基于工業(yè)機器人的汽車發(fā)動機活塞、缸體裝配系統(tǒng)及方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種基于工業(yè)機器人的汽車發(fā)動機活塞、缸體裝配系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括機器人，相機、機械手爪、缸體組合裝置、計算機模塊、活塞。該方法通過相機識別活塞，利用計算機模塊根據(jù)特征得到活塞的位置，控制機器人，由機械手爪取抓取活塞，并將活塞裝配到汽車發(fā)動機的缸體中。其中四個已完成連桿裝配的活塞并排放置在鐵架平臺上，機械手爪安裝在工業(yè)機器人末端，用于抓取活塞，夾緊活塞環(huán)，進行活塞裝配。相機安裝在手臂前端，用于識別定位活塞和缸體組合裝置上的缸體。計算機模塊通過信號線與機器人，相機，機械手抓，缸體組合裝置相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和控制信號的傳輸。本發(fā)明專利技術(shù)能精確地高效地實現(xiàn)對活塞和發(fā)動機缸體的自動裝配過程。

Automobile engine piston and cylinder block assembly system and method based on industrial robot

The invention discloses a system and a method for assembling a piston and a cylinder body of an automobile engine based on an industrial robot. The method uses the camera to identify the piston, the piston position is controlled by the computer module according to the characteristics, the robot is controlled, the piston is grabbed by the mechanical hand, and the piston is assembled into the cylinder body of the automobile engine. The piston side by side four completed connecting rod assembly is placed in the iron platform, installed in the end of industrial robot gripper for gripping, piston, piston ring clamp, piston assembly. The camera is arranged at the front end of the arm and is used for identifying the cylinder body on the positioning piston and the cylinder block combination device. The computer module is connected with the robot, the camera, the manipulator and the cylinder block through the signal line. The invention can realize the automatic assembling process of the piston and the engine cylinder accurately and efficiently.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及機器人
，特別是涉及一種基于工業(yè)機器人的汽車發(fā)動機活塞、缸體裝配系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
汽車發(fā)動機作為汽車提供動力的重要部件，是汽車的心臟。汽車發(fā)動機直接決定了汽車的安全性能，穩(wěn)定性能，動力性能。在工業(yè)化生產(chǎn)中，活塞和缸體的裝配是汽車發(fā)動機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，不僅能夠提高汽車發(fā)動機的生產(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。隨著機器人的快速發(fā)展，特別是工業(yè)機器人，得到了廣泛的應(yīng)用。特別是在汽車生產(chǎn)行業(yè)，工業(yè)機器人以其高穩(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，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)機器人在汽車生產(chǎn)行業(yè)仍具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＦ嚢l(fā)動機缸體自動化裝配過程越來越受到重視，在我國專利CN101913076中提到了一種基于工業(yè)機器人的活塞、活塞銷和連桿裝配方法以及裝置。此專利只是涉及到連桿和活塞的裝配過程，但是未提及活塞和缸體裝配這一重要的裝配環(huán)節(jié)，如果將這兩個過程連貫起來，將會極大的提高汽車發(fā)動機的裝配效率。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本專利技術(shù)的目的提供了一種基于工業(yè)機器人的汽車發(fā)動機活塞、缸體裝配系統(tǒng)。