安装于机架上，且顶升装置位于机架的后侧，压紧装置位于顶升装置的上方，送料装置设置于机架的前侧，工件定位装置位于送料装置和顶升装置之间，且装配机器人设置于工件定位装置上方，装配机器人包括第一装配机器人、第二装配机器人，工件夹持装置包括第一工件夹持装置、第二工件夹持装置，第一工件夹持装置安装于第一装配机器人第四轴末端，第二工件夹持装置安装于第二装配机器人第四轴末端；PLC控制器与装配机器人、送料装置、顶升装置、压紧装置进行电气连接；PLC控制器、工控机与机器人、定位相机之间通过交换机进行以太网通讯。

优选的，顶升装置包括顶升气缸和活塞杆、气缸安装板、顶升板、工装板定位销，气缸安装板安装于机架上，顶升气缸固定于气缸安装板上，且顶升气缸的活塞杆顶端与顶升板相连，工装板定位销安装于顶升板上表面，并连接有工装板。

优选的，压紧装置包括导向板气缸、导向板、定位套、第一压板，导向板气缸通过支架固定于机架上，且前端连接导向板，第一压板设置于导向板的上方，定位套固定于第一压板上且方向向下。

优选的，送料装置包括第一送料仓、第二送料仓、第三送料仓、第一柔性料盘、第二柔性料盘、第三柔性料盘、工控机、送料装置机架，第一送料仓、第二送料仓、第三送料仓、第一柔性料盘、第二柔性料盘、第三柔性料盘均安装于送料装置机架上，并均与工控机进行以太网通讯，第一送料仓、第二送料仓、第三送料仓分别与第一柔性料盘、第二柔性料盘、第三柔性料盘安装在同一直线。

优选的，定位相机包括第一相机、第二相机、第三相机、第四相机、第五相机，第一相机、第二相机、第三相机分别安装于第一柔性料盘、第二柔性料盘、第三柔性料盘正上方，第四相机安装于所示第一装配机器人第三轴末端，第五相机安装于第二柔性料盘与第三柔性料盘之间。

优选的，第一工件夹持装置还包括夹爪、第二压板、夹爪气缸、压板气缸，夹爪气缸安装于第一装配机器人上，且底部与夹爪连接，压板气缸安装于夹爪气缸前侧，底部与第二压板连接，第二工件夹持装置还包括压头、旋转气缸、吸头，吸头和旋转气缸安装于第二装配机器人上，且旋转气缸与压头连接。

优选的，的工件定位装置包括工装台、第六相机、第一导向柱、第二导向柱，工装台安装于机架上，工装台的中心处设有圆形槽口，且第六相机安装于工装台圆形槽口的正下方，第一导向柱、第二导向柱分别安装于工装台两侧。

一种采用基于机器人视觉的车门锁装配机构的装配方法，包括以下步骤：

S1、通过触摸屏选型界面输入产品代码分别选择左、右产品型号，并将指令传送PLC控制器和工控机，由PLC控制器根据产品代码调用汽车门锁产品料号库，并判断第一装配机器人和第二装配机器人调用程序和相机定位调用程序，汽车门锁产品料号库为储存锁体型号信息的信息库，产品代码用于区分不同型号锁体；

S2、检测锁体是否进入工位，进入后并分别检测左、右工件的有无，工件为锁体；

S3、检测到工件进入工位后，PLC控制器将左、右工件有无信号发送至工控机、第一装配机器人和第二装配机器人，同时顶升装置进行顶升动作，压紧装置进行压紧动作完成锁体顶升到位并固定锁体位置；

S4、工控机接收到PLC控制器选型指令后，第一相机、第二相机、第三相机分别拍照并识别对应柔性料盘物料数量，与设定数量进行比较，若小于设定数量将启动送料仓进行送料并启动柔性料盘震动，否则，不启动送料仓直接启动柔性料盘震动；震动完成后由定位相机实现物料识别及位置定位，并将定位数据发送至装配机器人；物料为左内锁止部件、右内锁止部件、连杆部件；

S5、第一装配机器人接收到第一相机、第二相机发送的位置数据后，按设定轨迹移动至定位位置，由第一夹持装置夹紧锁止部件。第一装配机器人夹持内锁止部件后移动至第六相机正上方按设定工具坐标系进行角度计算完成内锁止部件角度调整，然后将内锁止部件移至工件定位装置的导向柱位置，由夹持装置的夹爪气缸执行夹紧动作，压板气缸执行伸出动作将内锁止部件压至导向柱上。内锁止部件包括左内锁止部件、右内锁止部件，导向柱为左导向柱、右导向柱；

