自動裝配系統和方法
2023-09-16 05:18:35 2
自動裝配系統和方法
【專利摘要】本發明公開一種自動裝配系統，包括：機器人，能夠執行將第一部件插入到第二部件中的插入操作；力傳感器，用於檢測機器人在插入操作中的插入力；和控制器，用於根據檢測到的插入力和預定插入力之間的差值，對機器人的插入力進行閉環反饋控制，使得插入力小於預定插入力，從而防止插入力過大導致第一部件和/或第二部件被損壞。與手動地執行插入操作相比，本發明能夠提高插入精度和組裝效率。並且，能夠精度地控制機器人的插入力的大小，不會出現由於插入力過大導致電子產品的部件受損。此外，本發明還提供一種產品的自動裝配方法。
【專利說明】自動裝配系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種產品的自動裝配系統和方法，尤其涉及一種利用視覺引導機器人進行自動裝配的系統和方法。
【背景技術】
[0002]由於電子產品一般由多個部件組成，因此，需要將多個部件組裝在一起。
[0003]但是，由於電子產品的各個部件非常小，難以實現自動組裝。例如，當需要將一個部件插入到另一個部件中時，在現有技術中，一般採用人工執行該插入操作。但是，人工插入存在精度差、效率低的缺點，例如，公差難以控制在±0.05mm。
[0004]而且，由於電子產品的各個部件非常脆弱，人工插入時難以控制插入力的大小，很容易由於插入力過大導致電子產品的部件受損。
【發明內容】
[0005]本發明的目的旨在解決現有技術中存在的上述問題和缺陷的至少一個方面。
[0006]本發明的一個目的在於提供一種自動裝配系統和方法，其能夠高效、高精度地執行電子產品的組裝，而且能夠精確地控制將一個部件插入到另一個部件中的插入力的大小，以免由於插入力過大導致電子產品的部件受損。
[0007]根據本發明的一個方面，提供一種自動裝配系統，包括:機器人，能夠執行將第一部件插入到第二部件中的插入操作；力傳感器，用於檢測機器人在插入操作中的插入力；和控制器，用於根據檢測到的插入力和預定插入力之間的差值，對機器人的插入力進行閉環反饋控制，使得插入力小於預定插入力，從而防止插入力過大導致第一部件和/或第二部件被損壞。
[0008]根據本發明的一個實例性實施例，所述第一部件為晶片，所述第二部件為殼體，並且所述機器人將所述晶片和所述殼體組裝在一起，以獲得組裝的電子產品。
[0009]根據本發明的另一個實例性實施例，所述自動裝配系統還包括:切割和彎曲機器，用於在將所述晶片插入所述殼體之前，對所述晶片的引腳進行切割和彎曲。
[0010]根據本發明的另一個實例性實施例，所述自動裝配系統還包括:傳送帶，用於將已經被切割和彎曲機器切割和彎曲好的晶片傳送到預定位置。
[0011 ] 根據本發明的另一個實例性實施例，所述自動裝配系統還包括:第一攝像機，用於引導機器人拾取已經被傳送到預定位置處的晶片並將該晶片插入到對應的殼體中。
[0012]根據本發明的另一個實例性實施例，所述自動裝配系統還包括:第二攝像機，用於引導機器人從料盤中拾取殼體並將該殼體放置到定位板上的對應的定位槽中。
[0013]根據本發明的另一個實例性實施例，所述機器人在第一攝像機的引導下將晶片插入到已經定位在定位板的定位槽中的殼體中；並且所述機器人在第二攝像機的引導下將已經插入晶片的殼體放回到料盤中。
[0014]根據本發明的另一個實例性實施例，所述機器人為6軸多自由度機器人。
[0015]根據本發明的另一個實例性實施例，所述機器人的末端執行器上集成有用於拾取所述晶片的第一拾取器和用於拾取所述殼體的第二拾取器。
[0016]根據本發明的另一個實例性實施例，所述機器人的末端執行器上集成有一種或多種第一拾取器，用於拾取一種或多種晶片。
[0017]根據本發明的另一個實例性實施例，所述力傳感器設置在所述第一拾取器中，並且所述第一拾取器包括:真空吸嘴，用於吸附晶片；和浮動機構，用於消除真空吸嘴的自重對所述力傳感器的影響。
[0018]根據本發明的另一個實例性實施例，所述第二拾取器包括:固定指；和可動指，所述可動指能夠相對於固定指移動，以便抓取所述殼體。
[0019]根據本發明的另一個實例性實施例，所述自動裝配系統還包括:機架，用於將機器人、切割和彎曲機器、傳送帶、定位板、料盤和控制器安裝在其上。
[0020]根據本發明的另一個方面，提供一種產品的自動裝配方法，包括以下步驟:
