用于拨开已插线缆和引导端子入孔的辅助插线装置及方法

1.本发明涉及线缆装配技术领域，特别是一种用于拨开已插线缆和引导端子入孔的辅助插线装置及方法。


背景技术：

2.在线缆装配过程中，一个重要任务是将线缆插入控制电路板上对应的端子连接器中，以便实现对如电梯等设备的控制。传统的配线工序需要通过人工完成，劳动效率低，工作强度大，因此，应用工业机器人完成自动化配线成为新的趋势。然而，实现机器人完全自动线缆装配的一个技术难题是：当端子连接器已经插有多根线缆时，已插线缆会对待插孔构成遮挡。由于遮挡情况不受控并难以预测，这必然会对机器人插线过程中的视觉识别和力学判断造成极大干扰。另外，由于插线的线缆存在一定柔性、线缆制造公差、机器人夹持位置姿态偏差、线缆重力影响等因素，现有视觉定位技术难以保证将端子与待插连接器精确、可靠对准，因此亟需一种辅助插线机构帮助机器人完成线缆的插入。


技术实现要素：

3.本发明的第一目的在于解决多线插存在的复杂干扰的问题，提出一种用于拨开已插线缆和引导端子入孔的辅助插线装置，该装置可将遮挡在待插孔前方的已插线缆拨开，同时引导线缆顺利进入连接器孔，有效地降低了对线缆的定位精度要求。
4.本发明的第二目的在于提出一种用于拨开已插线缆和引导端子入孔的辅助插线方法，为解决多线插的遮挡问题和定位困难问题提供了一种有效解决方案。
5.本发明的第一目的通过下述技术方案实现：
6.一种用于拨开已插线缆和引导端子入孔的辅助插线装置，包括基座、运动模组、拨线机构和布线板，其中，布线板固定在基座上，布线板上设有未插满线缆的连接器；运动模组安装在基座上，拨线机构安装在运动模组上，并随运动模组的移动而移动；插线时，拨线机构由运动模组带动其移动至连接器的位置，待插线缆插入到拨线机构中，由拨线机构拨开连接器的已插入线缆，并对准被已插入线缆遮挡的接线孔以引导线缆末端上的端子入孔。
7.优选的，运动模组包括两个竖直方向直线模组、水平方向直线模组、传动轴、第一电机和第二电机；其中，两个竖直方向直线模组安装在基座上且相互平行，第一电机安装在其中一个竖直方向直线模组上，第一电机通过传动轴与两个竖直方向直线模组传动连接，以同时驱动两个竖直方向直线模组；水平方向直线模组安装在竖直方向直线模组的滑块上，并由竖直方向直线模组带动其竖直移动，第二电机安装在水平方向直线模组上，其连接并驱动水平方向直线模组；拨线机构安装在一过渡件上，并通过该过渡件固定在水平方向直线模组的滑块上，并由水平方向直线模组带动其移动。
8.优选的，拨线机构包括气动滑台、连接件、气动夹爪、两个外框架、两个推杆气缸、两个导向块和四个伞型拨块，气动滑台安装在过渡件上，连接件安装在气动滑台上方，气动
滑台带动连接件前后移动；气动夹爪收容在连接件中，两个外框架对称地安装在气动夹爪的左、右滑块上，并随着气动夹爪的开闭而相互靠拢或分离；
9.每个导向块在其前端面均凸设有逐渐缩小的引导部，每个伞型拨块在其前端面均凸设有尖锥部；每个外框架对应一个导向块、一个推杆气缸和两个伞型拨块，其中，导向块和推杆气缸均位于外框架中，导向块连接推杆气缸并由该推杆气缸推动其前后移动，两个伞型拨块均嵌设于外框架并上下堆叠，其尖锥部均向前延伸出外框架；
10.两个引导部在合拢情况下共同合成一空心的台体，四个尖锥部在合拢情况下共同合成一空心的锥体。
11.更进一步的，每个外框架凹设一上导轨和一下导轨，对于嵌设在该外框架并上下堆叠的两个伞型拨块，其中上导轨作为堆叠在上方的伞型拨块的滑动轨道，下导轨作为堆叠在下方的伞型拨块的滑动轨道，两个伞型拨块均通过弹性件与外框架相连接，同时通过插入外框架的定位销来限制滑动行程；
