基于視覺定位的塑殼斷路器機(jī)器人鎖螺絲系統(tǒng)

趙志勇

（新疆昌吉職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 昌吉831100）

1 概述

低壓斷路器按其結(jié)構(gòu)通常大致可分為塑料外殼式斷路器（MCCB）、萬能式斷路器）ACB）、限流式斷路器、微型斷路器（MCB）等幾大類。塑料外殼式斷路器（以下簡(jiǎn)稱塑殼斷路器）的電流等級(jí)一般在600A 以下，且多用于短路電流不大的情況下，通常作配電保護(hù)用，在正常情況下，其可分別作為電氣線路的不頻繁轉(zhuǎn)換及電動(dòng)機(jī)的不頻繁起動(dòng)之用。

塑殼斷路器的安裝方式有固定式、插拔式和抽出式三種安裝方式，在電氣裝備制造、安裝、維修中應(yīng)用最為廣泛的是固定式安裝方式，也是最簡(jiǎn)單方便的安裝方式之一，它是用隨機(jī)螺桿、螺帽直接固定在電控柜底板或安裝支架上，配接電纜端子或母排直接連接在斷路器進(jìn)出線的接線柱（或螺桿）上。

塑殼斷路器的安裝現(xiàn)階段均為人工擰螺絲，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，勞動(dòng)強(qiáng)度大，本文提出一種基于視覺定位的塑殼斷路器自動(dòng)化安裝方式——基于視覺定位的塑殼斷路器機(jī)器人鎖螺絲系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)塑殼斷路器全自動(dòng)安裝在安裝板上，無需人工感覺，效率高，同時(shí)降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 塑殼斷路器機(jī)器人鎖螺絲系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)概述

塑殼斷路器機(jī)器人鎖螺絲系統(tǒng)主要由工業(yè)機(jī)器人（ABB IRB1410）、機(jī)器人手部工具、自動(dòng)供螺絲系統(tǒng)和鎖螺絲定位平臺(tái)等部分組成，其中機(jī)器人手部工具包含塑殼斷路器抓手、螺絲鎖付工具、視覺系統(tǒng)等部分。塑殼斷路器的抓取及位置擺放，通過塑殼斷路器抓手來完成；視覺系統(tǒng)保證擺放位置的準(zhǔn)確性；螺絲鎖付工具完成螺絲的鎖緊工作；自動(dòng)供螺絲系統(tǒng)負(fù)責(zé)不斷提供螺絲，采用氣吹的方式，每次供一顆螺絲，螺絲規(guī)格為M4×15。

2.2 系統(tǒng)布局

2.3 設(shè)備概述

（1）工業(yè)機(jī)器人。IRB1410 在工業(yè)自動(dòng)化及智能制造領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，在可靠性、堅(jiān)固性、準(zhǔn)確性、高效性等方面具有良好的口碑。其運(yùn)行噪音水平低、使用壽命長(zhǎng)、例行維護(hù)時(shí)間間隔長(zhǎng)，循徑精度較高（+0.05mm），工作范圍大（最長(zhǎng)可達(dá)1.44m），上臂承載能力優(yōu)越（可達(dá)18kg），結(jié)構(gòu)緊湊、手腕纖細(xì)，能適應(yīng)條件限制較多的場(chǎng)所，并能完成高性能的操作。此外IRB1410 的過程速度和定位均可調(diào)整，精度較高，次品率低，甚至達(dá)到零。

（2）自動(dòng)供螺絲系統(tǒng)。自動(dòng)供螺絲系統(tǒng)主要由振動(dòng)盤、排料機(jī)構(gòu)、送料結(jié)構(gòu)組成，振動(dòng)盤是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線包括自動(dòng)組裝或自動(dòng)加工生產(chǎn)必備的一種輔助設(shè)備，它是通過振動(dòng)將堆放雜亂無章的零件和工件進(jìn)行定向有序排列，并準(zhǔn)確送到送料結(jié)構(gòu)位置。自動(dòng)攻螺絲系統(tǒng)是利用振動(dòng)盤對(duì)螺絲進(jìn)行有序排列，送料機(jī)構(gòu)通過氣吹的方式，將螺絲輸送到螺絲鎖付工具中。

（3）螺絲鎖付工具。螺絲鎖付工具由電批、升降機(jī)構(gòu)、夾嘴、壓力表等構(gòu)成，當(dāng)需要進(jìn)行螺絲鎖付時(shí)，由自動(dòng)供螺絲系統(tǒng)將螺絲吹送到夾嘴位置，電批開始旋轉(zhuǎn)，同時(shí)升降機(jī)構(gòu)下降，將夾嘴內(nèi)的螺絲擰緊，到達(dá)設(shè)定的扭矩后，電批停止旋轉(zhuǎn)，升降機(jī)構(gòu)升起，完成螺絲鎖緊工作。

（4）抓手。抓手主要有夾緊氣缸和夾持裝置兩部分組成，夾持裝置尺寸根據(jù)塑殼斷路器的外形尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，完美貼合塑殼斷路器的外表面，當(dāng)需要夾持塑殼斷路器時(shí)，夾緊氣缸動(dòng)作，將塑殼斷路器夾住并使用機(jī)器人移動(dòng)到指定的位置。

（5）視覺系統(tǒng)。CCD 視覺檢測(cè)技術(shù)是集機(jī)械、電子、光學(xué)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)為一體的綜合性技術(shù)應(yīng)用體系，涉及到人工智能、圖像處理、、信號(hào)處理、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)、光機(jī)電一體化等多個(gè)領(lǐng)域，是目前精密測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮男录夹g(shù)之一。該視覺檢測(cè)技術(shù)的引入，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)零部件表面特征、結(jié)構(gòu)特征、尺寸和相對(duì)位置的快速檢測(cè)，且檢測(cè)方式具有柔性好、非接觸、速度快等優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)論

通過對(duì)不同規(guī)格安裝板、不同位置的塑殼斷路器機(jī)器人鎖螺絲實(shí)驗(yàn)，證明塑殼斷路器的安裝完全可使用自動(dòng)化設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，不僅提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)以及使用過程中需要改進(jìn)：

（1）安裝板厚度小于1.0mm 時(shí)，在螺絲鎖付的時(shí)候，容易引起變形，致使螺絲鎖付出現(xiàn)不緊的情況。

（2）環(huán)境光影響視覺精度，視覺光源如果使用不正確，會(huì)導(dǎo)致視覺定位出現(xiàn)較大偏差，如果誤差超過0.5mm，螺絲將無法鎖緊。

（3）自動(dòng)供螺絲系統(tǒng)偶爾出現(xiàn)卡螺絲，無法正常供螺絲現(xiàn)象，需要調(diào)整排料機(jī)構(gòu)。

（4）夾嘴偶爾出現(xiàn)夾不住螺絲，需要調(diào)整吹螺絲的力度，即壓縮空氣的壓力大小，控制在0.4MPa 比較合適。