技术领域
[0001] 本
发明涉及线束组装领域，具体涉及一种线束自动包覆设备的控制方法。
背景技术
[0002] 线束作为基本电器元件，广泛应用于
汽车、家电等产品之中，市场需求量大。目前，线束加工多数工序已实现自动化生产，而线束包覆工序以手工与半自动化机械结合的加工方式进行加工。现有的线束包覆设备无法满足多分支、多规格线束的包覆，而且无法保证线束产品的
质量，是影响线束产业的主要因素。
[0003] 以工业
机器人为代表的智能化生产技术，是生产业中降低人
力成本、提高生产效率的重要手段。基于
工业机器人的线束包覆设备将成为发展大规模生产线束的重要工具。
发明内容
[0004] 针对
现有技术中的
缺陷，本发明的目的是提供一种线束自动包覆设备的控制方法。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] 一种线束自动包覆设备的控制方法，包括如下步骤：
[0007] S1：建立一种线束自动包覆设备的控制系统，包括：
人机界面、工业机器人、
末端执行器、控制柜、设置有线束夹具的布线板、视觉检测系统；其中：
[0008] 所述控制柜内设置有PLC
控制器、机器人控制器；
[0009] 所述机器人控制器用于控制工业机器人的行动及供电；
[0010] 所述PLC控制器分别与机器人控制器、末端执行器、线束夹具连接；用于控制所述末端执行器与线束夹具，并通过机器人控制器来启/停工业机器人；
[0011] 所述PLC控制器与人机界面连接；
[0012] 所述工业机器人以及末端执行器用于对线束进行包覆；
[0013] 所述布线板用于通过线束夹具固定线束；所述线束夹具包括若干个用于固定线束
端子的线束端末置具和若干个用于固定线束分
支点的线束分支夹具；
[0014] 所述视觉检测系统包括：智能相机、条形
光源；其用于检测线束分支点是否偏离分支点夹具以及线束是否缺包；
[0015] 所述智能相机设置于所述末端执行器上；
[0016] 所述条形光源设置于所述布线板上，其用于为智能相机提供光源；
[0017] S2：线束包覆准备阶段：将线束放置并固定在布线板上，判断是否已经预存线束最优包覆路径，若无则按照蚁群
算法输出最优包覆路径，并进行下一步；若有，则直接进行下一步；
[0018] S3：线束包覆执行阶段：按照PLC控制器得到的最优包覆路径启动工业机器人，自动对线束进行包覆；
[0019] S4：线束包覆检测阶段：线束包覆过程或包覆完成时，视觉检测系统对线束包覆的完整性进行检测，防止遗漏部分线束。
[0020] 可选地，所述步骤S2进一步包括：
[0021] S21：将线束放置在布线板上，并使用线束端末置具和线束分支夹具固定；
[0022] S22：判断PLC控制器内是否已经预存线束最优包覆路径；如是，进行步骤S3；如否，则进入S23；
[0023] S23：使用工业机器人和智能相机对布线板上的线束、分支点及分布进行
图像采集，并将采集到图像信息上传至PLC控制器，PLC控制器基于蚁群算法计算得到最优包覆路径。
[0024] 可选地，所述末端执行器包括：底座、步进
电机、旋转壳、传动
齿轮、
配重块、导向轮、一个及以上
胶带放置架、霍尔
传感器、刀具、粘附板；
[0025] 所述配重块、导向轮、胶带套均设置于所述旋转壳上；所述旋转壳、步进电机、传动齿轮均设置于所述底座上；所述底座设置于所述工业机器人的手臂上，其通过工业
机器人手臂末端的
法兰连接；
[0026] 所述步进电机通过驱动传动齿轮驱动旋转壳旋转作圆周运动；
[0027] 所述旋转壳设置有U型开口；进行线束包覆时，所述线束位于U型开口中；所述粘附板和刀具设置于所述U型口的
侧壁，刀具位于U型口靠近旋转壳外侧的部分；
[0028] 所述胶带自一个胶带套引出，并通过导向轮进入所述U型开口，并粘附在所述粘附板上；
[0029] 所述霍尔传感器设置于所述配重块上。
[0030] 可选地，步骤S3中，所述“自动对线束进行包覆”进一步包括：
[0031] 线束包覆的轨迹是以线束为轴线的空间螺旋线，线束包覆轨迹由末端执行器的圆周运动与工业机器人手臂末端法兰的直线运动合成；
