基于工業(yè)機(jī)器人的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、缸體裝配系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于工業(yè)機(jī)器人的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、缸體裝配系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車(chē)提供動(dòng)力的重要部件，是汽車(chē)的心臟。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)直接決定了汽車(chē)的安全性能，穩(wěn)定性能，動(dòng)力性能。在工業(yè)化生產(chǎn)中，活塞和缸體的裝配是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要也是操作繁瑣的一環(huán)。如果使用合理的裝配方法，高效的操作方式，不僅能夠提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，還能夠減少工人的工作量，節(jié)約裝配成本。
[0003]隨著機(jī)器人的快速發(fā)展，特別是工業(yè)機(jī)器人，得到了廣泛的應(yīng)用。特別是在汽車(chē)生產(chǎn)行業(yè)，工業(yè)機(jī)器人以其高穩(wěn)定性，高靈活性，高精確性備受青睞，現(xiàn)已在噴漆，焊接，搬運(yùn)，安裝等生產(chǎn)線上得到了大規(guī)模的使用。雖然如此，工業(yè)機(jī)器人在汽車(chē)生產(chǎn)行業(yè)仍具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br>[0004]汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體自動(dòng)化裝配過(guò)程越來(lái)越受到重視，在我國(guó)專(zhuān)利CN101913076中提到了一種基于工業(yè)機(jī)器人的活塞、活塞銷(xiāo)和連桿裝配方法以及裝置。此專(zhuān)利只是涉及到連桿和活塞的裝配過(guò)程，但是未提及活塞和缸體裝配這一重要的裝配環(huán)節(jié)，如果將這兩個(gè)過(guò)程連貫起來(lái)，將會(huì)極大的提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的提供了一種基于工業(yè)機(jī)器人的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、缸體裝配系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種基于工業(yè)機(jī)器人的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、缸體裝配系統(tǒng)，包括機(jī)器人、相機(jī)、機(jī)械手爪、缸體組合裝置、計(jì)算機(jī)模塊、活塞；
[0007]所述多個(gè)已裝配完成的活塞并排放置在鐵架平臺(tái)上；
[0008]所述機(jī)械手爪安裝在機(jī)器人末端，用于抓取活塞、夾緊活塞環(huán)，對(duì)活塞進(jìn)行裝配；
[0009]所述相機(jī)安裝在機(jī)器人的手臂前端，用于識(shí)別定位活塞和缸體組合裝置上的缸體；
[0010]所述計(jì)算機(jī)模塊通過(guò)信號(hào)線分別與機(jī)器人、相機(jī)、機(jī)械手爪、缸體組合裝置連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和控制信號(hào)的傳輸。
[0011]優(yōu)選地，所述缸體組合裝置包括交流伺服電機(jī)、缸體、夾合機(jī)構(gòu)、基座，所述交流伺服電機(jī)安裝在夾合機(jī)構(gòu)上，所述夾合機(jī)構(gòu)安裝在基座上，所述缸體固定在夾合機(jī)構(gòu)之間，通過(guò)交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)缸體一起轉(zhuǎn)動(dòng)，所述缸體上設(shè)有多個(gè)活塞槽。
[0012]優(yōu)選地，所述活塞和缸體上的活塞槽均設(shè)置為四個(gè)。
[0013]優(yōu)選地，所述交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)缸體360°旋轉(zhuǎn)。
[0014]優(yōu)選地，所述計(jì)算機(jī)模塊包括圖像識(shí)別定位模塊，手爪控制模塊，機(jī)器人控制模塊，缸體裝配控制模塊，中央控制模塊，所述圖像定位識(shí)別模塊包含活塞定位和缸體的活塞槽定位，圖像定位識(shí)別模塊決定手爪控制模塊，機(jī)器人控制模塊，缸體裝配控制模塊的運(yùn)作精度，圖像定位識(shí)別模塊輸出的數(shù)據(jù)傳送到中央控制模塊，分別向手爪控制模塊，機(jī)器人控制模塊，缸體裝配控制模塊分配數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)控制，各部分模塊將處理后的數(shù)據(jù)傳送到各個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)整體裝配工作。
[0015]優(yōu)選地，所述缸體組合裝置的工作準(zhǔn)備過(guò)程如下:
