一種自動布線機布線機器人的製作方法

2023-09-22 03:37:05 2

本發明涉及一種自動布線機布線機器人，屬於飛機製造裝備領域。

背景技術：

國內飛機線束大多通過人工來布線，由於飛機上線纜眾多，且隨著飛機功能的不斷豐富，飛機的電氣系統變得越來越複雜，飛機上線纜的數量劇增，人工布線需要大量人力，同時需要操作人員有較高的技術能力，操作繁瑣且易出錯。因此，急需一種飛機線束的全自動布線設備。

申請號為20141023402的發明專利申請公開了一種飛機電纜導線束自動布線系統及其布線方法，可以實現飛機線束的機器布線。上述申請劃線機器人採用X、Y、Z軸三個方向分別控制移動的方式，自由度不夠且移動不靈活。

技術實現要素：

為了解決現有技術的以上不足，本發明提供一種自動布線機布線機器人，其結合取料、布線功能於一體，實現飛機線束的全自動布線，結構簡單、實用性強，大大降低人力成本，提高布線效率和準確度。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種自動布線機布線機器人，包括六自由度機械臂以及安裝在六自由度機械臂端部的多功能機械手；所述多功能機械手包括布線頭、抓取頭、轉換機構、轉換驅動電機以及攝像機；布線頭和抓取頭分別固定在轉換機構的底面和內側面上且位置相互垂直，轉換驅動電機連接在轉換機構外側面，轉換驅動電機驅動軸驅動轉換機構轉動，使布線頭和抓取頭可以根據需要轉換位置；攝像機通過連接板固定在轉換驅動電機上方且位於多功能機械手頂部，攝像機用於對多功能機械手的工作情況進行監測。

進一步地，所述抓取頭端部設有氣動夾取爪。

進一步地，所述布線頭整體為中空結構，其內部為走線通道，走線通道上端與其相垂直方向設有進線口，走線通道另一端設有出現口。

本發明採用六自由度機械臂及多功能機械手配合，線路控制性強，布線靈活，且多功能機械手的設計能將取料、布線通過一個機械手完成，簡化結構。

附圖說明

圖1為本發明飛機線束自動布線機軸測圖；

圖2為多功能機械手軸測圖；

圖3為多功能機械手主視圖；

圖4為多功能機械手右視圖；

圖5為多功能機械手左視圖；

圖6為飛機線束自動布線機料庫軸測圖；

圖7為飛機線束自動布線機料庫主視圖；

圖8為飛機線束自動布線機線盤架軸測圖；

圖9為飛機線束自動布線機卡線機構軸測圖；

圖10為飛機線束自動布線機送線機構軸測圖。

圖中：

1-料庫，2-滑臺，3-自動送線器，4-自動布線機布線機器人，5-多功能機械手，6-光學線號識別及記米器，7-連接架，8-工作檯；

11-儲料盤，12-裝料氣缸，13-送料氣缸，14-線盤架，15-布線柱插盤，16-儲料座，17-裝料軌道，18-送料軌道，19-基座，22-卡扣板；

141-線盤架固定座，142-線軸，143-卡爪，144-滑塊，145-彈簧限位機構，146-卡線機構；1461-卡線機構支撐架，1462-收線口，1463-吐線口，1464-卡線塊，1465-過線孔；

301-送線輪，302-送線輪驅動電機，303-固定架，304-限位塊，305-裁線刀，306-裁線刀架；307-送線機構底座；

501-布線頭，502-進線口，503-走線通道，504-出線口，505-抓取頭，506-轉換機構，507-轉換驅動電機，508-攝像機，509-夾取爪。

具體實施方式

以下結合附圖，詳細介紹本發明的技術方案：

如圖1所示，一種飛機線束自動布線機，包括料庫1、滑臺2、自動送線器3、自動布線機布線機器人4、光學線號識別及計米器6、連接架7、工作檯8、上位機。料庫1安裝在連接架7上，工作檯8安裝在連接架7前端，滑臺2滑動連接在工作檯8上，其可在工作檯8檯面上演沿工作檯8滑軌滑動，自動布線機布線機器人4安裝在滑臺2上，自動布線機布線機器人4由六自由度機械臂和多功能機械手5組成，自動送線器3安裝在滑臺2上，自動送線器3前端與料庫1的送料軌道16對接，光學線號識別及計米器6安裝在滑臺2上且位於自動送線器3後方。