12.在推杆气缸驱动导向块前推的情况下，两个引导部将四个伞型拨块向对应导轨所在的方向推开，在推杆气缸驱动导向块后退的情况下，四个伞型拨块在弹性件弹力的推动下合拢。
13.更进一步的，每个外框架的边角处对应安装有端盖，且该端盖恰好位于上导轨和/或下导轨末端；每个外框架的前端面对应安装有挡板，尖锥部显露出挡板。
14.更进一步的，引导部前端的内部尺寸与连接器接线孔尺寸相同。
15.优选的，布线板为竖直设置，布线板上还设有限位线夹，限位线夹用于夹紧已插线缆以限制已插线缆移动。
16.优选的，运动模组和拨线机构分别连接上位控制系统，并由上位控制系统控制；上位控制系统同时还连接多轴联动机器人，并控制多轴联动机器人夹取待插线缆以及移动至拨线机构的位置，将待插线缆插入到拨线机构中。
17.本发明的第二目的通过下述技术方案实现：
18.一种用于拨开已插线缆和引导端子入孔的辅助插线方法，所述方法基于本发明第一目的所述的用于拨开已插线缆和引导端子入孔的辅助插线装置，包括如下步骤：
19.s1、对孔：上位控制系统控制运动模组移动至布线板上的连接器的位置，使拨线机构对准连接器中位于两条已插入线缆之间并相邻于待插线接线孔的空隙，并顶到该空隙处，然后再控制运动模组带动拨线机构移动，以对准该待插线的接线孔；
20.s2、拨线：上位控制系统控制拨线机构拨开已插入线缆，进而顶到待插线的接线孔；
21.s3、插线：上位控制系统控制多轴联动机器人夹取待插线缆，控制多轴联动机器人移动至拨线机构的位置，并将待插线缆末端上的端子插入到拨线机构中，端子在拨线机构的引导下，通过拨线机构并进入接线孔；
22.s4、回位：上位控制系统控制多轴联动机器人、拨线机构和运动模组恢复到对孔前的初始状态。
23.优选的，步骤s1的过程具体如下：
24.首先，上位控制系统控制多轴联动机器人夹取待插线缆，控制拨线机构的气动滑台和推杆气缸处于压缩状态，气动夹爪处于闭合状态，使得两个导向块合拢，两个引导部共
同合成一台体，四个伞型拨块合拢，四个尖锥部共同合成一锥体；然后，上位控制系统控制多轴联动机器人移动到连接器前，并通过多轴联动机器人上的双目相机拍照，上位控制系统基于拍摄的图片，求出连接器在多轴联动机器人世界坐标系的位置，从而控制运动模组移动并对准连接器中某一待插线接线孔旁的空隙；接着，上位控制系统通过气动滑台将伞型拨块前推，使尖锥部顶在空隙处；最后，上位控制系统控制运动模组带动拨线机构移动到待插线的接线孔，使尖锥部与该接线孔对准；
25.步骤s2的过程具体如下：
26.上位控制系统通过两个推杆气缸将两个导向块前推，使得引导部顶到4个伞型拨块，此时四个伞型拨块被引导部朝向四个方向推开，尖锥部撑开遮挡在待插线接线孔周围的已插线缆，使引导部顶在接线孔上；
27.步骤s3的过程具体如下：
28.上位控制系统控制多轴联动机器人夹取待插线缆，然后基于双目相机拍摄的图片，计算多轴联动机器人所夹持的端子的位置和姿态，进而驱动多轴联动机器人移动，以将端子与导向块后端对准，然后再夹着端穿过引导部并进入接线孔；
29.步骤s4的过程具体如下：
30.上位控制系统控制多轴联动机器人松开线缆，并移动回到初始位置，控制推杆气缸和气动滑台压缩，气动夹爪打开，拨线机构与线缆分离，控制运动模组运动回初始位置。
31.本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