[0021]SlOO:利用機器人執行將第一部件插入到第二部件中的插入操作，並且在插入操作中利用控制器對機器人的插入力進行閉環反饋控制，使得插入力小於預定插入力，從而防止插入力過大導致第一部件和/或第二部件被損壞。
[0022]根據本發明的一個實例性實施例，在所述步驟SlOO中，利用力傳感器檢測機器人在插入操作中的插入力，並根據檢測到的插入力和預定插入力之間的差值，對機器人的插入力進行閉環反饋控制。
[0023]根據本發明的另一個實例性實施例，所述第一部件為晶片，所述第二部件為殼體，並且所述機器人將所述晶片和所述殼體組裝在一起，以獲得組裝的電子產品。
[0024]根據本發明的另一個實例性實施例，在所述步驟SlOO之前，還包括步驟:
[0025]SOlO:利用切割和彎曲機器對所述晶片的引腳進行切割和彎曲。
[0026]根據本發明的另一個實例性實施例，在所述步驟SlOO之前，還包括步驟:
[0027]S020:利用傳送帶將已經被切割和彎曲機器切割和彎曲好的晶片傳送到預定位置。
[0028]根據本發明的另一個實例性實施例，在所述步驟SlOO之前，還包括步驟:
[0029]S030:利用第二攝像機引導機器人從料盤中拾取殼體並將該殼體放置到定位板上的對應的定位槽中，和利用第一攝像機引導機器人拾取已經被傳送到預定位置處的晶片。
[0030]根據本發明的另一個實例性實施例，在所述步驟SlOO中，所述機器人在第一攝像機的引導下將晶片插入到已經定位在定位板的定位槽中的殼體中。
[0031]根據本發明的另一個實例性實施例，在所述步驟SlOO之後，還包括步驟:
[0032]S200:所述機器人在第二攝像機的引導下將已經插入晶片的殼體放回到料盤中。
[0033]根據本發明的另一個實例性實施例，所述機器人為6軸多自由度機器人。
[0034]根據本發明的另一個實例性實施例，所述機器人的末端執行器上集成有用於拾取所述晶片的第一拾取器和用於拾取所述殼體的第二拾取器。
[0035]根據本發明的另一個實例性實施例，所述機器人的末端執行器上集成有一種或多種第一拾取器，用於拾取一種或多種晶片。
[0036]根據本發明的另一個實例性實施例，所述力傳感器設置在所述第一拾取器中，並且所述第一拾取器包括:真空吸嘴，用於吸附晶片；和浮動機構，用於消除真空吸嘴的自重對所述力傳感器的影響。
[0037]根據本發明的另一個實例性實施例，所述第二拾取器包括:固定指；和可動指，所述可動指能夠相對於固定指移動，以便抓取所述殼體。
[0038]根據本發明的另一個實例性實施例，所述機器人、切割和彎曲機器、傳送帶、定位板、料盤和控制器安裝在機架上。
[0039]與手動地執行插入操作相比，本發明能夠提高將晶片插入到殼體中的精度，例如，公差控制在±0.02mm或更小的範圍內。並且，機器人移動速度快，極大地提高了組裝效率。而且，通過力閉環控制，能夠精度地控制機器人的插入力的大小，不會出現由於插入力過大導致電子產品的部件受損。
[0040]通過下文中參照附圖對本發明所作的描述，本發明的其它目的和優點將顯而易見，並可幫助對本發明有全面的理解。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041]圖1為根據本發明的一個實例性實施例的用於裝配一種電子產品的自動裝配系統的不意圖；
[0042]圖2為圖1中的機器人的末端執行器的放大示意圖；和
[0043]圖3為圖2中的機器人的末端執行器的一個拾取器的剖視圖。
【具體實施方式】
[0044]下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。在說明書中，相同或相似的附圖標號指示相同或相似的部件。下述參照附圖對本發明實施方式的說明旨在對本發明的總體發明構思進行解釋，而不應當理解為對本發明的一種限制。
[0045]圖1為根據本發明的一個實例性的實施例的用於裝配一種電子產品的自動裝配系統的不意圖。
[0046]如圖1所示，自動裝配系統，包括:機器人100，能夠執行將第一部件插入到第二部件中的插入操作；力傳感器113 (參見圖3)，用於檢測機器人100在插入操作中的插入力；和控制器800，用於根據檢測到的插入力和預定插入力之間的差值，對機器人100的插入力進行閉環反饋控制，使得插入力小於預定插入力，從而防止插入力過大導致第一部件和/或第二部件被損壞。
