一种变速箱自动装配机器人及装配方法

摘要

本发明涉及变速箱组装领域，提供了一种变速箱自动装配机器人，包括控制单元、机械手和视觉定位单元，视觉定位单位安装在机械手上可以随机械手移动，用于获取壳体和壳盖的位置信息，控制单元通过视觉定位单位反馈的信息进行坐标换算，计算机械手所要移动的距离，进而实现壳体和壳盖位置的精准对应，机械手可夹取壳盖做平移、旋转和翻转运动，使壳盖开口正对壳体，以进行下一步的组装。利用上述机器人装配时，选取壳盖上的两个螺纹孔作为基准位置，计算出壳盖翻转180度后壳盖上对应壳体圆轴的轴承中心坐标，与壳体内的两个圆轴中心坐标作对比，得出机械手需要偏移的距离，整个装配过程操作简单、装配精度高。

说明书

技术领域

本发明涉及变速箱组装领域，具体为一种变速箱自动装配机器人及装配方法。

背景技术

变速箱是车辆上十分重要的部件，它用于改变原动机的传动转速及传动方向。变速箱的装配不仅影响变速箱的制造成本，而且决定变速箱的最终质量。变速箱通常由箱壳和若干齿轮对组成，其中箱壳包括壳体和壳盖，在组装过程中，将齿轮对安装在壳体内后需要完成壳体和壳盖的组装，目前对于装配箱的装配工作主要是通过人工进行完成，装配效率低，无法实现标准化作业。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现变速壳体和壳盖自动装配的变速箱自动装配机器人及装配方法，操作简单、装配精度高，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：

一种变速箱自动装配机器人，包括控制单元、机械手和视觉定位单元，视觉定位单位安装在机械手上，用于获取壳体和壳盖的位置信息，控制单元通过视觉定位单位反馈的信息进行坐标换算，计算机械手所要移动的距离，机械手的末端安装有C型夹具，所述C型夹具包括C型底座，所述底座通过连接转台与机械手末端连接，底座的两端分别安装水平设置的翻转转台和压紧转台，翻转转台用于实现壳盖的翻转，压紧转台用于配合翻转转台夹持壳盖，翻转转台与压紧转台相对面均设计有定位桩，其中翻转转台的定位桩与谐波减速电机连接，压紧转台的定位桩与气缸连接，C型夹具夹紧箱盖时，所述定位桩与箱盖侧面设置的孔位相契合。

具体的，所述视觉定位单元包括摄像头和环形光源，环形光源位于摄像头正下方且距离相对固定，所述摄像头和环形光源在机械手上的位置能够进行上下调节。

本发明还包括一种利用上述变速箱自动装配机器人进行变速箱自动装配的方法，具体包括以下步骤：

(1)获取壳盖的初始位置：机械手带动视觉定位单元观察固定在托盘上的开口向上的壳盖，分两次获取壳体的两个螺丝孔的坐标分别为A1、A2，控制单元根据壳体的3D图纸推算壳体内部两个轴承中心的坐标C1、C2；

(2)获取壳体的初始位置：机械手带动视觉定位单元观察固定在托盘上的开口向上的壳体初始位置，得到壳体的两个圆轴轴心的坐标分别为B1、B2。

(3)推算壳盖需移动的距离：根据C1、C2推算翻转180度后的壳盖的轴承中心坐标D1、D2，然后比较D1、D2和B1、B2是否自洽，如果自洽，得出机械手移动的距离，完成壳盖的抓取、上升和翻转，然后移动到壳体的正上方，完成装配落下工作，如果不自洽，控制单元发出警报；

(4)装配检测：装配完成后，根据B1、B2和壳体的3D图纸推算壳体对应壳盖上的两个螺纹孔的坐标E1、E2，装配完成后，视觉定位单元检测壳盖上的两个螺纹孔坐标F1、F2是否与E1、E2一致，若两者的误差小于误差预制，则表明壳盖已经安装到位，否则发出非正常警报。判断其是否在指定位置，进行装配后的检查工作，若不在指定位置，控制单元发出警报；