[0032] PLC控制器启动所述步进电机，所述步进电机通过所述传动齿轮带动旋转壳转动，实现胶带围绕位于U型开口中的线束转动；
[0033] 线束包覆和结束时，机器人控制器分别输出启动和停止
信号给PLC控制器，所述PLC控制器启动或停止步进电机；
[0034] 包覆完成时，工业机器人手臂末端法兰向上移动，利用刀具切断胶带。
[0035] 可选地，所述霍尔传感器对末端执行器的转速进行实时检测，并将该述检测信号发送给PLC控制器。
[0036] 可选地，每一个线束端末置具对应设置有相互连接的第一中间继电器和第一电磁
阀；每一个线束端末置具上均设置有
压力传感器，用于对线束拉力进行实时监测；所述第一继电器与所述PLC控制器连接。
[0037] 可选地，PLC控制器发送
控制信号给第一中间继电器，第一中间继电器控制第一
电磁阀动作，使得线束端末置具固定住线束端子；
[0038] 当设置于线束端点端末置具上的压力传感器监测到实时拉力大于线束被拉断的临界值时，压力传感器向PLC控制器发出信号，PLC控制器接收信号后，输出控制信号控制第一中间继电器和第一电磁阀的动作，使得线束端末置具放松线束。
[0039] 所述线束的分支点至少对应设置有三个线束分支夹具，每一个线束分支夹具对应设置有相互连接的第二继电器和第二电磁阀；所述第二继电器与所述PLC控制器连接。
[0040] 可选地，PLC控制器发送控制信号给第二中间继电器，第二中间继电器控制第二电磁阀动作，使得线束分支夹具固定住线束的分支点；
[0041] 当末端执行器在包覆过程中靠近或远离线束分支点时，机器人控制器向PLC控制器释放信号，PLC控制器
输出信号到第二继电器，以第二电磁阀动作线束分支夹具释放或夹紧线束分支点，以包覆夹具
位置处的线束。
[0042] 可选地，所述线束分支夹具使用
手指气缸，对应设置有
气动指爪，通过该指爪来释放或夹紧线束分支点；
[0043] 所述第二电磁阀与所述手指气缸连接，通过控制手指气缸，来控制线束分支夹具的气动指爪，释放或夹紧夹具。
[0044] 可选地，步骤S23中，“PLC控制器基于蚁群算法计算得到最优包覆路径”进一步包括：
[0045] S231：首先对布线板上固定的线束进行环境建模，包括：
[0046] 将智能相机采集到的布线板上的图像信息进行
栅格化：将线束转化为由若干个栅格组成的图形，定义第一
颜色的栅格为待包覆线束、区域四周的第一颜色的栅格为预留区，第二颜色的栅格为非工作区域，每个栅格为正方形且边长对应线束的实际长度；
[0047] S232：采用Matlab进行
迭代计算，设置起点、终点、蚁群规模以及迭代次数后，迭代计算出原始最优包覆路径，即用时最少的包覆路径；
[0048] S233：考虑到末端执行器路径必须为直线，对蚁群算法输出的原始最优包覆路径进行平滑处理，最终得到用于之后步骤的最优包覆路径。
[0049] 可选地，在步骤S23中，“使用工业机器人和智能相机对布线板上的线束、分支点及分布进行图像采集”，进一步包括：
[0050] 将工业机器人手臂移到布线板的中央高处，利用安装于末端执行器的智能相机采集布线板的图像信息；包括线束端点、分支
节点、其他各个点的坐标信息以及线束在整个布线板上的分布情况；
[0051] 智能相机将采集到的信息发送给PLC控制器；
[0052] 且智能相机将采集到的图像进行
图像处理，该处理包括：预处理、边缘拟合、
角点检测以及工位特征点的筛选得到线束节点的信息，以便后面的线束缺包检测；
[0053] 智能相机将采集到的图像信息以及处理后的信息预先存储，作为线束未包覆前的节点信息。
[0054] 可选地，所述步骤S4进一步包括：
[0055] 线束包覆过程或包覆完成时，当包覆到线束分支节点初始坐标时，安装于末端执行器的智能相机在光源的照射下实时采集线束图像，完成对实时线束图像进行识别分析，包括：
[0056] 与对应的预存的未包覆前的节点信息进行对比，判断该点的坐标位置与对应的预存的未包覆前的节点的坐标位置距离是否超过5mm；并将该结果发送给PLC控制器；
