一种工件自动装配系统的制作方法

本技术涉及空调生产，尤其涉及一种工件自动装配系统。

背景技术：

1、在现代制造业中，镶件注塑成型是一种广泛应用的工艺，例如在生产空调的离心风叶、电子产品的外壳等部件时，通常需要在注塑前将金属轴套、螺母等镶件（作为一种工件）预先精确地放置在注塑机的模具型腔内。目前，实现镶件放置主要有两种方式。

2、一种是传统的人工操作方式。操作人员在注塑机每次开模后，通过手动或使用简单的工具将镶件放置到模具中。这种方式存在诸多弊端：操作人员的手部需要在开合的模具之间进行作业，存在严重的安全隐患；人工操作的速度和节拍受制于人的生理极限和疲劳程度，导致生产效率低下且不稳定；长时间重复性的弯腰、伸手操作，劳动强度大；人工放置的精度难以保证，容易因放置偏斜或遗漏而产生次品，影响产品质量。

3、另一种方式是采用工业机器人配合视觉定位系统来实现自动化放置。通常由振动盘等供料装置对镶件进行大致的排序和供给，然后由机器人抓取镶件，并通过工业相机拍照识别镶件的精确位置和姿态，最后机器人根据视觉系统计算出的偏差数据，调整姿态后将镶件放入模具。然而，这种视觉定位方案的生产灵活性差，当需要切换生产不同型号的镶件时，必须重新对视觉系统进行复杂的参数设定和标定，切换周期长，难以适应多品种、小批量的柔性生产需求；同时这种系统运行的稳定性不足，视觉识别效果极易受到车间环境光线变化、镶件表面油污或反光等因素的干扰，导致识别失败或错误，造成机器人抓取失败、设备频繁停机报警，严重影响生产线的整体产能。

4、因此，需要对现有的工件自动装配技术进行改进，以克服现有技术的缺陷。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种工件自动装配系统，该工件自动装配系统通过施加作用力并利用预设的机械匹配结构，在工件被抓取机构放置到模具之前，预先完成工件的姿态自动校正，以克服现有技术中存在人工操作所带来的安全风险高、生产效率低的问题，以及视觉定位方案生产切换复杂、易受环境干扰而运行不稳定的问题。

2、一种工件自动装配系统，所述工件具有定位特征，所述工件自动装配系统包括：

3、供料装置，用于供给所述工件；

4、姿态纠正装置，所述姿态纠正装置包括驱动组件和特征匹配部，所述特征匹配部与所述定位特征对应，所述驱动组件用于驱动所述工件运动，所述姿态纠正装置用于接收所述工件对其施加作用力，使其自主运动至所述定位特征与所述特征匹配部配合；

5、抓取机构，用于从所述姿态纠正装置中抓取已完成姿态定位的所述工件，并将其放置到预设安装位置。

6、进一步的，所述姿态纠正装置还包括基座和若干个定位工位；

7、每个所述定位工位均设有定位围栏，所述定位围栏设于所述基座上，每个所述定位围栏内均设有所述特征匹配部；

8、所述驱动组件为振动器，所述振动器与所述基座连接。

9、通过振动器为整个基座提供持续稳定的振动能，放置在定位工位内的工件因此获得随机运动的能量；同时，定位围栏将工件的运动范围约束在一个可控的区域内。确保了工件能够在不被甩出的前提下，进行充分、有效的旋转和移动，极大地增加了其自身的定位特征与特征匹配部相遇并配合的概率和速度，从而提高了姿态纠正的成功率和效率，使整个定位过程更加稳定可靠。

10、进一步的，所述定位特征为设于所述工件底部的定位凹槽，所述特征匹配部为设于所述定位工位底部的定位凸起，所述定位凹槽与所述定位凸起的形状相适配。

11、采用了凹槽凸起的机械配合方式。这一种利用形状互补实现自锁的经典机械结构，当工件在振动作用下旋转至其底部的定位凹槽与定位工位底部的定位凸起对准时，工件会在重力作用下自然下落并卡合。这种配合方式提供了一个非常明确、无歧义的最终定位状态，定位精度高且重复性好。一旦卡合，工件的姿态就被牢固锁定，避免了定位模糊或定位后再次移位的风险，从而为后续抓取机构的精确抓取提供了可靠保障。

12、进一步的，每个所述定位工位上还设置有正确姿态检测器，用于检测所述工件是否完成姿态定位。

13、正确姿态检测器（如光电传感器）能够实时监测工件是否已完成“凹槽-凸起”的卡合动作（例如，工件下落后遮挡光路，或是工件下落前遮挡光路，下落后避开光路遮挡）。使得控制系统能够确切地知道定位是否成功以及何时成功，从而实现了闭环控制。能够及时通知抓取机构进行下一步操作，优化了系统节拍；能够实现异常诊断，例如，如果在预设时间内仍未检测到定位成功，系统可判定为异常并执行相应处理程序（如将该工件抓走重放），避免了整个系统的无限期等待，使自动化流程更加智能化和健壮。