步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)中，视觉定位单元中的摄像头拍摄时，机械手带动摄像头移动到正对检测特征中心位置，摄像头与壳盖表面距离保持在约220mmm，此时光源距离壳盖表面约100mm。

步骤(3)中壳盖移动到壳体正上方时，所述C型夹具的连接转台轴线与变速箱输出轴线重合。

通过上述技术方案得到的一种变速箱自动装配机器人及方法，其有益效果是：

1、通过视觉定位单元分别对壳盖和壳体进行定位，然后通过带有可翻转夹具的机械手完成壳盖的转移和翻转，最终实现装配落下工作，提高了装配效率；

2、C型夹具上设置与壳盖侧边孔位契合的定位桩，可以限制壳盖顶面与C型夹具的距离，保证翻转的顺利进行，同时避免翻转过程中产生位移变化，影响装配精度；

3、通过对基准位置的选取，可以快速排查装配过程中出现问题的原因，提高问题解决效率：分别选取壳盖上的两个不同位置的螺纹孔和壳体上的圆轴中心作为基准位置，然后通过计算得出壳盖翻转后壳盖上对应壳体圆轴的轴承中心的坐标，通过判断轴承中心的坐标与壳体圆轴中心的坐标是否自洽，若自洽，说明壳盖和壳体没有发生角度偏移，操纵机械手使壳盖移动到壳体正上方，否则说明壳体、壳盖发生了相对角度偏移，需对运送壳体和壳盖的流水线进行人工干涉；壳盖移动到壳体正上方后，若壳体圆轴中心并没有对准轴承中心，说明壳盖加工时误差过大，轴承中心与壳盖上的螺纹孔之间的距离与图纸不符；装配完成后，若根据圆轴中心推算的壳体对应壳盖上的两个螺纹孔的坐标与壳盖上的实际的两个螺纹孔坐标不一致，则说明壳盖加工时误差过大；

4、壳盖移动到壳体正上方时，所述C型夹具的连接转台轴线与变速箱输出轴线重合，降低了编程难度。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书变得显而易见，或者通过实施本申请而了解，本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

图1为本申请中提出的一种变速箱自动装配机器人的结构示意图。

图中：1、机械手；11、底座；12、连接转台；13、翻转转台；14、压紧转台。

具体实施方式

为方便向壳体和壳盖内装配零件，变速箱壳体和壳盖初始时的状态都是开口向上的并分别固定在不同流水线的托盘上，壳体和壳盖由于托盘位置固定，初始位置不会有太大变化，唯一能够导致初始位置变动的是托盘在流水线上的运动定位不精准引起的(默认壳体和壳盖都处于摆正状态，不产生水平歪斜)，因此在自动装配过程中需要对壳体和壳盖的位置进行精确定位，以保证自动装配顺利进行，本发明提供一种适用于双轴变速箱的变速箱自动装配机器人，包括控制单元、机械手和视觉定位单元，视觉定位单位安装在机械手上可以随机械手移动，用于获取壳体和壳盖的位置信息，控制单元通过视觉定位单位反馈的信息进行坐标换算，计算机械手所要移动的距离，进而实现壳体和壳盖位置的精准对应，机械手可夹取壳盖做平移、旋转和翻转运动，使壳盖开口向下。

下面将结合附图和实施例对技术方案进行清楚、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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种变速箱自动装配机器人，包括机械手1、控制单元和视觉定位单元，机械手的末端安装有C型夹具，C型夹具能够带动壳盖做180度翻转，使壳盖由开口向上翻转至开口向下。

具体的，所述C型夹具包括C型底座11，所述底座11通过连接转台12与机械手末端连接，底座11的两端分别安装水平设置的翻转转台13和压紧转台14，翻转转台13用于实现壳盖的翻转，压紧转台14用于配合翻转转台夹持壳盖。翻转转台13与压紧转台14相对面均设计有柱形定位桩，其中翻转转台13的定位桩与谐波减速电机连接，压紧转台14的定位桩与气缸连接，C型夹具夹紧箱盖时，所述定位桩与箱盖侧面设置的孔位相契合，通过箱盖侧面的孔位可以限制箱盖与夹具顶部之间的距离，为后续壳盖的翻转做好准备，同时避免箱盖旋转过程中产生位置偏移。