自動布線機布線機器人4包括固定在滑臺2上的六自由度機械臂以及安裝在六自由度機械臂端部的多功能機械手5，如圖2至圖5所示，多功能機械手5包括布線頭501、抓取頭505、轉換機構506、轉換驅動電機507以及攝像機508。布線頭501和抓取頭505分別固定在轉換機構506的底面和內側面上且位置相互垂直，轉換驅動電機507固定在轉換機構外側面，其驅動軸驅動轉換機構506轉動，使布線頭501和抓取頭505可以根據需要轉換位置；抓取頭505端部設有氣動夾取爪509；攝像機508通過連接板固定在轉換驅動電機50上方，位於機械手5頂部。布線頭501用於提取自動送線器3輸送過來的線纜並在工作檯8上進行布線，布線頭501整體為中空結構，其內部為走線通道503，走線通道503上端與其想垂直方向設有進線口502，走線通道503另一端設有出現口504。抓取頭505用於抓取布線所需的線纜源頭固定柱、繞線柱及線纜源尾固定柱等布線柱並將布線柱插入工作檯8上的指定固定孔。攝像機8用於對多功能機械手的工作情況進行監測，例如，實時監測布線頭501是否成功拾起線纜、抓取頭505是否準確抓取布線柱、布線頭501是否按規定線路布線等，上位機將檢測圖像進行處理，一旦發現機械手工作出錯，可立即處置。

如圖6至圖9所示，料庫1包括固定在連接架7上的儲料裝載機構以及安裝在儲料裝載機構上的線盤架14、布線柱插盤15、裝料氣缸12、送料氣缸13、裝料軌道17以及送料軌道18。儲料裝載機構包括基座19、裝料軌道17、送料軌道18、儲料盤11、儲料座16；其中，基座19固定在連接架7上，儲料盤11通過轉動軸轉動連接在基座19上，轉動軸由電機驅動，儲料座16均勻布置在儲料盤11圓周上，裝料軌道17與送料軌道18分別固定在基座19圓周上且裝料軌道17與送料軌道18成90°夾角分布，送料軌道18的軌道外端與自動送線器3對接；裝料軌道17與送料軌道18高度相同，均與固定在儲料盤11上的儲料座16高度平齊，且裝料軌道17級送料軌道18的軌道內端均可與相對應的儲料座16對接。

如圖6，根據實際布線需要，將一定數量的線盤架14和一定數量的布線柱插盤15安裝在儲料盤11上；線盤架14用於安裝線盤，布線柱插盤15用於放置布線所需要的線纜源頭固定柱、繞線柱及線纜源尾固定柱等。裝料氣缸12和送料氣缸13的氣缸軸前端均固定有卡口板，用於與線盤架或布線柱插盤15卡接。線盤架14可以從儲料盤16滑動至自動送線器3。

如圖8所示，線盤架14包括線盤架固定座141、線軸142、卡爪143、滑塊144、彈簧限位機構145、卡線機構146及卡口147。其中，線軸142固定在線盤架固定座141的立板上，線軸142前端固定卡爪143，滑塊144固定在線盤架固定座141底板下方，彈簧限位機構145設置在底板上，卡線機構146固定在底板外側，卡口147固定在底板內側端部，用於與裝料氣缸或送料氣缸上的卡口板連接。將線盤套在線軸142上並通過卡爪143限位，線纜頭從卡線機構146穿出，線盤架14通過滑塊144與儲料座16連接。

如圖9所示，卡線機構146包括卡線機構支撐架1461、收線口1462、吐線口1463、卡線塊1464、過線孔1465。卡線機構支撐架1461通過螺栓固定在線盤架固定座141底板上，吐線口1463和收線口1462分別設置在卡線機構支撐架1461前後兩端，在吐線口1463和收線口1462之間還通過隔板設置過線孔1465，線盤上的線纜從收線口1462穿入，經過過線孔1465後從吐線口1463穿出，過線孔1465可防止線纜鬆動；卡線塊1464設置在吐線口1463和收線口1462之間的卡線機構支撐架1461上，卡線塊1464為彈簧式結構，可相對卡線機構支撐架1461卡緊或彈出，當卡線塊1464相對卡線機構支撐架1461彈出時，可以卡住穿在吐線口1463和收線口1462之間的線纜。

如圖10所示，自動送線器3包括送線器軌道以及固定在送線器軌道端部的送線機構。送線機構包括送線輪301、送線輪驅動電機302、固定架303、限位塊304、裁線刀305、裁線刀架306、送線機構底座307。送線機構底座307固定在滑臺2上且固定在送線器軌道端部。送線輪301為兩組，兩組送線輪分別通過送線輪支撐塊以送線器軌道中心線為對稱軸對稱設置在送線輪底座307上，且兩組送線輪支撐塊可分別通過氣缸驅動沿送線機構底座307向兩側滑動，進而帶動兩組送線輪整體開合，每組送線輪通過一個送線輪驅動電機302驅動旋轉。送線輪301在送線輪支撐塊開合下夾緊卡線機構146過線孔1465兩端的線纜，並在送線輪驅動電機302驅動下朝送線機構前端旋轉，將夾持的線纜向前端輸送。固定架303設置在送線輪支撐塊前端，固定架303頂部設有可在氣缸驅動下豎直向下伸縮的限位塊304。限位塊304正對卡線機構146的卡線塊1464，限位塊304向下伸出，將卡線塊1464下壓，卡線塊1464相對卡線機構支撐架1461呈卡緊狀態，使線纜可沿卡線機構146輸送，當限位塊304縮回，卡線塊1464向上彈回，卡住線纜。一對裁線刀架306固定在固定架303前端，其位於送線機構的最前端，裁線刀架306可在氣缸驅動下向兩側滑動，裁線刀305固定在裁線刀架306內側頂端，兩個刃口各固定在一個裁線刀架306上。裁線刀305位於卡線機構146的吐線口1463前方，裁線刀架306在氣缸驅動下閉合，使裁線刀305兩刃口閉合，將吐線口吐出的線纜裁斷。

