一种仿形柔性插件设备及插件方法

技术领域

本发明属于工业自动化技术，尤其涉及一种仿形柔性插件设备及插件方法。

背景技术

插件机是指将一些有规则的电子元器件自动、标准地插装在印制电路板导电通孔内的设备；但是对于实际使用中，电子元件的种类的，大小不一，单一的插件机需要不断更换适配才可以使用。

现有的插件机仅能根据预设好的待抓取元件大小来调整抓取的动作与插件的动作，并且一般需要单独配备一个编带设备，用以完成单一品类元件的整列与固定。但由于实际作业中，待插零件的大小，针脚宽度、长度均各不相同，一个插件机只能搭配一种固定的前端编带机器。这样在对不同规格的待插零件作业时，每次需要单独调整末端执行器，不适于多种待插零件混和场景的工业应用，兼容性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿形柔性插件设备，以解决现有技术中插件机存在兼容性差的问题。另外，本发明的另一目的在于提供一种采用上述仿形柔性插件设备的插件方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种仿形柔性插件设备，其包括机架以及安装在所述机架上的震动盘、视觉检测系统、机械臂、末端执行器和控制系统，其中，

所述震动盘被配置为调整震动盘内处于取料位置的待插零件的姿态，以使所述待插零件处于检测状态；

所述视觉检测系统位于所述震动盘的上方，所述视觉检测系统被配置为对处于检测状态的所述待插零件进行拍照，以获取所述待插零件的识别信息，

所述机械臂的固定端安装在所述机架上，所述机械臂的输出端安装有末端执行器，所述机械臂被配置为驱动所述末端执行器在取料位置和插料位置之间或取料位置和放料位置之间往复移动，所述末端执行器被配置为根据识别结果在所述取料位置拾取拍照检测后的待插零件，或，在所述插料位置或所述放料位置模拟人工插件动作将拾取的待插零件插装在对应基体上，

所述控制系统至少被配置为控制所述震动盘、视觉检测系统、机械臂、末端执行器工作。

进一步的说，所述机械臂为scara类型机械臂、delta机械臂或六轴机械臂的任一种。

进一步的说，所述视觉检测系统包括检测相机和安装支架，所述检测相机安装在所述安装支架上，所述检测相机相对于所述安装支架在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向以及拍照角度可调，所述视觉检测系统获取的识别信息为零件品类、三维尺寸、引脚宽度、引脚的平面度、引脚的直线度的任一种或几种。

进一步的说，所述末端执行器包括旋转机构、横移机构和拾取机构，所述旋转机构包括旋转驱动件和旋转件，所述旋转驱动件的固定端安装在机械手臂或驱动模组的驱动端，所述旋转驱动件的驱动端连接所述旋转件，所述旋转驱动件驱动所述旋转件旋转预设角度，以调节所述末端执行器的姿态，所述横移机构包括横移驱动件，所述拾取机构包括间隔设置的第一拾取件和第二拾取件，所述第一拾取件和所述第二拾取件被配置为拾取至少一个待插零件，所述第一拾取件和/或所述第二拾取件可活动地安装在所述旋转件上，所述横移驱动件被配置为驱动所述第一拾取件和所述第二拾取件相互靠近或远离，以调整所述第一拾取件和所述第二拾取件所拾取的待插零件的间距。

进一步的说，所述旋转件上还设置有压料机构，所述压料机构包括压料驱动件和压料件，所述压料驱动件的固定端安装在所述旋转件上，所述压料驱动件的驱动端连接所述压料件，所述压料驱动件被配置在所述第一拾取件和所述第二拾取件放料前或放料时驱动所述压料件将所述待插零件压在指定位置上。

进一步的说，所述第一拾取件固定安装在所述旋转件上，所述横移机构还包括横移件，所述横移件可活动地安装在所述旋转件上，所述横移驱动件的固定端固定安装在所述旋转件上，所述横移驱动件的驱动端连接所述横移件，所述第二拾取件固定安装在所述横移件上，所述横移驱动件驱动所述横移件往复移动，以带动所述第二拾取件靠近或远离所述第一拾取件。

进一步的说，所述第一拾取件包括第一驱动件和两个柔性夹爪，所述第一驱动件的固定端安装在所述旋转件上，所述第一驱动件的驱动端连接所述两个柔性夹爪，所述第一驱动件驱动所述两个柔性夹爪相互靠近或远离，以对所述待插零件进行夹取或松开，所述第二拾取件包括第二驱动件和两个柔性夹爪，所述第二驱动件的固定端安装在所述横移件上，所述第二驱动件的驱动端连接所述两个柔性夹爪，所述第二驱动件驱动所述两个柔性夹爪相互靠近或远离，以对所述待插零件进行夹取或松开。