本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案為：一種基于工業(yè)機器人的汽車發(fā)動機活塞、缸體裝配系統(tǒng)，包括機器人、相機、機械手爪、缸體組合裝置、計算機模塊、活塞；所述多個已裝配完成的活塞并排放置在鐵架平臺上；所述機械手爪安裝在機器人末端，用于抓取活塞、夾緊活塞環(huán)，對活塞進行裝配；所述相機安裝在機器人的手臂前端，用于識別定位活塞和缸體組合裝置上的缸體；所述計算機模塊通過信號線分別與機器人、相機、機械手爪、缸體組合裝置連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和控制信號的傳輸。優(yōu)選地，所述缸體組合裝置包括交流伺服電機、缸體、夾合機構(gòu)、基座，所述交流伺服電機安裝在夾合機構(gòu)上，所述夾合機構(gòu)安裝在基座上，所述缸體固定在夾合機構(gòu)之間，通過交流伺服電機轉(zhuǎn)動帶動缸體一起轉(zhuǎn)動，所述缸體上設(shè)有多個活塞槽。優(yōu)選地，所述活塞和缸體上的活塞槽均設(shè)置為四個。優(yōu)選地，所述交流伺服電機轉(zhuǎn)動帶動缸體360°旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，所述計算機模塊包括圖像識別定位模塊，手爪控制模塊，機器人控制模塊，缸體裝配控制模塊，中央控制模塊，所述圖像定位識別模塊包含活塞定位和缸體的活塞槽定位，圖像定位識別模塊決定手爪控制模塊，機器人控制模塊，缸體裝配控制模塊的運作精度，圖像定位識別模塊輸出的數(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)傳送到各個設(shè)備實現(xiàn)整體裝配工作。優(yōu)選地，所述缸體組合裝置的工作準(zhǔn)備過程如下：步驟B1：建立交流伺服電機轉(zhuǎn)角和缸體位置的轉(zhuǎn)換關(guān)系，確定缸體裝配位置，調(diào)整交流伺服電機的轉(zhuǎn)動速度，等待接受計算機模塊發(fā)送裝配信號；步驟B2：計算機模塊發(fā)送裝配信號之后，將缸體轉(zhuǎn)動到裝配位置，等待活塞的安裝；步驟B3：待四個活塞安裝完成，計算機模塊發(fā)出轉(zhuǎn)配完成信號，交流伺服電機慢速旋轉(zhuǎn)180°，為活塞固定做好準(zhǔn)備。優(yōu)選地，所述圖像識別定位模塊中活塞定位工作過程如下：步驟C1：將相機獲取的活塞圖像進行灰度化處理，得到包含有多個活塞底部的灰度化圖片；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，與包含有多個活塞底部的灰度化圖片進行匹配，找到含有活塞圖像的區(qū)域；步驟C3：計算出圖像中活塞的個數(shù)，如果活塞大于1個，則選擇圖片最左端的活塞，并用圖像分割將其提取出來；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，與提取出來的包含一個活塞圖片進行匹配，識別出特征，并定位提取出這個活塞的位置；步驟C5：將得到的位置與對應(yīng)的活塞數(shù)據(jù)，傳送到中央控制模塊進行處理。優(yōu)選地，圖像識別定位模塊中缸體活塞槽定位工作過程如下：步驟D1:對活塞槽進行編號，接受控制模塊數(shù)據(jù)，決定需要識別活塞槽編號；步驟D2:將相機獲取的缸體圖像進行灰度化處理，得到具有四個活塞槽的灰度化的圖片；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，與包含四個活塞槽缸體的灰度化圖像進行比較，識別并定位四個活塞槽的位置；步驟D4:根據(jù)編號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。一種基于工業(yè)機器人的汽車發(fā)動機活塞、缸體裝配方法，包括如下步驟：步驟A1：調(diào)整相機參數(shù)，建立機器人的機械手爪和相機坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，設(shè)定機器人初始準(zhǔn)備位置點、缸體圖像采集位置點和缸體固定位置點；步驟A2：移動機器人到初始點，相機開始采集鐵架工作臺上的活塞圖像，計算機模塊根據(jù)活塞圖像識別出活塞，并計算活塞的個數(shù)，確定所要抓取的活塞；步驟A3：計算機模塊提取所要抓取活塞的特征，計算得到活塞位置；步驟A4：根據(jù)活塞位置，計算機模塊控制機器人移動并操作機械手爪抓取活塞，將已抓取的活塞，移動到缸體組合裝置的正上方圖像采集位置點，在裝配過程中，長時間未識別到活塞或者識別出錯，計算機模塊報警；步驟A5：交流伺服電機工作，將缸體轉(zhuǎn)動到固定位置，相機采集缸體圖像，根據(jù)缸體圖像特征識別出活塞槽；步驟A6：根據(jù)計算機模塊得到的活塞槽的位置，選擇其中一個活塞槽，并作標(biāo)記，控制機器人移動，將活塞移動到該活塞槽的正上方，利用機械手爪將活塞推入活塞槽中；步驟A7：將機器人移動到初始點，若裝配活塞個數(shù)未滿4個，重復(fù)步驟A2，A3，A4，A5，A6，將四個活塞依次送入到缸體的活塞槽中；步驟A8：裝配工作完成后，機器人回到初始點，交流伺服電機工作，將裝配好活塞的缸體轉(zhuǎn)到一個固定位置，為活塞的固定做準(zhǔn)備。采用上述技術(shù)方案，本專利技術(shù)產(chǎn)生的技術(shù)效果有：1、機器人的定位裝配都是由攝像頭的引導(dǎo)完成的，根據(jù)計算機模塊數(shù)據(jù)處理得到位置，與傳統(tǒng)的示教相比，該過程靈活性和精確性；2、缸體組合裝置可以靈活轉(zhuǎn)動，易于維護和控制，使裝配過程可操作性更強，同時更方便于汽車發(fā)動機之后的裝配；3、整個系統(tǒng)的控制過程都是由計算機模塊完成，各個部分工作獨立，相互協(xié)調(diào)，增加了機器人系統(tǒng)的穩(wěn)定性，極大地完善了機器人功能。