[0057] 未超出范围时，末端执行器断开胶带，进行下一分支包覆；如超过范围时，继续包覆，直至达到5mm以内断带，结束包覆。
[0058] 可选地，所述步骤S2还包括：根据工艺要求的基体类型、宽窄类型选择胶带，按照工艺要求的密包覆、半包覆与定点包覆等包覆方式，设定末端执行器的速度。
[0059] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0060] 本
发明人机界面友好，自动化程度高，控制过程精确，可替代手工进行线束包覆，有效地提高了线束包覆效率。
[0061] 在生产加工中实现自动化生产是降低生产成本、提高生产效率以及保障产品质量基本方法。线束自动化包覆系统实现了线束包覆的自动化进行，该系统的市场前景十分广阔，可为企业带来巨大经济效益。
[0062] 本发明设计的末端执行器配合工业机器人有效的实现了多分支线束包覆的自动化，并通过线束工位识别与线束末端是否缺包智能化检测加强了线束包覆的智能化，降低了人力成本，提高了生产效率和包覆质量，对于线束行业具有较高的应用价值。
[0063] 本发明的设备能通过工业机器人与末端执行器(包覆机构)的配合，包覆多分支线束，解决了一般包覆设备只能包覆直线的缺点。
[0064] 本发明的设备可以通过视觉检测系统自动识别通过检测算法检测线束末端是否缺包以及支点位置判断，解决了一般包覆设备包覆容易出现的线束末端缺包的质量问题，提高了包覆质量。
[0065] 本发明的设备可以根据工艺要求，选择包覆的类型(花包、密包、间隔包)以及胶带宽度规格与胶带材料(布基胶带、
波纹管、PVC和工业塑料布)，实现了线束包覆设备的通用性。
附图说明
[0066] 通过阅读参照以下附图对非限制性
实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0067] 图1是本发明具体实施例一种线束自动包覆设备的控制方法的
流程图；
[0068] 图2是本发明具体实施例一种线束自动包覆设备的控制系统的结构示意图；
[0069] 图3是本发明具体实施例末端执行器的结构示意图；
[0070] 图4是本发明具体实施例布线板的结构示意图；
[0071] 图5是本发明具体实施例构建的环境栅格图；
[0072] 图6是本发明具体实施例得到的最优包覆路径线路示意图。
具体实施方式
[0073] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0074] 如图1，本实施例公开了一种线束自动包覆设备的控制方法，包括如下步骤：
[0075] S1：如图2，建立一种线束自动包覆设备的控制系统，包括：人机界面、工业机器人2、末端执行器3、控制柜1、设置有线束夹具的布线板4、视觉检测系统；其中：
[0076] 所述控制柜1内设置有PLC控制器、机器人控制器；
[0077] 所述机器人控制器用于控制工业机器人的行动及供电；
[0078] 所述PLC控制器分别与机器人控制器、末端执行器3、线束夹具连接；用于控制所述末端执行器3与线束夹具，并通过机器人控制器来启/停工业机器人2；
[0079] 所述PLC控制器与人机界面连接；所述人机界面用于远程操作。本实施例中，人机界面是一种带有触摸控制功能的显示器，通过RS432与PLC控制器进行信息交互，实现人通过PLC控制对线束包覆用到的装置或设备进行控制的目的。
[0080] 本实施例中，由人机界面完成远程操作功能，通过视觉检测系统对线束包覆质量进行检测，使用PLC作为系统核心控制器，与机器人控制器安装在控制柜中，负责处理其他各单元的信息并协调系统整体动作。
[0081] 所述工业机器人以及末端执行器用于对线束进行包覆；
[0082] 所述布线板用于通过线束夹具固定线束；所述线束夹具包括若干个用于固定线束端子的线束端末置具和若干个用于固定线束分支点的线束分支夹具；所述线束端末置具和线束分支夹具各自的具体数量要以需要包覆的线束的具体情况来确定，本发明不对二者的具体数量进行限定。
[0083] 所述视觉检测系统包括：智能相机、条形光源；其用于检测线束分支点是否偏离分支点夹具以及线束是否缺包；所述智能相机设置于所述末端执行器上；所述条形光源设置于所述布线板上，其用于为智能相机提供光源。