[0047]在本發明的一個實例性的實施例中，待組裝的電子產品包括作為第一部件的晶片301和作為第二部件的殼體303。該晶片301需要插入到殼體303中，以便獲得組裝的電子女口廣叩ο
[0048]但是，本發明不局限於此，本發明的自動裝配系統可以用於組裝具有多個微小部件的其它類型的產品，僅需要更新控制程序即可，因此，本發明的自動裝配系統具有廣泛的通用性。
[0049]在圖1所示的實例性的實施例中，該自動裝配系統還包括切割和彎曲機器400，用於在將晶片301插入殼體303之前，對晶片301的引腳進行切割和彎曲。
[0050]在圖1所示的實例性的實施例中，該自動裝配系統還包括傳送帶500，用於將已經被切割和彎曲機器400切割和彎曲好的晶片301傳送到預定位置，例如，傳送帶500的位於第一攝像機201的下方的末端位置處。
[0051]在圖1所示的實例性的實施例中，該自動裝配系統還包括第一攝像機201，用於引導機器人100拾取已經被傳送到預定位置處的晶片301並將該晶片301插入到對應的殼體303 中。
[0052]在圖1所示的實例性的實施例中，該自動裝配系統還包括第二攝像機202，用於引導機器人100從料盤700中拾取殼體303並將該殼體303放置到定位板600上的對應的定位槽(未圖示)中。
[0053]在圖1所示的實例性的實施例中，機器人100在第一攝像機201的引導下將晶片301插入到已經定位在定位板600的定位槽中的殼體303中；並且機器人100在第二攝像機202的引導下將已經插入晶片301的殼體303放回到料盤700中。
[0054]在本發明的一個實例性的實施例中，料盤700中形成有凹槽陣列，每個凹槽與待放置的殼體303相匹配。
[0055]在本發明的一個實例性的實施例中，機器人100為6軸多自由度機器人。
[0056]圖2為圖1中的機器人的末端執行器101的放大示意圖。
[0057]如圖2所示，在本發明的一個實例性的實施例中，機器人100的末端執行器101上集成有用於拾取晶片301、302的第一拾取器110、120和用於拾取殼體303的第二拾取器130。
[0058]在圖2所示的實施例中，在機器人的末端執行器101上集成有兩種不同的第一拾取器110、120，用於拾取兩種不同類型的晶片301、302。但是，本發明不局限於此，在機器人的末端執行器101上也可以集成有一種、三種或更多種第一拾取器，用於拾取一種、三種或更多種晶片。
[0059]圖3為圖2中的機器人100的末端執行器101的一個第一拾取器110的剖視圖。
[0060]在圖3所示的實施例中，力傳感器113設置在第一拾取器110中，該力傳感器113可以為壓電式力傳感器或其它類型的力傳感器。
[0061]在圖3所示的實施例中，第一拾取器110包括:真空吸嘴111，用於吸附晶片301 ；和浮動機構112，用於消除真空吸嘴111的自重對力傳感器113的影響。
[0062]但是，請注意，浮動機構112不是必須的，也可以不設置浮動機構112，而是在力傳感器113檢測到的插入力中直接加上真空吸嘴111的自重即可，這樣，也可以消除真空吸嘴111的自重對力傳感器113的影響。
[0063]在圖2所示的實例性的實施例中，第二拾取器130包括:固定指131 ;和可動指132，可動指132能夠相對於固定指131移動，以便抓取殼體303。
[0064]在本發明的實例性的實施例中，由於殼體303的體積較大，因此，採用了機械手指式拾取器，但是，請注意，本發明不局限於此圖示的實施例，第二拾取器也可以為真空吸附式拾取器。
[0065]在圖1所示的實例性的實施例中，機器人100、切割和彎曲機器400、傳送帶500、定位板600、料盤700和控制器800均安裝在機架10上。
[0066]下面將參照附圖1，詳細描述圖示的自動裝配系統組裝電子產品的過程:
[0067]利用切割和彎曲機器400對晶片301的引腳進行切割和彎曲；
[0068]利用傳送帶500將已經被切割和彎曲機器400切割和彎曲好的晶片301傳送到預定位置；
[0069]利用第二攝像機202引導機器人100從料盤700中拾取殼體303並將該殼體303放置到定位板600上的對應的定位槽中，和利用第一攝像機201引導機器人100拾取已經被傳送到預定位置處的晶片301、302 ；