S6、第一装配机器人完成S的动作返回至安全位后，第二装配机器人据第三相机发送的定位位置，移动至第三柔性料盘的连杆部件上方。由第二夹持装置的吸头吸附连杆部件表面，并通过旋转气缸动作带动压头旋转压紧连杆部件，然后移至第五相机正上方并将工具坐标系转换为设定的工具坐标系，由第五相机进行计算连杆部件角度，完成设定工具坐标系下的角度调整；完成角度调整后第二装配机器人移至步骤五中内锁止部件放置位置，通过吸头停止吸气和压头反向旋转实现连杆部件装配至内锁止中；

S7、第一装配机器人分别将工件定位装置上的左内锁止与连杆装配后的组合件和右内锁止与连杆装配后的组合部件通过第一夹持装置夹持，然后移至顶升装置的锁体位置。通过第四相机完成左右锁体装配位置定位，并将定位数据发送至第一装配机器人。第一装配机器人移动至定位数据位置完成左、右组合部件分别放置至左、右锁体位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置顶升装置、压紧装置、送料装置、工件定位装置、定位相机、装配机器人、工件夹持装置、PLC控制器和工控机，实现锁体零部件的全自动装配，提高生产效率和装配精度，减少劳动力强度与生产成本，并且本发明的技术方案能够兼容多种型号锁体进行快速切换型号进行装配，缩短了生产节拍。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明压紧装置的局部结构示意图；

图4为本发明工件定位装置的局部结构示意图；

图5为本发明第一夹持装置的局部结构示意图；

图6为本发明第二夹持装置的局部结构示意图；

图7为本发明PLC控制器的控制连接关系示意图；

图8为本发明汽车门锁装配的流程示意图；

图9为本发明机器人装配的流程示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-第一送料仓，2-第二送料仓，3-第三送料仓，4-工控机，5-机架，6-第一相机，7-第二相机，8-第三相机，9-第一装配机器人，10-第二装配机器人，11-第一柔性料盘，12-第二柔性料盘，13-第三柔性料盘，14-第五相机，15-第一工件夹持装置，16-第二工件夹持装置，17-第四相机，18-顶升装置，19-压紧装置，20-工件定位装置，21-导向板气缸，22-导向板，23-定位套，24-第一压板，25-第一导向柱，26-第二导向柱，27-第六相机，28-工装台，29-第二压板，30-夹爪，31-夹爪气缸，32-压板气缸，33-压头，34-旋转气缸，35-吸头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图，本发明提供一种技术方案：

一种基于机器人视觉的车门锁装配机构及装配方法，包括机架5、顶升装置18、压紧装置19、送料装置、工件定位装置20、定位相机、装配机器人、工件夹持装置、PLC控制器和工控机4，顶升装置18、压紧装置19、工件定位装置20、装配机器人均安装于机架5上，且顶升装置18位于机架5的后侧，压紧装置19位于顶升装置18的上方，送料装置设置于机架5的前侧，工件定位装置20位于送料装置和顶升装置18之间，且装配机器人设置于工件定位装置20上方，顶升装置18用于将锁体顶升到位；压紧装置19用于将顶升到位后的锁体压紧固定；送料装置用于汽车门锁锁体所需装配的内锁止部件及连杆部件供料，并实现内锁止部件及连杆部件的视觉定位；工件定位装置20用于固定内锁止部件方向，便于在其上方组装连杆部件；装配机器人包括第一装配机器人9、第二装配机器人10，第一装配机器人9用于装配左、右内锁止部件，第二装配机器人10用于装配连杆部件；定位相机用于实现送料装置送料过程中内锁止及连杆部件定位，并实现第一装配机器人9装配过程中锁体装配位置定位；工件夹持装置包括第一工件夹持装置15、第二工件夹持装置16，第一工件夹持装置15安装于第一装配机器人9第四轴末端，用于夹持内锁止部件，第二工件夹持装置16安装于第二装配机器人10第四轴末端，用于夹持连杆部件；PLC控制器与装配机器人、送料装置、顶升装置18、压紧装置19进行电气连接；PLC控制器、工控机4与机器人、定位相机之间通过交换机进行以太网通讯。

顶升装置18包括顶升气缸和活塞杆、气缸安装板、顶升板、工装板定位销，气缸安装板安装于机架上，顶升气缸固定于气缸安装板上，且顶升气缸的活塞杆顶端与顶升板相连，工装板定位销安装于顶升板上表面，并连接有工装板，顶升板在顶升气缸的带动下实现顶升板的升降运动，以实现工装板定位和升降，完成锁体顶升到位。