[0084] S2：线束包覆准备阶段：将线束放置并固定在布线板上，判断是否已经预存线束最优包覆路径，若无则按照蚁群算法输出最优包覆路径，并进行下一步；若有，则直接进行下一步；
[0085] S3：线束包覆执行阶段：按照PLC控制器得到的最优包覆路径启动工业机器人，自动对线束进行包覆；
[0086] S4：线束包覆检测阶段：线束包覆过程或包覆完成时，视觉检测系统对线束包覆的完整性进行检测，防止遗漏部分线束。
[0087] 其中，所述步骤2进一步包括：
[0088] S21：将线束放置在布线板上，并使用线束端末置具和线束分支夹具固定；
[0089] S22：判断PLC控制器内是否已经预存线束最优包覆路径；如是，进行步骤S3；如否，则进入S23；
[0090] S23：使用工业机器人和智能相机对布线板上的线束、分支点及分布进行图像采集，并将采集到图像信息上传至PLC控制器，PLC控制器基于蚁群算法计算得到最优包覆路径；并将最优包覆路径发送给机器人控制器进行记录。
[0091] 其中，所述步骤S2还包括：根据工艺要求的基体类型、宽窄类型选择胶带，按照工艺要求的密包覆、半包覆与定点包覆等包覆方式，设定末端执行器的速度。PLC控制器可以根据智能相机采集到的图像信息判断需要胶带的类型宽窄、判断需要使用的包覆方式，并对应设定好末端执行器3的速度。该述设定均是在包覆执行阶段之前设定好的。
[0092] 如图3所示，所述末端执行器包括：底座、步进电机7、旋转壳6、传动齿轮、配重块8、导向轮、一个及以上胶带放置架10、霍尔传感器、刀具、粘附板5；
[0093] 所述配重块8、导向轮、胶带套均设置于所述旋转壳6上；所述旋转壳6、步进电机7、传动齿轮均设置于所述底座上；所述底座设置于所述工业机器人的手臂上，其通过工业机器人手臂末端的法兰连接。
[0094] 所述步进电机7通过驱动传动齿轮驱动旋转壳6旋转作圆周运动。
[0095] 所述旋转壳6设置有U型开口；进行线束包覆时，所述线束位于U型开口中；所述粘附板5和刀具设置于所述U型口的侧壁，刀具位于U型口靠近旋转壳外侧的部分。
[0096] 所述胶带自一个胶带套引出，并通过导向轮进入所述U型开口，并粘附在所述粘附板上。
[0097] 所述霍尔传感器设置于所述配重块8上。
[0098] 本实施例中，所示步进电机7采用57BYG步进电机，并使用24v直流电源供电，PLC控制器通过57步进电机
驱动器对其实现控制。
[0099] 根据工艺要求，PLC控制器可以控制电机动作转动胶带放置架10来选用不同类型胶带9。根据螺旋线轨迹，设定工业机器人速度为v mm/s时，分别设置执行器的转速为πrad/s、2πrad/s，实现半包覆、全包覆等工艺。定点包覆时使用
定时器软元件使PLC间隔输出固定
频率、固定个数的脉冲。本系统使用安装在配重块8上的霍尔传感器对末端执行器转速进行实时检测以保证包覆工艺。
[0100] 其中，步骤S3中，所述“自动对线束进行包覆”进一步包括：
[0101] 线束包覆的轨迹是以线束为轴线的空间螺旋线，线束包覆轨迹由末端执行器的圆周运动与工业机器人手臂末端法兰的直线运动合成；
[0102] PLC控制器启动所述步进电机，所述步进电机通过所述传动齿轮带动旋转壳转动，实现胶带围绕位于U型开口中的线束转动；
[0103] 线束包覆和结束时，机器人控制器分别输出启动和停止信号给PLC控制器，所述PLC控制器启动或停止步进电机；
[0104] 包覆完成时，工业机器人手臂末端法兰向上移动，利用刀具切断胶带。
[0105] 所述霍尔传感器对末端执行器的转速进行实时检测，并将该述检测信号发送给PLC控制器。
[0106] 如图4，为了在线束包覆过程中保持线束的张紧，需将线束11放置在布线板上。线束端末夹具12设计为线束接线端子结构，用于固定线束端子；每一个线束端末置具12对应设置有相互连接的第一中间继电器和第一电磁阀；每一个线束端末置具上均设置有压力传感器，用于对线束拉力进行实时监测；所述第一继电器与所述PLC控制器连接。