[0016]步驟B1:建立交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角和缸體位置的轉(zhuǎn)換關(guān)系，確定缸體裝配位置，調(diào)整交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，等待接受計(jì)算機(jī)模塊發(fā)送裝配信號(hào)；
[0017]步驟B2:計(jì)算機(jī)模塊發(fā)送裝配信號(hào)之后，將缸體轉(zhuǎn)動(dòng)到裝配位置，等待活塞的安裝；
[0018]步驟B3:待四個(gè)活塞安裝完成，計(jì)算機(jī)模塊發(fā)出轉(zhuǎn)配完成信號(hào)，交流伺服電機(jī)慢速旋轉(zhuǎn)180°，為活塞固定做好準(zhǔn)備。
[0019]優(yōu)選地，所述圖像識(shí)別定位模塊中活塞定位工作過(guò)程如下:
[0020]步驟Cl:將相機(jī)獲取的活塞圖像進(jìn)行灰度化處理，得到包含有多個(gè)活塞底部的灰度化圖片；
[0021]步驟C2:使用模板匹配算法，將已存入的活塞圖像外部圓輪廓特征模板，與包含有多個(gè)活塞底部的灰度化圖片進(jìn)行匹配，找到含有活塞圖像的區(qū)域；
[0022]步驟C3:計(jì)算出圖像中活塞的個(gè)數(shù)，如果活塞大于I個(gè)，則選擇圖片最左端的活塞，并用圖像分割將其提取出來(lái)；
[0023]步驟C4:出廠活塞的底部都有方向特征標(biāo)志，使用模板匹配算法，將含有特征的活塞圖片模板，與提取出來(lái)的包含一個(gè)活塞圖片進(jìn)行匹配，識(shí)別出特征，并定位提取出這個(gè)活塞的位置；
[0024]步驟C5:將得到的位置與對(duì)應(yīng)的活塞數(shù)據(jù)，傳送到中央控制模塊進(jìn)行處理。
[0025]優(yōu)選地，圖像識(shí)別定位模塊中缸體活塞槽定位工作過(guò)程如下:
[0026]步驟Dl:對(duì)活塞槽進(jìn)行編號(hào)，接受控制模塊數(shù)據(jù)，決定需要識(shí)別活塞槽編號(hào)；
[0027]步驟D2:將相機(jī)獲取的缸體圖像進(jìn)行灰度化處理，得到具有四個(gè)活塞槽的灰度化的圖片；
[0028]步驟D3:使用模板匹配算法，將已存入得缸體活塞槽外部輪廓圖像模板，與包含四個(gè)活塞槽缸體的灰度化圖像進(jìn)行比較，識(shí)別并定位四個(gè)活塞槽的位置；
[0029]步驟D4:根據(jù)編號(hào)確定需要裝配的活塞槽，將得到位置數(shù)據(jù)傳輸給中央控制模塊。
[0030]—種基于工業(yè)機(jī)器人的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、缸體裝配方法，包括如下步驟:
[0031 ]步驟Al:調(diào)整相機(jī)參數(shù)，建立機(jī)器人的機(jī)械手爪和相機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，設(shè)定機(jī)器人初始準(zhǔn)備位置點(diǎn)、缸體圖像采集位置點(diǎn)和缸體固定位置點(diǎn)；
[0032]步驟A2:移動(dòng)機(jī)器人到初始點(diǎn)，相機(jī)開(kāi)始采集鐵架工作臺(tái)上的活塞圖像，計(jì)算機(jī)模塊根據(jù)活塞圖像識(shí)別出活塞，并計(jì)算活塞的個(gè)數(shù)，確定所要抓取的活塞；
[0033]步驟A3:計(jì)算機(jī)模塊提取所要抓取活塞的特征，計(jì)算得到活塞位置；
[0034]步驟A4:根據(jù)活塞位置，計(jì)算機(jī)模塊控制機(jī)器人移動(dòng)并操作機(jī)械手爪抓取活塞，將已抓取的活塞，移動(dòng)到缸體組合裝置的正上方圖像采集位置點(diǎn)，在裝配過(guò)程中，長(zhǎng)時(shí)間未識(shí)別到活塞或者識(shí)別出錯(cuò)，計(jì)算機(jī)模塊報(bào)警；
[0035]步驟A5:交流伺服電機(jī)工作，將缸體轉(zhuǎn)動(dòng)到固定位置，相機(jī)采集缸體圖像，根據(jù)缸體圖像特征識(shí)別出活塞槽；
[0036]步驟A6:根據(jù)計(jì)算機(jī)模塊得到的活塞槽的位置，選擇其中一個(gè)活塞槽，并作標(biāo)記，控制機(jī)器人移動(dòng)，將活塞移動(dòng)到該活塞槽的正上方，利用機(jī)械手爪將活塞推入活塞槽中；
[0037]步驟A7:將機(jī)器人移動(dòng)到初始點(diǎn)，若裝配活塞個(gè)數(shù)未滿4個(gè)，重復(fù)步驟A2，A3，A4，A5，A6，將四個(gè)活塞依次送入到缸體的活塞槽中；
[0038]步驟AS:裝配工作完成后，機(jī)器人回到初始點(diǎn)，交流伺服電機(jī)工作，將裝配好活塞的缸體轉(zhuǎn)到一個(gè)固定位置，為活塞的固定做準(zhǔn)備。
[0039]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生的技術(shù)效果有:
[0040]1、機(jī)器人的定位裝配都是由攝像頭的引導(dǎo)完成的，根據(jù)計(jì)算機(jī)模塊數(shù)據(jù)處理得到位置，與傳統(tǒng)的示教相比，該過(guò)程靈活性和精確性；
[0041 ] 2、缸體組合裝置可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，易于維護(hù)和控制，使裝配過(guò)程可操作性更強(qiáng)，同時(shí)更方便于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)之后的裝配；