进一步的说，所述第一拾取件和所述第二拾取件共用一个第三气缸，所述第一拾取件和第二拾取件均包括两个柔性夹爪，所述第三气缸被配置为驱动所述第一拾取件和第二拾取件的两个柔性夹爪相互靠近或远离，以对所述待插零件进行夹取或松开。

进一步的说，所述柔性夹爪的底部向远离所述旋转件的一侧折弯预设角度，或，所述柔性夹爪的底部向靠近所述旋转件的一侧折弯预设角度，所述柔性夹爪的夹持面上设置有用于提高与所述待插零件摩擦力的功能部。

进一步的说，所述横移驱动件的输出轴通过丝杆和丝杆螺母组成的传动副连接横移板，所述横移板与所述横移件连接，所述压料驱动件的输出轴通过丝杆和丝杆螺母组成的传动副连接升降块，所述升降块与所述压料件连接，或所述横移驱动件的驱动端与所述横移件连接，所述压料驱动件的驱动端与所述压料件连接。

一种插件方法，其通过上述仿形柔性插件设备实施，包括以下步骤：

初始状态下所述机械臂处于原点位置，

所述震动盘启动，通过所述震动盘的震动，调整所述震动盘内处于取料位置的待插零件的姿态，以满足对所述待插零件的检测，

所述震动盘每次震动后，所述视觉检测系统会对处于检测状态的所述待插零件进行识别，以获取识别信息，

所述控制系统根据识别结果先控制机械臂将所述末端执行器移至所述取料位置后，再控制所述末端执行器的两个柔性夹爪的形态和间距，以满足夹取所述待插零件的要求，

所述控制系统控制两个柔性夹爪夹取所述待插零件，并控制所述机械臂将夹取的所述待插零件移至插料位置或放料位置，所述插料位置为所述基体的待插孔位的上方或所述待插零件的待放置点，

所述控制系统判断所述待插零件是否处于正确的插装姿态，若所述待插零件处于正确的插装姿态，则所述压料驱动件驱动压料件将待插零件插入对应的基体的待插孔内，若所述待插零件未处于正确的插装姿态，则所述旋转驱动件驱动所述旋转件旋转预设角度，使得所述待插零件旋转至正确的插装姿态，最后所述压料驱动件驱动压料件将待插零件插入对应的基体的待插孔内。

本发明的有益效果为，与现有技术相比所述兼容性好的柔性插件仿形末端执行器具有以下优点：

1)通过震动盘、视觉检测机构、机械臂和末端执行器的配合，能够适用于对不同规格的零件进行放置和插件，兼容性好；同时在放置或插件过程中，能够模拟人工放置或插件的仿形动作，方便了待插零件的放置或插件，保证了插件操作的准确性和一致性。

2)末端执行器上设置有压料机构，能够在两个柔性夹爪松开待插零件前或松开待插零件时将待插零件压在指定位置上，以避免待插零件在两个柔性夹爪松开待插零件时发生移位，保证待插零件放置或插件的稳定性和准确性。

3)整个结构紧凑，占用空间小。

附图说明

图1是本发明实施例提供的仿形柔性插件设备的立体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的仿形柔性插件设备的末端执行器的立体结构示意图；

图3是本发明实施例提供的仿形柔性插件设备的末端执行器的又一立体结构示意图；

图4是图2中A处的局部放大图；

图5是图3中B处的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，当部件被称为“固定于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者也可以存在居中的部件。当一个部件被认为是“连接”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者可能同时存在居中部件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1所示，图1是本发明实施例提供的仿形柔性插件设备的立体结构示意图。

本发明实施例提供一种仿形柔性插件设备用于实现对不同规格的待插零件的自适应抓取、放置和插件，本实施例的仿形柔性插件设备包括机架10以及安装在机架10上的震动盘20、视觉检测系统30、机械臂40、末端执行器50和控制系统，其中，震动盘20被配置为调整震动盘20内处于取料位置的待插零件的姿态，以使待插零件处于检测状态；视觉检测系统30位于震动盘20的上方，视觉检测系统30被配置为对处于检测状态的待插零件进行拍照，以获取待插零件的识别信息，并将获取的识别信息发送至控制系统进行识别，机械臂40的固定端安装在机架10上，机械臂40的输出端安装有末端执行器50，机械臂40被配置为驱动末端执行器50在取料位置和插料位置之间往复移动，末端执行器50被配置为根据识别结果在取料位置拾取拍照检测后的待插零件，或，在插料位置模拟人工插件动作将拾取的待插零件插装在对应基体上，控制系统至少被配置为控制震动盘20、视觉检测系统30、机械臂40、末端执行器50工作。