32.(1)本发明针对使用工业机器人向同一个端子连接器先后插入多根线缆时，已插线缆会遮挡待插连接器孔的问题以及柔性线缆端子对孔困难的问题，设计了一种可以将已插线缆拨开和引导线缆端子入孔的辅助插线装置，该装置结构简单，主要由基座、运动模组、拨线机构和布线板组成，在插线时，运动模组可以带动拨线机构移动至连接器的位置，拨线机构可以拨开连接器的已插入线缆，并对准被已插入线缆遮挡的接线孔以引导线缆末端上的端子入孔，操作非常方便且可实现自动化，可为实现用机器人将多根线缆插同一端子连接器提供有力的技术支持。
33.(2)本发明装置的核心是安装在运动模组上的拨线机构，该机构模仿雨伞打开的原理，通过推杆气缸的前推动作将伞型拨块分离，以达到拨开已插线缆的效果，通过导向块的引导部顶到连接器孔，以达到引导线缆端子顺利入孔，降低柔性线缆端子对孔困难的效果，可为实现机器人配线过程，提高线缆装配领域的自动化程度提供有力支持。
34.(3)本发明将拨线机构设计成左右对称结构，并通过气动夹爪实现拨线机构的打开和闭合，使得拨线机构在完成线缆插孔后可以轻松脱离线缆。
附图说明
35.图1为本发明实施例1中用于拨开已插线缆和引导端子入孔的辅助插线装置的整体结构图。
36.图2为拨线机构从后侧观察的结构图。
37.图3为拨线机构在仅安装一个挡板情况下从前侧观察的结构图。
38.图4为拨线机构的局部分解图。
39.图5为拨线机构左侧伞型拨块处于收拢和撑开状态时的内部结构图。
40.图6为插线用的多轴联动机器人与图1装置的配合示意图。
41.图7为多轴联动机器人末端的结构图。
42.图8为上排待插孔被下侧已插线缆遮挡和下排待插孔被上侧已插线缆遮挡的示意图。
43.标号说明：
[0044]1‑
基座，101
‑
模组底座连接件，2
‑
运动模组，201
‑
水平方向直线模组，202
‑
竖直方向直线模组，203
‑
l型地脚，204
‑
传动轴，205
‑
第一电机，206
‑
第二电机，3
‑
拨线机构，301
‑
过渡件，302
‑
气动滑台，303
‑
连接件，304
‑
气动夹爪，305
‑
左外框架，306
‑
右外框架，307
‑
推杆气缸，308
‑
导向块，309伞型拨块，310
‑
上导轨，311
‑
下导轨，312
‑
弹性件，313
‑
挡板，314
‑
端盖，315
‑
定位销，316
‑
引导部，317
‑
尖锥部，4
‑
布线板，401
‑
连接器，402
‑
限位线夹，403
‑
上排孔，404、405
‑
空隙，406
‑
下排孔，5
‑
多轴联动机器人，501
‑
双目相机，502
‑
气动手指，503
‑
线缆，504
‑
端子。
具体实施方式
[0045]
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0046]
实施例1
[0047]
本实施例提供了一种用于拨开已插线缆和引导端子入孔的辅助插线装置，如图1所示，包括基座1、运动模组2、拨线机构3和布线板4。
[0048]
其中，基座为由4040方铝和角件搭建成的框架结构，布线板固定在基座上并竖直设置，布线板上设有供插线的连接器401以及限位线夹402，限位线夹可用来夹紧已插入连接器的线缆，限制已插线缆移动。
[0049]
运动模组2包括两个竖直方向直线模组202、水平方向直线模组201、传动轴204、第一电机205和第二电机206。两个竖直方向直线模组均通过模组底座连接件101安装在基座上，并且相互平行。第一电机通过电机笼和联轴器安装在其中一个竖直方向直线模组上，第一电机通过传动轴与两个竖直方向直线模组传动连接，可驱动两个竖直方向直线模组同时做上下往复运动。
[0050]