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為缸體組合裝置的側(cè)視結(jié)構(gòu)圖；圖3為缸體組合裝本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于工業(yè)機器人的汽車發(fā)動機活塞、缸體裝配系統(tǒng)，其特征在于：包括機器人(11)、相機(12)、機械手爪(13)、缸體組合裝置(14)、計算機模塊(17)、活塞(19)；所述多個已裝配完成的活塞(19)并排放置在鐵架平臺(20)上；所述機械手爪(13)安裝在機器人(11)末端，用于抓取活塞(19)、夾緊活塞環(huán)，對活塞(19)進行裝配；所述相機(12)安裝在機器人(11)的手臂前端，用于識別定位活塞(19)和缸體組合裝置(14)上的缸體(15)；所述計算機模塊(17)通過信號線(18)分別與機器人(11)、相機(12)、機械手爪(13)、缸體組合裝置(14)連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和控制信號的傳輸。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于工業(yè)機器人的汽車發(fā)動機活塞、缸體裝配系統(tǒng)，其特征
在于：包括機器人(11)、相機(12)、機械手爪(13)、缸體組合裝置(14)、
計算機模塊(17)、活塞(19)；
所述多個已裝配完成的活塞(19)并排放置在鐵架平臺(20)上；
所述機械手爪(13)安裝在機器人(11)末端，用于抓取活塞(19)、
夾緊活塞環(huán)，對活塞(19)進行裝配；
所述相機(12)安裝在機器人(11)的手臂前端，用于識別定位活塞
(19)和缸體組合裝置(14)上的缸體(15)；
所述計算機模塊(17)通過信號線(18)分別與機器人(11)、相機
(12)、機械手爪(13)、缸體組合裝置(14)連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和控
制信號的傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工業(yè)機器人的汽車發(fā)動機活塞、缸體
裝配系統(tǒng)，其特征在于：所述缸體組合裝置(14)包括交流伺服電機(16)、
缸體(15)、夾合機構(gòu)(21)、基座(22)，所述交流伺服電機(16)安裝
在夾合機構(gòu)(21)上，所述夾合機構(gòu)(21)安裝在基座(22)上，所述缸
體(15)固定在夾合機構(gòu)(21)之間，通過交流伺服電機(16)轉(zhuǎn)動帶動
缸體(15)一起轉(zhuǎn)動，所述缸體(15)上設(shè)有多個活塞槽(31)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工業(yè)機器人的汽車發(fā)動機活塞、缸體
裝配系統(tǒng)，其特征在于：所述活塞(19)和缸體(15)上的活塞槽(31)
均設(shè)置為四個。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于工業(yè)機器人的汽車發(fā)動機活塞、缸體
裝配系統(tǒng)，其特征在于：所述交流伺服電機(16)轉(zhuǎn)動帶動缸體(15)做
360°旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工業(yè)機器人的汽車發(fā)動機活塞、缸體
裝配方法，其特征在于：所述計算機模塊(17)包括圖像識別定位模塊，
手爪控制模塊，機器人控制模塊，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，圖像定位識別模塊決定手爪控制模塊，機器人控制模塊，缸體裝配控

\t制模塊的運作精度，圖像定位識別模塊輸出的數(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)傳送到各個設(shè)備實現(xiàn)整體裝配工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于工業(yè)機器人的汽車發(fā)動機活塞、
缸體裝配系統(tǒng)，其特征在于：所述缸體組合裝置(14)的工作準(zhǔn)備過程如
下：
步驟B1；建立交流伺服電機(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(16)的轉(zhuǎn)動速度，等
待接收計算機模塊(17)發(fā)送裝配信號；
步驟B2：計算機模塊(17)發(fā)送裝配信號之后，將缸體(15)轉(zhuǎn)動
到裝配位置，等待活塞(19)的安裝；
步驟B3：待四個活塞(19)安裝完成，計算機模塊(17)發(fā)出轉(zhuǎn)配
完成信號，交流伺服電機(16)慢速旋轉(zhuǎn)180°，為活塞(19)固定做好
準(zhǔn)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于工業(yè)機器人的汽車發(fā)動機活塞、缸體
裝配系統(tǒng)，其特征在于：所述圖像識別定位模塊中活塞定位工作過程如下：
步驟C1：將相機(12)獲取的活塞圖像進行灰度化處理，得到包含
有多個活塞(19)底部的灰度化圖片；<...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊愛龍，喬紅，蘇建華，宋永博，趙向，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院自動化研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11