以下簡要介紹飛機線束自動布線機的工作過程：

首先進行料庫1上料工作，將線盤架14和布線柱插盤15預先安裝在料庫儲料盤11上；根據實際飛機線束布線需要，上位機計算所需的線纜型號、數量以及布線柱類型、數量；開始上料，操作人員根據上位機下達的任務將線盤和各類布線柱通過裝料軌道17安裝到線盤架14和布線柱插盤15上，工作人員及完成了上料工作。

開始布線，上位機規劃線束的布線線路，料庫1根據指令將指定的布線柱插盤15推送至自動送線器3，多功能機械手5抓取指定的布線柱，上位機控制滑臺2按規劃的布線線路移動到預定位置，布線機器人4將布線柱放置在工作檯8上的相應位置，工作檯8上設有陣列的固定孔，用於固定布線柱；滑臺2繼續按線路向前滑動，每到一處預定位置，機械手就從自動送線器3抓取所需的布線柱放置到工作檯8相應位置，如果當前布線柱插盤15上的布線柱用完，滑臺2返回初始位置，料庫1將當前布線柱插盤15收回並推送來新的布線柱插盤15，繼續抓取和放置過程，直至完成所有布線柱的放置工作。

滑臺2返回初始位置，料庫將布線柱插盤15收回，根據上位機的布線指令，將裝載有所需線盤的線盤架14推送至自動送線器3，自動送線器3輸送線纜，布線機器人4拾取線纜並將線纜拉至光學線號識別及計米器6進行線號識別，上位機根據識別的線號規劃該線纜的布線線路，滑臺2根據布線線路移動，過功能機械手5將線纜首先通過線纜源頭固定柱卡緊固定，隨著滑臺2的移動，多功能機械手5將線纜依次繞過線路上的繞線柱進行布線，光學線號識別及計米器6全程監控線纜輸出長度，當到達指定長度，送線機構裁斷輸送線纜，多功能機械手5繼續布線直至到達線路終止位置並通過線纜源尾固定柱將線纜卡緊；由此完成一條線纜的布線，滑臺2返回初始位置，進入下一線纜的布線循環，直到所有線纜布線完成，將布好的線纜打捆成線束，即完成了線束的自動布線過程。

以下簡要介紹本發明自動布線機布線機器人的工作原理：

當布線柱插盤15被推送至自動送線器的送線器軌道上後，六自由度機械臂驅動多功能機械手到達指定位置，機械手5的抓取頭505朝下，抓取布線柱插盤15上的線纜源頭固定柱，隨著滑臺2移動到工作檯8上方適當位置，抓取頭505將抓取的線纜源頭固定柱插入工作檯上預設位置的固定孔內，隨著滑臺2向前移動，抓取頭505抓取下一位置所需布線柱放置在預定位置，統一，抓取頭505依次根據滑臺2位置抓取所需的線纜源頭固定柱、繞線柱或線纜源尾固定柱並放置在工作檯8的預設位置。布線柱全部放置完畢，滑臺2返回起始位置，轉換機構506將布線頭501轉換到原抓取頭505位置，如果出線口504朝下，滑臺2上設有圓孔，可使出線口504插入圓孔內，直至進線口502對準卡接在自動送線器3的卡線機構146的吐線口1463，線纜從進線口502進入布線頭501，經過走線通道503後從出線口504伸出，滑臺2移動至該線纜的預設布線起始位置，機械手開始布線，從出線口502輸出的線纜經過線纜源頭固定柱固定，然後按照預設的布線線路，依次繞過所經的繞線柱，完成走線後到達終止位置並通過線纜源尾固定柱，即完成該線纜的一次布線。攝像機8全程對多功能機械手的工作情況進行監測，例如，實時監測布線頭501是否成功拾起線纜、抓取頭505是否準確抓取布線柱、布線頭501是否按規定線路布線等，上位機將檢測圖像進行處理，一旦發現機械手工作出錯，可立即處置。