水平方向直线模组通过l型地脚203安装在两个竖直方向直线模组的滑块上，并由两个竖直方向直线模组带动其竖直移动。第二电机安装在水平方向直线模组上并连接水平方向直线模组，可驱动水平方向直线模组做水平往复运动。拨线机构通过一过渡件安装在水平方向直线模组的滑块上，可随着水平方向直线模组水平或竖直移动。
[0051]
如图2～5所示，拨线机构3具体包括气动滑台302、连接件303、气动夹爪304、两个外框架、两个推杆气缸307、两个导向块308和四个伞型拨块309。每个导向块在其前端面均凸设有逐渐缩小的引导部316，每个伞型拨块在其前端面均凸设有尖锥部317。
[0052]
气动滑台通过螺钉安装在过渡件301上，连接件安装在气动滑台上方，气动滑台带动连接件前后移动；气动夹爪收容在连接件中，两个外框架为左外框架305和右外框架306，两者对称地安装在气动夹爪的左、右滑块上，并随着气动夹爪的开闭而相互靠拢或分离。
[0053]
如图4所示，每个外框架对应一个导向块、一个推杆气缸和两个伞型拨块，其中，导向块和推杆气缸均安装于外框架，导向块连接推杆气缸并由该推杆气缸推动其前后移动，
两个伞型拨块均嵌设于外框架并上下堆叠，其尖锥部均向前延伸出外框架。
[0054]
每个外框架凹设有一上导轨310和一下导轨311，两导轨在延伸至相交情况下可合成“v”形。对于嵌设在该外框架并上下堆叠的两个伞型拨块，其中上导轨作为处于上方的伞型拨块的滑动轨道，下导轨作为处于下方的伞型拨块的滑动轨道。
[0055]
每个伞型拨块均通过弹性件312与外框架相连接，伞型拨块彼此分离时会压缩到弹性件，之后即可通过弹性件弹力推动伞型拨块回位，四个伞型拨块紧密贴合。在本实施例中，弹性件可采用弹簧。每个外框架设置有限位槽，每个伞型拨块可通过插入限位槽的定位销315来限制滑动行程。
[0056]
在推杆气缸驱动导向块前推的情况下，两个导向块为合拢状态时，两个引导部也为合拢状态且共同合成一空心的台体，可供端子插入，且在前推时可以将四个伞型拨块向四个导轨所在的四个方向推开，进而拨开已插线缆。
[0057]
在推杆气缸驱动导向块后退的情况下，导向块不再推开四个伞型拨块，四个伞型拨块在弹性件弹力的推动下合拢，此时四个尖锥部也为合拢状态并且共同合成一空心的锥体，此种状态下能比较轻松地进入已插线缆之间的间隙。
[0058]
引导部合拢形成的内部空间由于类似于漏斗形，引导部后端较宽，因此可以方便线缆末端上的端子504插入，引导部前端较窄，本实施例设计其内部尺寸与连接器接线孔尺寸相同，当引导部前端顶到接线孔上时，引导部可起到引导待插线缆端子进入到连接器孔内的作用。
[0059]
每个外框架在其前端面还对应安装有挡板313，尖锥部可显露出挡板。每个外框架的边角处对应安装有端盖314，该端盖恰好位于上导轨和/或下导轨末端以闭合上导轨和/或下导轨，避免伞型拨块滑出。在本实施例中，如图2和图3所示，两个上导轨可直接连通至外部，因此在外框架的左上角位置和右上角位置安装有端盖来闭合两个上导轨。在组装伞型拨块时，可以先拆开挡板和端盖，将伞型拨块放入上导轨和下导轨，之后再通过螺钉将挡板和端盖固定。
[0060]
在本实施例中，第一、二电机可采用步进电机，且配套有稳压电源和驱动器等电气设备。气动夹爪可采用薄型夹爪气缸，过渡件和连接件可采用铝板。推杆气缸可采用微型推杆气缸。限位线夹为弹性线夹，可通过气动滑台使引导部抵接到限位线夹，从而将限位线夹压开，使得线缆可以进入到限位线夹中，待引导部离开该限位线夹，该限位线夹由于弹性随即恢复原状并夹紧线缆。
[0061]
上述辅助插线装置可与多轴联动机器人5、上位控制系统共同构成自动插线系统。多轴联动机器人可采用六轴联动机器人，参见图6和图7，上位控制系统可由上位机和运动控制卡组成。