作为一种实施方式，机械臂40为scara类型机械臂、delta机械臂或六轴机械臂的任一种。

可见，通过震动盘20将待插零件调整至检测状态，视觉检测系统30对待插零件拍照识别，末端执行器50根据视觉检测系统30的识别结果对待插零件进行拾取，机械臂40将末端执行器50拾取的待插零件移至插料位置的正上方或放料位置，并模拟人工插件动作拾取的待插零件插装在对应基体上或将待插零件放在待插位置处，实现了待插零件的自动拾取、放置和插件，兼容性好，方便了待插零件的放置和插件，保证了插件操作的准确性和一致性。

作为一种实施方式，视觉检测系统30包括检测相机31和安装支架，检测相机31通过安装支架位于震动盘20的上方，安装支架包括第一支架32、第二支架33和第三支架34，第一支架32竖直固定在机架10上，第二支架33水平设置，第二支架33通过第一连接头35可调高和旋转地安装在第一支架32上，第三支架34通过第二连接头36可水平调节和旋转地安装在第二支架33上，第三支架34与第一支架32和第二支架33相互垂直，检测相机31可调节地安装在第三支架34上。

可见，通过检测相机31实现了对待插零件的拍照检测，通过第一支架32、第二支架33、第三支架34、第一连接头35和第二连接头36的配合，能够实现检测相机31在三个方向的调节，以便于对不同位置处的待插零件进行拍照检测。

请参阅图2至图5所示，作为一种实施方式，末端执行器50包括旋转机构51、横移机构52和拾取机构53，旋转机构51包括旋转驱动件510和旋转件511，旋转驱动件510的固定端安装在机械手臂或驱动模组的驱动端，旋转驱动件510的驱动端连接旋转件511，旋转驱动件510驱动旋转件511旋转预设角度，横移机构52包括横移驱动件520，拾取机构53包括间隔设置的第一拾取件530和第二拾取件531，第一拾取件530和第二拾取件531均被配置为拾取至少一个待插零件，第一拾取件530和/或第二拾取件531可活动地安装在旋转件511上，横移驱动件100被配置为驱动第一拾取件530和第二拾取件531相互靠近或远离，以调整第一拾取件530和第二拾取件531所拾取的待插零件的间距。

具体的，旋转驱动件510采用旋转气缸，旋转驱动件510的固定端通过连接座512可拆装地固定安装在机械臂40的驱动端。

可见，通过旋转驱动件510驱动旋转件511旋转预设角度，以调整第一拾取件530和第二拾取件531所拾取的待插零件的姿态，以便于待插零件的插件或放置，通过横移驱动件520驱动第一拾取件530和第二拾取件531相互靠近或远离，以对两个拾取件的待插零件间距的调节，实现不同规格的待插零件的兼容。

作为一种实施方式，旋转件511上还设置有压料机构54，压料机构54包括压料驱动件540和压料件541，压料驱动件540的固定端安装在旋转件511上，压料驱动件540的驱动端连接压料件541，压料驱动件540被配置在第一拾取件530和第二拾取件531放料前或放料时驱动压料件541将待插零件压在指定位置上。

可见，通过压料驱动件540驱动压料件541在放料前或放料时将待插零件压在指定位置上，避免了第一拾取件530和第二拾取件531在放料时，待插零件发生移位，以保证保证待插插件或放置的位置准确度。

作为一种实施方式，第一拾取件530固定安装在旋转件511上，横移机构52还包括横移件521，横移件521可活动地安装在旋转件511上，横移驱动件520的固定端固定安装在旋转件511上，横移驱动件520的驱动端连接横移件521，第二拾取件531固定安装在横移件521上，横移驱动件520驱动横移件521往复移动，以带动第二拾取件531靠近或远离第一拾取件530。

具体的，横移件521开设有多个安装孔522，第二拾取件531通过安装孔522安装在横移件521上，通过将第二拾取件531安装在不同安装孔522内，以调整第二拾取件531的安装位置，进而调节第二拾取件531与第一拾取件530的安装间距。

可见，通过将第一拾取件530作为固定状态的拾取件，通过将第二拾取件531作为活动状态的拾取件，提供了一种结构简单且便于调节两个拾取件间距的拾取机构。

作为一种实施方式，第一拾取件530包括第一气缸532和两个柔性夹爪533，第一气缸532的固定端安装在旋转件511上，第一气缸532的驱动端连接两个柔性夹爪533，第一气缸532驱动对应的两个柔性夹爪533相互靠近或远离，以对待插零件进行夹取或松开。第二拾取件531包括第二气缸534和两个柔性夹爪533，第二气缸534的固定端安装在横移件521上，第二气缸534的驱动端连接两个柔性夹爪533，第二气缸534驱动对应的两个柔性夹爪533相互靠近或远离，以对待插零件进行夹取或松开。

