| 标题 | 基于机器人视觉柔性组合的转向架线束连接器自动插接通电测试方法 |
| 范文 | 林蓝 庞世俊 张恒志 张彦伟 郭瑞磊 摘 要：连接器测试一般涉及插拔力测试、耐久性测试、绝缘电阻测试、耐电压测试、振动测试、机械冲击测试、冷热冲击测试、混合气体腐蚀测试等。目前轨道交通连接器在做好线缆后仍使用传统的人工测试测量PIN点之间的绝缘电阻和耐电压数据，人工频繁的找点进行测试费时费力，长时间操作很容易出现插线错误造成测试数据错误，严重时还可能造成测试设备损坏等。 主要针对轨道交通使用的电连接器进行绝缘电阻测试和耐电压测试，以机器人为核心配合机器视觉识别连接器型号进行自动柔性插接，同时完成工艺要求的各测试项目。 关键词：机器人;未来;机动化;自动连接 中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.29.109 1 引言 连接器是电子工程技术人员经常接触的一种部件。它的作用非常单纯：在电路内被阻断处或孤立不通的电路之间，架起沟通的桥梁，从而使电流流通，使电路实现预定的功能。连接器形式和结构是千变万化的，随着应用对象、频率、功率、应用环境等不同，有各种不同形式的连接器。轨道交通转向架上选用的连接器外形有矩形的也有圆形的，连接类型有孔型的也有针形的且接触点不确定。 电连接器除了要满足一般的性能要求外，特别重要的要求是电连接器必须达到接触良好，工作可靠，维护方便，其工作可靠与否直接影响电路的正常工作，涉及整个控制系统的运行安全。 目前转向架上各连接器的测试大部分采用人工手动测试，存在效率低、测试结果不稳定等问题，并且存在电气测试安全隐患。所以需要一套柔性自动化对接并能自动测试的系统完成转向架的电气性能测试。 2 系统设计 为了满足转向架全部线束的一次性自动测试，整个系统设置了两套机器人柔性装卡对接系统，分布在转向架的两端，分别装卡连接各端的线束连接器。每套器人柔性装卡对接系统由自动装卡系统和自动柔性对接系统组成，如图1所示。 不同型号的转向架安装有不同数量或种类的线束，为了覆盖所有线束连接器的检测，测试系统也要配置与转向架连接器对应的装卡工装和对接装置。 装卡系统为每个装卡工装提供了固定且唯一的存放位置，并通过传感器感知每个装卡工装是否在位。 对接装置由连接器通过线缆连接到多路测试设备，连接器带电缆可以在允许范围内移动。机器人柔性装卡对接系统通过运动规划将转向架线束的连接器与测试线束的连接器实现机械物理插接，从而实现测试信号的电气连接，形成测试回路，进行对转向架线束的测试。 2.1 装卡系统 装卡系统由装卡抓取机器人和柔性装卡库、装卡工装、装卡对接支架组成。柔性装卡库可以存放多种转向架的线束连接器装卡工装，系统通过RFID识别技术，识别被测转向架的型号，通过测试信息管理系统调取测试工艺单，并下达指令给装卡抓取机器人，机器人从柔性装卡库中选择抓取对应的装卡工装，并放置到装卡对接支架上，将转向架的连接器装卡到装卡工装对于位置，完成装卡工作，如图2所示。 如上图所示，机器人装卡系统组成及关系所示，装卡机器人由机器人本体和机器人控制单元组成;机器人本体末端法兰通过连接件将气动离合器公头部件连接在一起;装卡工装是一根长方形型材为主体，在中心位置连接有气动离合器母头实现与装卡机器人末端气动离合器公头的对接，从而实现抓取装卡工装;两边分布有转向架线束连接器固定接口，用来固定线束连接器实现固定和定位，接口中间部分是与对应连接器外形相匹配的半开放结构，正好可以讲对应连接器放置到其中，侧面有顶紧机构，可以用来固定连接器，防止松动;其下面设计有定位销，方便平稳的放置于柔性工装库或者装卡对接支架上。整个系统根据转向架型号，一般设置多个装卡工装。 柔性装卡库由装卡库立柱和装卡库工装放置台组成，放置台连接与立柱上端，立柱通过连接横梁与装卡机器人本体安装底座相连，起到固定和定位的目的。装卡库工装放置台上设有多个工装放置位置，每个位置有位置不同的定位孔，确保相对于位置的类型的装卡工装可以放置，防止错误放置，如图3所示。 装卡对接支架由装卡对接支架立柱和装卡对接支架定位台、夹紧气缸组成;支架定位台上可以放置一个装卡工装，同定位孔与定位销相连，并用夹紧气缸夹紧，防止对接插拔将装卡工装带动，夹紧气缸固定在支架定位台的对角两端，支架定位台与支架立柱连接，支架立柱与装卡连接系统定位安装底板连接;如图4所示。 