压紧装置19包括导向板气缸21、导向板22、定位套23、第一压板24，导向板气缸21通过支架固定于机架5上，且前端连接导向板22，由气缸驱动伸出导向板22以此横向固定锁体，第一压板24设置于导向板22的上方，定位套23固定于第一压板24上且方向向下，由顶升装置18顶升工装板后，将锁体固定于定位套23中实现纵向固定。

送料装置包括第一送料仓1、第二送料仓2、第三送料仓3、第一柔性料盘11、第二柔性料盘12、第三柔性料盘13、工控机4、送料装置机架，第一送料仓1、第二送料仓2、第三送料仓3、第一柔性料盘11、第二柔性料盘12、第三柔性料盘13均安装于送料装置机架上，并均与工控机4进行以太网通讯，第一送料仓1、第二送料仓2、第三送料仓3分别与第一柔性料盘11、第二柔性料盘12、第三柔性料盘13安装在同一直线，第一送料仓1用于存储左内锁止部件，并通过自身震动将左内锁止部件送至第一柔性料盘11；第二送料仓2用于存储右内锁止部件，并通过自身震动将右内锁止部件送至第二柔性料盘12；第三送料仓3用于存储连杆部件，并通过自身震动将连杆部件送至第三柔性料盘13；第一柔性料盘11、第二柔性料盘12、第三柔性料盘13分别按设定的控制策略震动，完成各零部件在柔性料盘中分布均匀且不重叠，便于定位相机进行定位。

定位相机包括第一相机6、第二相机7、第三相机8、第四相机17、第五相机14，第一相机6、第二相机7、第三相机8分别安装于第一柔性料盘11、第二柔性料盘12、第三柔性料盘13正上方，用于实现左、右内锁止部件、连杆部件位置定位并经过工控机4将定位坐标发送至第一装配机器人9、第二装配机器人10；第四相机17安装于所示第一装配机器人9第三轴末端，用于实现左、右内锁止部件在锁体内装配位置的定位；第五相机14安装于第二柔性料盘12与第三柔性料盘13之间，用于实现连杆部件角度计算并将计算结果反馈至第二装配机器人10。

第一工件夹持装置15还包括夹爪30、第二压板29、夹爪气缸31、压板气缸32，夹爪气缸31安装于第一装配机器人9上，且底部与夹爪30连接，压板气缸32安装于夹爪气缸31前侧，底部与第二压板29连接，通过夹爪气缸31运动带动夹爪30运动夹持内锁止部件，压板气缸32运动带动第二压板29运动将内锁止部件下压，实现将内锁止部件压出；第二工件夹持装置16还包括压头33、旋转气缸34、吸头35，吸头35和旋转气缸34安装于第二装配机器人10上，且旋转气缸34与压头33连接，通过吸头35形成负压将连杆部件吸住，并通过旋转气缸34带动压头33旋转实现连杆部件的夹持。

的工件定位装置20包括工装台28、第六相机27、第一导向柱25、第二导向柱26，工装台28安装于机架5上，工装台28的中心处设有圆形槽口，且第六相机27安装于工装台28圆形槽口的正下方，对第一装配机器人9夹持的内锁止部件进行拍照，计算当前角度与目标角度的差值，并将差值反馈至第一装配机器人9进行角度调整，实现内锁止部件中安装孔与第一导向柱25及第二导向柱26对正，第一导向柱25、第二导向柱26分别安装于工装台28两侧，用于实现汽车内锁止部件的定位固定。

一种采用基于机器人视觉的车门锁装配机构的装配方法，包括以下步骤：

S1、通过触摸屏选型界面输入产品代码分别选择左、右产品型号，并将指令传送PLC控制器和工控机4，由PLC控制器根据产品代码调用汽车门锁产品料号库，并判断第一装配机器人9和第二装配机器人10调用程序和相机定位调用程序，汽车门锁产品料号库为储存锁体型号信息的信息库，产品代码用于区分不同型号锁体；

S2、检测锁体是否进入工位，进入后并分别检测左、右工件的有无，工件为锁体；

S3、检测到工件进入工位后，PLC控制器将左、右工件有无信号发送至工控机4、第一装配机器人9和第二装配机器人10，同时顶升装置18进行顶升动作，压紧装置19进行压紧动作完成锁体顶升到位并固定锁体位置；

S4、工控机4接收到PLC控制器选型指令后，第一相机6、第二相机7、第三相机7分别拍照并识别对应柔性料盘物料数量，与设定数量进行比较，若小于设定数量将启动送料仓进行送料并启动柔性料盘震动，否则，不启动送料仓直接启动柔性料盘震动；震动完成后由定位相机实现物料识别及位置定位，并将定位数据发送至装配机器人；物料为左内锁止部件、右内锁止部件、连杆部件；