[0070]利用機器人100執行將晶片301、302插入到已經定位在定位板600的定位槽中的殼體303中的插入操作，並且在插入操作中，利用力傳感器113檢測機器人100的插入力，並根據檢測到的插入力和預定插入力之間的差值，利用控制器800對機器人100的插入力進行閉環反饋控制，使得插入力小於預定插入力，從而防止插入力過大導致晶片301、302和/或殼體303被損壞；
[0071]機器人100在第二攝像機202的引導下將已經插入晶片301的殼體303放回到料盤700中。
[0072]與手動地執行插入操作相比，本發明能夠提高將晶片插入到殼體中的精度，例如，公差控制在±0.02mm或更小的範圍內。並且，機器人移動速度快，極大地提高了組裝效率。而且，通過力閉環控制，能夠精度地控制機器人的插入力的大小，不會出現由於插入力過大導致電子產品的部件受損。
[0073]本領域的技術人員可以理解，上面所描述的實施例都是示例性的，並且本領域的技術人員可以對其進行改進，各種實施例中所描述的結構在不發生結構或者原理方面的衝突的情況下可以進行自由組合。
[0074]雖然結合附圖對本發明進行了說明，但是附圖中公開的實施例旨在對本發明優選實施方式進行示例性說明，而不能理解為對本發明的一種限制。
[0075]雖然本總體發明構思的一些實施例已被顯示和說明，本領域普通技術人員將理解，在不背離本總體發明構思的原則和精神的情況下，可對這些實施例做出改變，本發明的範圍以權利要求和它們的等同物限定。
[0076]應注意，措詞「包括」不排除其它元件或步驟，措詞「一」或「一個」不排除多個。另夕卜，權利要求的任何元件標號不應理解為限制本發明的範圍。
【權利要求】
1.一種自動裝配系統，包括: 機器人(100)，能夠執行將第一部件插入到第二部件中的插入操作； 力傳感器(113)，用於檢測機器人(100)在插入操作中的插入力；和控制器(800)，用於根據檢測到的插入力和預定插入力之間的差值，對機器人(100)的插入力進行閉環反饋控制，使得插入力小於預定插入力，從而防止插入力過大導致第一部件和/或第二部件被損壞。
2.根據權利要求1所述的自動裝配系統，其特徵在於: 所述第一部件為晶片(301)，所述第二部件為殼體(303)，並且 所述機器人將所述晶片(301)和所述殼體(303)組裝在一起，以獲得組裝的電子產品。
3.根據權利要求2所述的自動裝配系統，還包括: 切割和彎曲機器(400)，用於在將所述晶片(301)插入所述殼體(303)之前，對所述晶片(301)的引腳進行切割和彎曲。
4.根據權利要求3所述的自動裝配系統，還包括: 傳送帶(500)，用於將已經被切割和彎曲機器(400)切割和彎曲好的晶片(301)傳送到預定位置。
5.根據權利要求4所述的自動裝配系統，還包括: 第一攝像機(201)，用於引導機器人(100)拾取已經被傳送到預定位置處的晶片(301)並將該晶片(301)插入到對應的殼體(303)中。
6.根據權利要求5所述的自動裝配系統，還包括: 第二攝像機(202)，用於引導機器人(100)從料盤(700)中拾取殼體(303)並將該殼體(303)放置到定位板(600)上的對應的定位槽中。
7.根據權利要求6所述的自動裝配系統，其特徵在於: 所述機器人(100)在第一攝像機(201)的引導下將晶片(301)插入到已經定位在定位板(600)的定位槽中的殼體(303)中；並且 所述機器人(100)在第二攝像機(202)的引導下將已經插入晶片(301)的殼體(303)放回到料盤(700)中。
8.根據權利要求7所述的自動裝配系統，其特徵在於，所述機器人為6軸多自由度機器人。
9.根據權利要求7所述的自動裝配系統，其特徵在於， 所述機器人的末端執行器(101)上集成有用於拾取所述晶片(301、302)的第一拾取器(110U20)和用於拾取所述殼體(303)的第二拾取器(130)。
10.根據權利要求9所述的自動裝配系統，其特徵在於， 所述機器人的末端執行器(101)上集成有一種或多種第一拾取器(110、120)，用於拾取一種或多種晶片(301、302)。
11.根據權利要求9所述的自動裝配系統，其特徵在於， 所述力傳感器(113)設置在所述第一拾取器(110)中，並且 所述第一拾取器(110)包括: 真空吸嘴(111)，用於吸附晶片(301);和 浮動機構(112)，用於消除真空吸嘴(111)的自重對所述力傳感器(113)的影響。
12.根據權利要求9所述的自動裝配系統，其特徵在於，所述第二拾取器(130)包括: 固定指(131);和 可動指(132)，所述可動指(132)能夠相對於固定指(131)移動，以便抓取所述殼體(303)。