整个机械手安装在底座上，所述底座带有重载脚轮，既可以推动，也可以吊装，适用于不同的工作环境中，整套机械手的重量应超过500～1000KG，以免发生重心失衡的情况。

所述视觉定位单元包括摄像头和环形光源，环形光源位于摄像头正下方且距离相对固定，所述摄像头和环形光源在机械手上的位置可进行上下调节，其中一种实施方式中，摄像头和环形光源通过支架安装在机械手的竖向导轨上。

采用上述变速箱自动装配机器人进行变速箱装配时，具体包括以下步骤：

1、机械手带动视觉定位单元观察固定在托盘上的开口向上的壳盖，以壳盖上两个不同位置的螺丝孔作为基准位置，使视觉定位单元中的摄像头正对螺丝孔，获取壳盖的初始位置。

2、机械手带动视觉定位单元观察固定在托盘上的开口向上的壳体初始位置，以壳体顶部的两个圆轴(输入轴和输出轴)为基准位置，获取壳体的初始位置。

3、将以上两组坐标结合机械手位置，完成壳盖的抓取、上升和翻转，然后移动到壳体的正上方，完成装配落下工作。

4、装配完成后，机械手带动视觉定位单元检测壳盖特定位置的螺丝孔(既可以是步骤1中的螺丝孔，也可以是壳盖上其他位置的螺丝孔)，判断其是否在指定位置，进行装配后的检查工作，若不在指定位置，控制单元发出警报。

步骤1中，假设视觉定位单元得到壳体的两个螺丝孔的坐标分别为A1、A2，控制单元根据壳体的3D图纸推算壳体内部两个轴承中心(分别对应输入轴和输出轴)的坐标C1、C2。

步骤2中，假设视觉定位单元得到壳体顶部的两个圆轴轴心的坐标分别为B1、B2。

步骤3中，根据C1、C2推算翻转180度后的壳盖的轴承中心坐标D1、D2，然后比较D1、D2和B1、B2是否自洽(即D1至B1，D2至B2的坐标偏差是否相同，如果相同，可以根据坐标偏差将壳盖平移至壳体上方，进行正常装配，如果不同，则表明壳盖、壳体初始的相对位置不同，壳盖需产生额外旋转运动，此种情况下，控制单元发出警报，需要人工干预)。

步骤4中，根据B1、B2和壳体的3D图纸推算壳体对应壳盖上的螺纹孔的坐标E1、E2，装配完成后，视觉定位单元检测壳盖上的两个螺纹孔坐标F1、F2是否与E1、E2一致，若两者的误差小于误差预制，则表明壳盖已经安装到位，否则发出非正常警报。

检测过程中，视觉定位单元中的摄像头拍摄时机械手带动摄像头移动到正对检测特征中心位置，摄像头与壳盖表面距离保持在约220mmm，此时光源距离壳盖表面约100mm。

由于变速箱体积较大，要求精度较高，因此视觉定位单元在定位过程中要求视野范围小，具体的，一般将摄像头的视野范围限制在50mm*37.5mm，定位过程中，分两次拍照定位壳盖两个特征点，然后再两次拍照定位壳体两个圆轴轴心。

同时，需要注意的是，由于视野范围较小，机械手带动视觉定位单元的移动范围不能超过检测的视野范围，同时在检测过程中要保证壳体和壳盖不能有振动；检测过程中不能有外界光干扰，需要进行遮光处理。

为了提高定位精度和简化机械手程序的编制，壳盖移动到壳体正上方时(壳体的圆轴中心与壳盖的轴承中心对应)，所述C型夹具的连接转台轴线与变速箱输出轴线重合。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。