基于視覺定位的塑殼斷路器機器人鎖螺絲系統

趙志勇

（新疆昌吉職業技術學院，新疆 昌吉831100）

1 概述

低壓斷路器按其結構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（以下簡稱塑殼斷路器）的電流等級一般在600A 以下，且多用于短路電流不大的情況下，通常作配電保護用，在正常情況下，其可分別作為電氣線路的不頻繁轉換及電動機的不頻繁起動之用。

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、維修中應用最為廣泛的是固定式安裝方式，也是最簡單方便的安裝方式之一，它是用隨機螺桿、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出線的接線柱（或螺桿）上。

塑殼斷路器的安裝現階段均為人工擰螺絲，費時費力，勞動強度大，本文提出一種基于視覺定位的塑殼斷路器自動化安裝方式——基于視覺定位的塑殼斷路器機器人鎖螺絲系統，實現塑殼斷路器全自動安裝在安裝板上，無需人工感覺，效率高，同時降低了工作人員的勞動強度。

2 塑殼斷路器機器人鎖螺絲系統

2.1 系統概述

塑殼斷路器機器人鎖螺絲系統主要由工業機器人（ABB IRB1410）、機器人手部工具、自動供螺絲系統和鎖螺絲定位平臺等部分組成，其中機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；視覺系統保證擺放位置的準確性；螺絲鎖付工具完成螺絲的鎖緊工作；自動供螺絲系統負責不斷提供螺絲，采用氣吹的方式，每次供一顆螺絲，螺絲規格為M4×15。

2.2 系統布局

2.3 設備概述

（1）工業機器人。IRB1410 在工業自動化及智能制造領域有著廣泛的應用，在可靠性、堅固性、準確性、高效性等方面具有良好的口碑。其運行噪音水平低、使用壽命長、例行維護時間間隔長，循徑精度較高（+0.05mm），工作范圍大（最長可達1.44m），上臂承載能力優越（可達18kg），結構緊湊、手腕纖細，能適應條件限制較多的場所，并能完成高性能的操作。此外IRB1410 的過程速度和定位均可調整，精度較高，次品率低，甚至達到零。

（2）自動供螺絲系統。自動供螺絲系統主要由振動盤、排料機構、送料結構組成，振動盤是工業自動化生產線包括自動組裝或自動加工生產必備的一種輔助設備，它是通過振動將堆放雜亂無章的零件和工件進行定向有序排列，并準確送到送料結構位置。自動攻螺絲系統是利用振動盤對螺絲進行有序排列，送料機構通過氣吹的方式，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、升降機構、夾嘴、壓力表等構成，當需要進行螺絲鎖付時，由自動供螺絲系統將螺絲吹送到夾嘴位置，電批開始旋轉，同時升降機構下降，將夾嘴內的螺絲擰緊，到達設定的扭矩后，電批停止旋轉，升降機構升起，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，夾持裝置尺寸根據塑殼斷路器的外形尺寸進行設計，完美貼合塑殼斷路器的外表面，當需要夾持塑殼斷路器時，夾緊氣缸動作，將塑殼斷路器夾住并使用機器人移動到指定的位置。

（5）視覺系統。CCD 視覺檢測技術是集機械、電子、光學、計算機等技術為一體的綜合性技術應用體系，涉及到人工智能、圖像處理、、信號處理、模式識別、計算機、光機電一體化等多個領域，是目前精密測試技術領域中發展潛力最大的新技術之一。該視覺檢測技術的引入，可以實現對目標零部件表面特征、結構特征、尺寸和相對位置的快速檢測，且檢測方式具有柔性好、非接觸、速度快等優點。

3 結論

通過對不同規格安裝板、不同位置的塑殼斷路器機器人鎖螺絲實驗，證明塑殼斷路器的安裝完全可使用自動化設備來實現，不僅提高了生產效率，同時降低了人員的勞動強度。實驗過程中發現以下幾個現象，在設計以及使用過程中需要改進：

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

（2）環境光影響視覺精度，視覺光源如果使用不正確，會導致視覺定位出現較大偏差，如果誤差超過0.5mm，螺絲將無法鎖緊。

（3）自動供螺絲系統偶爾出現卡螺絲，無法正常供螺絲現象，需要調整排料機構。

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