[0107] 所述线束的分支点至少对应设置有三个线束分支夹具13，每一个线束分支夹具13对应设置有相互连接的第二继电器和第二电磁阀；所述第二继电器与所述PLC控制器连接。
[0108] PLC控制器对线束端末夹具12和线束分支夹具13的控制原理如下：
[0109] PLC控制器发送控制信号给第一中间继电器，第一中间继电器控制第一电磁阀动作，使得线束端点端末置具固定住线束端子；
[0110] 当设置于线束端点端末置具上的压力传感器监测到实时拉力大于线束被拉断的临界值时，压力传感器向PLC控制器发出信号，PLC控制器接收信号后，输出控制信号控制第一中间继电器和第一电磁阀的动作，使得线束端点端末置具放松线束。
[0111] PLC控制器对线束分支夹具13的控制原理如下：
[0112] PLC控制器发送控制信号给第二中间继电器，第二中间继电器控制第二电磁阀动作，使得线束分支夹具固定住线束的分支点；
[0113] 当末端执行器在包覆过程中靠近或远离线束分支点时，机器人控制器向PLC释放信号，PLC输出信号到第二继电器，以第二电磁阀动作线束分支夹具释放或夹紧线束分支点，以包覆夹具位置处的线束。
[0114] 本实施例中，所述线束分支夹具使用手指气缸，对应设置有气动指爪，通过该指爪来释放或夹紧线束分支点；
[0115] 所述第二电磁阀与所述手指气缸连接，通过控制手指气缸，来控制线束分支夹具的气动指爪，释放或夹紧夹具。
[0116] 其中，在步骤S23中，“PLC控制器基于蚁群算法计算得到最优包覆路径”进一步包括：
[0117] S231：首先对布线板上固定的线束进行环境建模，包括：
[0118] 将智能相机采集到的布线板上的图像信息进行栅格化：将线束转化为由若干个栅格组成的图形，定义第一颜色的栅格为待包覆线束、区域四周的第一颜色的栅格为预留区，第二颜色的栅格为非工作区域，每个栅格为正方形且边长对应线束的实际长度。图5为本实施例构建的环境栅格图。
[0119] S232：采用Matlab进行迭代计算，设置起点、终点、蚁群规模以及迭代次数后，迭代计算出原始最优包覆路径，即用时最少的包覆路径；
[0120] S233：如图6，考虑到末端执行器路径必须为直线，对蚁群算法输出的原始最优包覆路径进行平滑处理，最终得到用于之后步骤的最优包覆路径。按此包覆路径进行包覆，可以提高包覆效率。
[0121] 其中，在步骤S23中，“使用工业机器人和智能相机对布线板上的线束、分支点及分布进行图像采集”，进一步包括：
[0122] 将工业机器人手臂移到布线板的中央高处，利用安装于末端执行器的智能相机采集布线板的图像信息；包括线束端点、分支节点、其他各个点的坐标信息以及线束在整个布线板上的分布情况；
[0123] 智能相机将采集到的信息发送给PLC控制器；
[0124] 且智能相机将采集到的图像进行图像处理，该处理包括：预处理(双边滤波、梯度
腐蚀、二值化等)、边缘拟合、角点检测以及工位特征点的筛选得到比较准确的线束节点的信息，以便后面的线束缺包检测；
[0125] 智能相机将采集到的图像信息以及处理后的信息预先存储，作为线束未包覆前的节点信息。
[0126] 结合上述内容，所述步骤S4进一步包括：
[0127] 线束包覆过程或包覆完成时，当包覆到线束分支节点初始坐标时，安装于末端执行器的智能相机在条形光源的照射下实时采集线束图像，完成对实时线束图像进行识别分析，包括：
[0128] 与对应的预存的未包覆前的节点信息进行对比，判断该点的坐标位置与对应的预存的未包覆前的节点的坐标位置距离是否超过5mm；并将该结果发送给PLC控制器；
[0129] 未超出范围时，末端执行器断开胶带，进行下一分支包覆；如超过范围时，继续包覆，直至达到5mm以内断带，结束包覆。
[0130] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在
权利要求的范围内做出各种变化或
修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本
申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