14、进一步的，所述抓取机构包括机器人及多功能夹具；

15、所述多功能夹具包括：

16、夹具主体，与所述机器人连接；

17、第一夹爪，设于所述夹具主体上，用于从所述供料装置抓取单个所述工件并放置到所述姿态纠正装置上；

18、第二夹爪，设于所述夹具主体上，用于从所述姿态纠正装置上同时抓取所有所述定位工位上已完成姿态定位的所述工件。

19、抓取机构采用了集成化的多功能夹具，其上至少包括用于从供料装置抓取单个工件的“第一夹爪”和用于从姿态纠正装置上抓取多个已定位工件的“第二夹爪”。通过将两种不同功能的夹爪集成在同一个夹具主体上。机器人无需在执行不同任务（从供料装置上料到姿态纠正装置、再从姿态纠正装置取料到预设安装位置）之间进行更换夹具的动作。极大地缩短了系统的非生产时间，提高了工作循环的效率。同时，由于省去了夹具快换装置或额外的机器人，也简化了系统结构，降低了设备成本和故障点，使得整个自动化单元的性价比和可靠性得到提升。

20、进一步的，所述第二夹爪包括顶推杆和夹头；

21、所述夹头设于所述顶推杆的末端，用于夹取所述工件；

22、所述顶推杆用于驱动所述夹头靠近或远离所述夹具主体。

23、第二夹爪增加了主动顶出的功能。在将工件放置到预设安装位置（如注塑机模具的型腔）时，型腔可能存在配合紧密或空间狭小的情况，仅靠重力或简单的松爪释放，可能导致工件放置不到位或姿态偏斜。顶推杆能够施加一个主动的、方向可控的推力，将工件从夹头中强制、精确地推入到指定位置。确保了工件在最后安装环节的放置精度和可靠性，有效避免了因放置不到位而导致的次品，进一步提高了最终产品的合格率。

24、进一步的，所述多功能夹具还包括：

25、第三夹爪，设于所述夹具主体上，用于从所述预设安装位置抓取装配完成的成品。

26、多功能夹具上还增设了用于抓取成品的第三夹爪。将上料、送料和取件三大功能全部集成于一个多功能夹具上。使得单个机器人能够通过旋转腕部切换不同夹爪，独立完成一个完整的工作循环：将未定位的工件送入姿态纠正装置、将已定位的工件装入模具、以及从模具中取出加工完成的成品。这种高度集成的设计最大化了单个机器人的利用率，使其能够独立完成整个工位的物料流转，无需额外的人力或设备介入，进一步提升了自动化水平，降低了单位产品的生产成本和人力成本。

27、进一步的，所述供料装置包括：

28、振动盘，用于输出排列好的工件；

29、自动补料组件，用于向所述振动盘内输送工件。

30、构建了一个二级供料系统。振动盘作为直接供料单元，其容量有限，在连续生产中需要人工频繁补充物料，构成了自动化的一个瓶颈。自动补料组件作为一个大容量的后备料仓，能够自动向振动盘内输送工件。实现了供料环节的长时间无人化，将人工补料的频率从数十分钟一次降低到数小时甚至一个班次一次，极大地减少了人工干预，提升了生产线的连续运行能力和整体自动化水平，真正实现了减人增效。

31、进一步的，所述供料装置还包括料位检测器，所述料位检测器用于检测所述振动盘内的工件存量。

32、在供料装置中增设了用于检测振动盘内工件存量的料位检测器。料位检测器能够实时监测振动盘内的物料存量，并在物料低于预设阈值时发出信号，高于另一阈值时也发出信号，这使得自动补料组件能够实现按需、精确的补料，避免了因补料不及时导致振动盘缺料而停线，也避免了因过度补料导致振动盘内物料过多、影响其正常振动排序效果的问题。这种智能化的联动控制，确保了供料装置能够持续、稳定地提供排列好的工件，是整个系统高效运行的基础。

33、进一步的，所述自动补料组件包括斜坡皮带线和储料区；

34、所述储料区设于所述斜坡皮带线的入料端；

35、所述斜坡皮带线的出料端朝向所述振动盘的入料口。

36、自动补料组件具体化为包括斜坡皮带线和储料区的结构。储料区设置在斜坡皮带线的低端入料口，形成大容量的料斗，方便操作人员一次性倾倒大量工件；斜坡皮带线作为一种成熟、稳定的输送设备，能够柔和地将工件从低处提升并输送到高处的振动盘入料口。这种结构设计合理，既满足了大容量存储的需求，又解决了物料的自动提升和输送问题。相比于其他复杂的提升机构，该方案成本低、维护简单、运行可靠，是一种极具性价比和实用性的技术实现方式。

37、本实用新型的有益效果为：

38、本实用新型提供的一种工件自动装配系统，该工件自动装配系统通过设置一个独立的姿态纠正装置，该装置利用作用力与机械匹配结构相配合的方式，对供料装置供给的工件进行姿态定位。系统无需再依赖工业相机、图像处理软件等高成本组件来进行工件的姿态识别，而是通过可靠的机械配合方式完成精确定位，取代了昂贵且复杂的视觉定位系统，显著降低了整套自动化设备的硬件成本和集成难度。同时，由于机械定位原理不依赖光学成像，完全避免了因车间光线变化、工件表面反光或污渍等环境因素造成的识别失败问题，从而大幅提升了姿态定位的稳定性和可靠性，保障了生产流程的顺畅。实现了全自动化作业，提高生产效率与装配精度。