[0062]
上位机连接多轴联动机器人，通过通讯协议向多轴联动机器人通信，控制多轴联动机器人的气动手指502夹取待插线缆503、移动至拨线机构的位置、将待插线缆插入到拨线机构中，以及接收多轴联动机器人上的双目相机501的采集数据。上位机连接运动控制卡，运动控制卡再连接第一、二、三电机的驱动器，通过轴信号控制驱动器工作状态，进而控制运动模组的运动；同时，运动控制卡还连接气动滑台、气动夹爪、推杆气缸的电磁阀，通过i/o信号控制电磁阀开合，进而控制拨线机构的拨线和引导入孔工作。
[0063]
另外，本实施例还公开了一种用于拨开已插线缆和引导端子入孔的辅助插线方
法，该方法基于上述辅助插线装置，可实现在连接器中待插线的接线孔被已插线缆遮挡情况下线缆准确入孔，整个插线过程包括了对孔、拨线、插线和回位步骤。
[0064]
其中，已插线缆被待插孔遮挡可分为两种情况：第一种是限位线夹布置在连接器上方，待插线的接线孔为连接器上排孔403，插在下排孔406的线缆已经被限位线夹拉紧，因而对上排孔形成了遮挡，两条相邻的已插线缆之间存在空隙404，参见图8中的(1)图。第二种则是限位线夹布置在连接器下方，待插线的接线孔为连接器下排孔，插在上排孔的线缆已经被限位线夹拉紧，因而对下排孔形成了遮挡，两条相邻的已插线缆之间存在空隙405，参见图8中的(2)图。
[0065]
这里，针对第一种情况阐述对孔、拨线、插线和回位的过程：
[0066]
s1、对孔：
[0067]
首先，如图6和图7所示，上位控制系统控制多轴联动机器人夹取待插线缆，控制气动滑台和推杆气缸处于压缩状态，气动夹爪处于闭合状态，使得两个导向块合拢，两个引导部共同合成一台体，四个伞型拨块合拢，四个尖锥部共同合成一锥体；
[0068]
然后，上位控制系统控制多轴联动机器人移动到布线板上的连接器前，且与连接器相距一定距离，上位控制系统通过多轴联动机器人上的双目相机拍照，上位控制系统基于拍摄的图片，通过三角测量法求出连接器在多轴联动机器人世界坐标系的位置，从而控制运动模组移动并对准连接器中位于两条已插入线缆之间并位于待插线接线孔的正下方孔旁的空隙404，可参见图8；
[0069]
接着，上位控制系统通过气动滑台将伞型拨块前推，使尖锥部顶在该空隙处；
[0070]
最后，上位控制系统控制运动模组带动拨线机构移动到待插线接线孔左侧，再向右移动，使尖锥部与该接线孔对准。
[0071]
s2、拨线：
[0072]
上位控制系统通过两个推杆气缸将两个导向块前推，使得引导部顶到4个伞型拨块，如图5所示，此时四个伞型拨块被引导部朝向四个方向推开，尖锥部撑开遮挡在待插线接线孔周围的已插线缆，使引导部顶在接线孔上。
[0073]
s3、插线：
[0074]
上位控制系统控制多轴联动机器人夹取待插线缆，然后基于双目相机拍摄的图片，计算多轴联动机器人所夹持的端子504的位置和姿态，进而控制多轴联动机器人移动至拨线机构的位置，并将待插线缆末端上的端子对准拨线机构的导向块后端并插入其中，随后再夹着端子，令端子穿过引导部并在引导部的引导下进入接线孔。
[0075]
s4、回位：
[0076]
上位控制系统控制多轴联动机器人、拨线机构和运动模组恢复到对孔前的初始状态，即多轴联动机器人松开线缆，并移动回到初始位置，控制推杆气缸和气动滑台压缩，气动夹爪打开，拨线机构与线缆分离，控制运动模组运动回初始位置。
[0077]
第二种情况的插线过程可同理参见上述步骤，这里不再赘述。
[0078]
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。