S5、第一装配机器人9接收到第一相机6、第二相机7发送的位置数据后，按设定轨迹移动至定位位置，由第一夹持装置夹紧锁止部件。第一装配机器人9夹持内锁止部件后移动至第六相机27正上方按设定工具坐标系进行角度计算完成内锁止部件角度调整，然后将内锁止部件移至工件定位装置20的导向柱位置，由夹持装置的夹爪气缸31执行夹紧动作，压板气缸32执行伸出动作将内锁止部件压至导向柱上。内锁止部件包括左内锁止部件、右内锁止部件，导向柱为左导向柱、右导向柱；

S6、第一装配机器人9完成S5的动作返回至安全位后，第二装配机器人10据第三相机7发送的定位位置，移动至第三柔性料盘的连杆部件上方。由第二夹持装置的吸头35吸附连杆部件表面，并通过旋转气缸34动作带动压头33旋转压紧连杆部件，然后移至第五相机14正上方并将工具坐标系转换为设定的工具坐标系，由第五相机14进行计算连杆部件角度，完成设定工具坐标系下的角度调整；完成角度调整后第二装配机器人10移至步骤五中内锁止部件放置位置，通过吸头35停止吸气和压头33反向旋转实现连杆部件装配至内锁止中；

S7、第一装配机器人9分别将工件定位装置20上的左内锁止与连杆装配后的组合件和右内锁止与连杆装配后的组合部件通过第一夹持装置夹持，然后移至顶升装置18的锁体位置。通过第四相机17完成左右锁体装配位置定位，并将定位数据发送至第一装配机器人9。第一装配机器人9移动至定位数据位置完成左、右组合部件分别放置至左、右锁体位置。

本申请中的PLC控制系统的设计：整个系统选用欧姆龙NJ系列可编程控制器作为整个控制系统的控制核心，主要由欧姆龙NB触摸屏、直流电源、滤波器、交换机、数字量输入输出模块、传感器、相机、柔性料盘、机器人等组成。将所需的各传感器输入信号、输出信号与PLC相连，将PLC控制器、相机、柔性料盘、机器人分别连接至交换机进行通讯实现数据交互，PLC可以读取触摸屏中的信息，也可以将信息传送给机器人及定位相机工控机。其中由PLC进行触发相机拍照和柔性料盘震动，并且相机拍照定位数据将通过工控机发送至机器人。

PLC输出端与控制元件、或机器人外部I/O板中输入端连接。在硬件电气连接、设备互相通讯完成后进行程序开发，包括配方程序、自动程序、手动程序、报警程序、初始化程序。

1、配方程序设计：用于装配不同型号锁体数据记录，并将数据传递至各工位实现工位设备执行对应动作。包括汽车门锁检测功能设计、汽车门锁产品料号库设计。汽车门锁检测功能设计，主要储存各工位不同型号锁体执行功能，进行各工位选型，实现选型功能传递至PLC控制系统完成不同型号功能快速切换；汽车门锁产品料号库设计，用于存储不同型号锁体名称、客户料号、选型编号、锁体功能、工站执行参数等数据信息。

2、自动程序设计：按照如图7所示流程完成各流程动作。

3、手动模式设计：进行NB触摸屏开发以按钮的形式进行显示，点击按钮将执行相应动作。

4、报警程序设计：包括设备故障，动作超时、视觉检测报警、机器人动作报警等，为报警信息进行编码，当报警时触发PLC相应程序并发送对应编码，将报警信息显示在触摸屏上。

5、初始化程序设计：PLC存储区变量进行初始化，设备气缸复位，机器人回至安全位等。

本申请中的机器人及视觉系统设计：将机器人I/O板上的输入端与PLC输出端、机器人I/O板上输出端与PLC输入端相连，机器人与相机、柔性料盘进行以太网通讯。机器人程序中配置输入输出参数，开发机器人的初始化程序、主程序、例行程序、视觉程序、报警程序。

1、初始化程序：进行机器人内部储存数据和输入输出参数、机器人速度等进行初始化。

2、主程序：进行接收型号编码并调用对应例行程序、调用不同视觉程序、跳出主程序判断。

3、例行程序：用于接收视觉程序结果执行视觉程序结果，执行对应不同型号锁体的轨迹动作。

4、视觉程序：用于柔性料盘中物料识别定位，并将定位数据发送至机器人相应存储区，实现机器人相应动作的调整和精准装配。

5、报警程序：用于机器人及视觉程序出现错误跳出主程序，机器人直至动作并输出报警信号，由PLC接收报警信号触发报警。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。