当然，在具体的应用过程中，第一拾取件530和第二拾取件531还可以共用一个第三气缸，第一拾取件530和第二拾取件531均包括两个柔性夹爪533，第三气缸被配置为驱动第一拾取件530和第二拾取件531的两个柔性夹爪533相互靠近或远离，以对待插零件进行夹取或松开。

可见，通过柔性夹爪的方式来夹取待插零件，结构简单，同时能够避免因硬接触对待插零件造成损伤。

作为一种实施方式，柔性夹爪533的底部向远离旋转件511的一侧折弯预设角度。以便于夹取待插零件，柔性夹爪533为扁平状，且柔性夹爪533的夹持面上设置有用于提高与待插零件摩擦力的功能部，以增大夹爪与待插零件的摩擦力，提高夹持的稳定可靠性。

需要说明的是，柔性夹爪533也可以是圆柱形、长条形等，功能部可以是开设在柔性夹爪533的夹持面上的齿，或覆盖柔性夹爪533的夹持面的防滑层。

当然，根据实际的应用场景，柔性夹爪533的底部也可向靠近旋转件511的一侧折弯预设角度。以便于夹取待插零件。

作为一种实施方式，旋转驱动件510设置在旋转件511沿长度方向的第一端，压料驱动件540设置在旋转件511的第二端，横移件521、第一拾取件530、第二拾取件531和压料件541设置在旋转件511的第一侧(即旋转件511的正面)，横移驱动件520设置在旋转件511的第二侧(即旋转件511的背面)。

通过将旋转驱动件510、旋转件511、横移件521、第一拾取件530、第二拾取件531、压料件541和横移驱动件520的合理布局，提供了一种结构紧凑，占用空间小的末端执行器。

作为一种实施方式，横移驱动件520和压料驱动件540均采用电机，横移驱动件520的输出轴通过丝杆和丝杆螺母组成的传动副连接横移板523，横移板523贯穿旋转件511与横移件521连接，压料驱动件540的输出轴通过丝杆和丝杆螺母组成的传动副连接升降块542，升降块542与压料件541连接。

作为一种实施方式，横移驱动件520和压料驱动件540还可采用气缸，横移驱动件520的驱动端连接横移板523，横移板523贯穿旋转件511与横移件521连接，压料驱动件540的驱动端连接升降块542，升降块542与压料件541连接。

作为一种实施方式，横移件521通过直线导轨和滑块组成的滑动副水平安装在旋转件511上，升降块542通过直线导轨和滑块组成的滑动副竖直安装在旋转件511上。以提高横移件210横移和升降块542升降的平稳性。

一种仿形柔性插件设备的插件方法，其包括以下步骤：

初始状态下，机械臂40处于原点位置，

震动盘20启动，通过震动盘20的震动，调整震动盘20内处于取料位置的待插零件的姿态，以满足对待插零件的检测，

震动盘20每次震动后，视觉检测系统30会对处于检测状态的待插零件进行识别，以获取识别信息，并将获取的识别信息发送至控制系统进行识别，

控制系统根据识别结果先控制机械臂40将末端执行器50移至取料位置后，再控制末端执行器50的两个柔性夹爪533的形态和间距，以满足夹取待插零件的要求，

控制系统控制两个柔性夹爪533夹取待插零件，并控制机械臂40将夹取的待插零件移至插料位置，插料位置为基体的待插孔位的上方，

控制系统判断待插零件是否处于正确的插装姿态，若待插零件处于正确的插装姿态，则压料驱动件540驱动压料件541将待插零件插入对应的基体的待插孔内，若待插零件未处于正确的插装姿态，则旋转驱动件510驱动旋转件511旋转预设角度，使得待插零件旋转至正确的插装姿态，最后压料驱动件540驱动压料件541将待插零件插入对应的基体的待插孔内。

作为一种实施方式，视觉检测系统获取的识别信息包括但不限于：零件品类、三维尺寸、引脚宽度、引脚的平面度、引脚的直线度的任一种或几种；识别的结果包括但不限于：待插零件是否符合夹取标准、符合夹取标准的个数、待插零件的平面尺寸、针脚的长度和宽度；

作为一种实施方式，视觉检测系统自带补光灯，以优化图像质量与识别结果。

以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述事例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。