13.根據權利要求7所述的自動裝配系統，還包括: 機架(10)，用於將機器人(100)、切割和彎曲機器(400)、傳送帶(500)、定位板(600)、料盤(700)和控制器(800)安裝在其上。
14.一種產品的自動裝配方法，包括以下步驟: SlOO:利用機器人(100)執行將第一部件插入到第二部件中的插入操作，並且在插入操作中利用控制器(800)對機器人(100)的插入力進行閉環反饋控制，使得插入力小於預定插入力，從而防止插入力過大導致第一部件和/或第二部件被損壞。
15.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於， 在所述步驟SlOO中，利用力傳感器(113)檢測機器人(100)在插入操作中的插入力，並根據檢測到的插入力和預定插入力之間的差值，對機器人(100)的插入力進行閉環反饋控制。
16.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於: 所述第一部件為晶片(301)，所述第二部件為殼體(303)，並且 所述機器人將所述晶片(301)和所述殼體(303)組裝在一起，以獲得組裝的電子產品。
17.根據權利要求16所述的方法，在所述步驟SlOO之前，還包括步驟: SOlO:利用切割和彎曲機器(400)對所述晶片(301)的引腳進行切割和彎曲。
18.根據權利要求17所述的方法，在所述步驟SlOO之前，還包括步驟: S020:利用傳送帶(500)將已經被切割和彎曲機器(400)切割和彎曲好的晶片(301)傳送到預定位置。
19.根據權利要求18所述的方法，在所述步驟SlOO之前，還包括步驟: S030:利用第二攝像機(202)引導機器人(100)從料盤(700)中拾取殼體(303)並將該殼體(303)放置到定位板(600)上的對應的定位槽中；和利用第一攝像機(201)引導機器人(100)拾取已經被傳送到預定位置處的晶片(301)。
20.根據權利要求19所述的方法，在所述步驟SlOO中， 所述機器人(100)在第一攝像機(201)的引導下將晶片(301)插入到已經定位在定位板(600)的定位槽中的殼體(303)中。
21.根據權利要求20所述的方法，在所述步驟SlOO之後，還包括步驟: S200:所述機器人(100)在第二攝像機(202)的引導下將已經插入晶片(301)的殼體(303)放回到料盤(700)中。
22.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於，所述機器人(100)為6軸多自由度機器人。
23.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於， 所述機器人的末端執行器(101)上集成有用於拾取所述晶片(301、302)的第一拾取器(110U20)和用於拾取所述殼體(303)的第二拾取器(130)。
24.根據權利要求23所述的方法，其特徵在於， 所述機器人的末端執行器(101)上集成有一種或多種第一拾取器(110、120)，用於拾取一種或多種晶片(301、302)。
25.根據權利要求24所述的方法，其特徵在於， 所述力傳感器(113)設置在所述第一拾取器(110)中，並且 所述第一拾取器(110)包括: 真空吸嘴(111)，用於吸附晶片(301);和 浮動機構(112)，用於消除真空吸嘴(111)的自重對所述力傳感器(113)的影響。
26.根據權利要求24所述的方法，其特徵在於，所述第二拾取器(130)包括: 固定指(131);和 可動指(132)，所述可動指(132)能夠相對於固定指(131)移動，以便抓取所述殼體(303)。
27.根據權利要求24所述的方法，其特徵在於， 所述機器人(100)、切割和彎曲機器(400)、傳送帶(500)、定位板(600)、料盤(700)和控制器(800)安裝在機架(10)上。
【文檔編號】H05K13/04GK104302163SQ201310305813
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年7月19日 優先權日:2013年7月19日
【發明者】胡綠海, 張丹丹, 謝逢春, 夏德伯 申請人:泰科電子(上海)有限公司, 泰科電子公司