[0042]3、整個(gè)系統(tǒng)的控制過(guò)程都是由計(jì)算機(jī)模塊完成，各個(gè)部分工作獨(dú)立，相互協(xié)調(diào)，增加了機(jī)器人系統(tǒng)的穩(wěn)定性，極大地完善了機(jī)器人功能。
【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖2為缸體組合裝置的側(cè)視結(jié)構(gòu)圖；
[0045]圖3為缸體組合裝置的俯視結(jié)構(gòu)圖；
[0046]圖4為計(jì)算機(jī)模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖5為本發(fā)明整體裝配過(guò)程流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]如圖1所示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，包括機(jī)器人11、相機(jī)12、機(jī)械手爪13、缸體組合裝置14、計(jì)算機(jī)模塊17、活塞19;多個(gè)已裝配完成的活塞19并排放置在鐵架平臺(tái)20上，裝配完成的活塞19是指活塞已經(jīng)裝好連桿和銷(xiāo)子;機(jī)械手爪13為適應(yīng)活塞結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)，機(jī)械手爪13安裝在機(jī)器人11末端，用于抓取活塞19、夾緊活塞環(huán)，對(duì)活塞19進(jìn)行裝配;相機(jī)12安裝在機(jī)器人11的手臂前端，隨機(jī)器人11移動(dòng)，用于識(shí)別定位活塞19和缸體組合裝置14上的缸體15;計(jì)算機(jī)模塊17通過(guò)信號(hào)線18分別與機(jī)器人11、相機(jī)12、機(jī)械手爪13、缸體組合裝置14連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和控制信號(hào)的傳輸。機(jī)器人11為YASKAWA DX200MH24關(guān)節(jié)機(jī)器人，相機(jī)12為大恒1^-030-1201](:型攝像機(jī)。
[0049]如圖2和圖3所示，缸體組合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，缸體組合裝置14包括交流伺服電機(jī)16、缸體15、夾合機(jī)構(gòu)21、基座22，交流伺服電機(jī)16安裝在夾合機(jī)構(gòu)21上，夾合機(jī)構(gòu)21安裝在基座22上，缸體15固定在夾合機(jī)構(gòu)21之間，通過(guò)交流伺服電機(jī)16的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)缸體15做360°轉(zhuǎn)動(dòng)，缸體15上設(shè)有多個(gè)活塞槽31?；钊?9和缸體15上的活塞槽31均設(shè)置為四個(gè)，缸體選用奧迪A4L發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體。
[0050]缸體組合裝置14的工作準(zhǔn)備過(guò)程如下:
[0051 ]步驟BI;建立交流伺服電機(jī)16轉(zhuǎn)角和缸體15位置的轉(zhuǎn)換關(guān)系，確定缸體15裝配位置，調(diào)整交流伺服電機(jī)16的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，等待接受計(jì)算機(jī)模塊17發(fā)送裝配信號(hào)；
[0052]步驟B2:計(jì)算機(jī)模塊17發(fā)送裝配信號(hào)之后，將缸體15轉(zhuǎn)動(dòng)到裝配位置，等待活塞19的安裝；
[0053]步驟B3:待四個(gè)活塞19安裝完成，計(jì)算機(jī)模塊17發(fā)出轉(zhuǎn)配完成信號(hào)，交流伺服電機(jī)16慢速旋轉(zhuǎn)180°，為活塞19固定做好準(zhǔn)備。
[0054]如圖4所示，本發(fā)明算機(jī)模塊結(jié)構(gòu)示意圖，計(jì)算機(jī)模塊17包括圖像識(shí)別定位模塊，手爪控制模塊，機(jī)器人控制模塊，缸體裝配控制模塊，中央控制模塊，所述圖像定位識(shí)別模塊包含活塞19定位和缸體15的活塞槽31定位，圖像定位識(shí)別模塊決定手爪控制模塊，機(jī)器人控制模塊，缸體裝配控制模塊的運(yùn)作精度，圖像定位識(shí)別模塊輸出的數(shù)據(jù)傳送到中央控制模塊，分別向手爪控制模塊，機(jī)器人控制模塊，缸體裝配控制模塊分配數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)控制，各部分模塊將處理后的數(shù)據(jù)傳送到各個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)整體裝配工作。
[0055]圖像識(shí)別定位模塊中活塞定位工作過(guò)程如下:
[0056]步驟Cl:將相機(jī)12獲取的活塞圖像進(jìn)行灰度化處理，得到包含有多個(gè)活塞19底部的灰度化圖片；
[0057]步驟C2:使用模板匹配算法，將已存入的活塞圖像外部圓輪廓特征模板，與包含有多個(gè)活塞19底部的灰度化圖片進(jìn)行匹配，找到含有活塞圖像的區(qū)域；
[0058]步驟C3:計(jì)算出圖像中活塞的個(gè)數(shù)，