2.2 自动柔性对接系统 自动柔性对接系统由对接机器人、视觉辨识定位单元、对接装置构成，其对接装置上可加装涵盖当前转向架型号的转向架连接器全部种类测试对接需要，可以将测试系统与测试对象通过对接机器人实现自动连接，构成测试环境，实现柔性自动测试;当对接系统收到测试信息系统的测试命令，对接机器人通过其末端安装的视觉系统设别装卡工装上的连接器种类和位置，然后选择对位对接装置上相应的对接连接部件，精确的与转向架的连接器对插，完成测试的电气连接。 如图5所示，自动柔性对接系统在机器人本体的末端法兰上通过视觉安装板固定工业相机和光源，通过组件连接件连接多位对接装置，多位对接装置底端以十字形分布的样式，可用同时安装4个测试连接器，可以通过旋转选择采用的测试连接器，每次一个，对应将要测试的转向架线束连接器，测试连机器通过电缆连接到多路自动电测设备，电测设备又与测试信息管理系统相连。 工业相机通过相机电缆与视觉辨别定位单元处理系统连接，将视觉图像数据传入处理系统，經过如下计算和处理： 机器视觉系统通过识别区域二次选定、识别针孔特征、特征数据灰度处理及膨胀处理等图像处理算法可以识别固定在装卡工装上的转向架线束连接器的种类、以及坐标位置，然后数据传给对接机器人控制单元，整个过程将视觉信号进行数字化处理，通过计算机进经行高精度对比识别，从而实现引导对接机器人准确的移动到坐标位置，准确地将相应的测试连接器，插入转向架线束连接器，实现对接。 3 功能分析 3.1 操作方便 系统测试操作具有柔性和自动化，只需打开系统操作界面，一键启动，系统就可以自动进行测试全过程，无需人工介入。 3.2 测试过程安全可靠 在功能操作上，装卡工装按照实际转向架上的连接器型号和数量配置了相同数量和规格的连接器装卡位置，可以让用户方便快捷的将被测线束放置并固定在装卡工装上;每个装卡工装根据转向架型号不同配置不同的固定装卡接口，与转向架型号的连接器一一对应，防止误操作。 装卡工装库采用带有定位装置的支架平台方式，支架平台上设有多个装卡工装固定位置，每个位置上的固定销孔和转接工装上的固定销对应，使不同装卡工装固定位置唯一;同时每个固定位置装有位置传感器，可以实时判别装卡工装是否在位，为机器人抓取提供状态信息。 多位对接装置上预留了有多个插接针板安装位置，对接机器人可以根据视觉传感器的识别结果选取对应的插接针板，移动到对应的连接器位置，进行插接动作。在插接过程中，如遇到线束连接器自身质量问题导致不能正常插接，对接装置上预留了10～20mm的弹性缓冲区，当装置不能正常插接时，采用接触动力学模型仿真技术设计了弹性缓冲装置，弹性缓冲区会被压缩，通过装置上的位置传感器感知压缩量，达到设定值后将向机器人控制系统报故障信号，停止插接操作。 系统经过了连续工作10个工作日的疲劳测试，测试过程中分别对接测试6种不同类型的连接器，识别和插接均正常，没有出现错误识别、无法识别等情况，机器人自动插接均可按既定轨迹实现插接，没有出现插接偏差或错插等情况;通过上述试验验证了系统是安全可靠的。 4 結语 本系统的总体设计思想是紧密结合转向架生产的实际现状和具体需求，结合智能制造及数字化背景，旨在实现具有技术先进性，数字化、柔性化的智能制造样板工程，为进一步全面实施中车四方智能制造数字化生产模式提供详实、科学、全面、经过充分验证的可行性实例。 在系统实际操作中，测试信息管理系统可自动导入符合规范的工艺文件;在设计和试验中，通过每个转接工装配置不同的线束固定卡具和位置固定销，实现了转接工装位置的管理和转接工装对应转向架的灵活配置。 通过系统试验验证，在机器人插接过程中，通过柔性对接装置，可以有效的实现线束连接器插接，并避免插接失败对连接器的损伤。 实现了多种转向架的兼顾测试和线束连接器的柔性插接，并通过工业机器人与视觉系统共同实现了线束连接器与测试系统接口柔性对接可行性验证。 参考文献 [1]熊涛.卫星自动对接技术[J].科技资讯，2018，（6）. [2]韦格伯特·费热.航天器自动交会对接[M].北京：中国宇航出版社，2013. [3]普埃克.数字信号处理[M].4版.方艳梅，等译.北京：电子工业出版社，2007. |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。