基于视觉定位的塑壳断路器机器人锁螺丝系统

赵志勇

（新疆昌吉职业技术学院，新疆 昌吉831100）

1 概述

低压断路器按其结构通常大致可分为塑料外壳式断路器（MCCB）、万能式断路器）ACB）、限流式断路器、微型断路器（MCB）等几大类。塑料外壳式断路器（以下简称塑壳断路器）的电流等级一般在600A 以下，且多用于短路电流不大的情况下，通常作配电保护用，在正常情况下，其可分别作为电气线路的不频繁转换及电动机的不频繁起动之用。

塑壳断路器的安装方式有固定式、插拔式和抽出式三种安装方式，在电气装备制造、安装、维修中应用最为广泛的是固定式安装方式，也是最简单方便的安装方式之一，它是用随机螺杆、螺帽直接固定在电控柜底板或安装支架上，配接电缆端子或母排直接连接在断路器进出线的接线柱（或螺杆）上。

塑壳断路器的安装现阶段均为人工拧螺丝，费时费力，劳动强度大，本文提出一种基于视觉定位的塑壳断路器自动化安装方式——基于视觉定位的塑壳断路器机器人锁螺丝系统，实现塑壳断路器全自动安装在安装板上，无需人工感觉，效率高，同时降低了工作人员的劳动强度。

2 塑壳断路器机器人锁螺丝系统

2.1 系统概述

塑壳断路器机器人锁螺丝系统主要由工业机器人（ABB IRB1410）、机器人手部工具、自动供螺丝系统和锁螺丝定位平台等部分组成，其中机器人手部工具包含塑壳断路器抓手、螺丝锁付工具、视觉系统等部分。塑壳断路器的抓取及位置摆放，通过塑壳断路器抓手来完成；视觉系统保证摆放位置的准确性；螺丝锁付工具完成螺丝的锁紧工作；自动供螺丝系统负责不断提供螺丝，采用气吹的方式，每次供一颗螺丝，螺丝规格为M4×15。

2.2 系统布局

2.3 设备概述

（1）工业机器人。IRB1410 在工业自动化及智能制造领域有着广泛的应用，在可靠性、坚固性、准确性、高效性等方面具有良好的口碑。其运行噪音水平低、使用寿命长、例行维护时间间隔长，循径精度较高（+0.05mm），工作范围大（最长可达1.44m），上臂承载能力优越（可达18kg），结构紧凑、手腕纤细，能适应条件限制较多的场所，并能完成高性能的操作。此外IRB1410 的过程速度和定位均可调整，精度较高，次品率低，甚至达到零。

（2）自动供螺丝系统。自动供螺丝系统主要由振动盘、排料机构、送料结构组成，振动盘是工业自动化生产线包括自动组装或自动加工生产必备的一种辅助设备，它是通过振动将堆放杂乱无章的零件和工件进行定向有序排列，并准确送到送料结构位置。自动攻螺丝系统是利用振动盘对螺丝进行有序排列，送料机构通过气吹的方式，将螺丝输送到螺丝锁付工具中。

（3）螺丝锁付工具。螺丝锁付工具由电批、升降机构、夹嘴、压力表等构成，当需要进行螺丝锁付时，由自动供螺丝系统将螺丝吹送到夹嘴位置，电批开始旋转，同时升降机构下降，将夹嘴内的螺丝拧紧，到达设定的扭矩后，电批停止旋转，升降机构升起，完成螺丝锁紧工作。

（4）抓手。抓手主要有夹紧气缸和夹持装置两部分组成，夹持装置尺寸根据塑壳断路器的外形尺寸进行设计，完美贴合塑壳断路器的外表面，当需要夹持塑壳断路器时，夹紧气缸动作，将塑壳断路器夹住并使用机器人移动到指定的位置。

（5）视觉系统。CCD 视觉检测技术是集机械、电子、光学、计算机等技术为一体的综合性技术应用体系，涉及到人工智能、图像处理、、信号处理、模式识别、计算机、光机电一体化等多个领域，是目前精密测试技术领域中发展潜力最大的新技术之一。该视觉检测技术的引入，可以实现对目标零部件表面特征、结构特征、尺寸和相对位置的快速检测，且检测方式具有柔性好、非接触、速度快等优点。

3 结论

通过对不同规格安装板、不同位置的塑壳断路器机器人锁螺丝实验，证明塑壳断路器的安装完全可使用自动化设备来实现，不仅提高了生产效率，同时降低了人员的劳动强度。实验过程中发现以下几个现象，在设计以及使用过程中需要改进：

（1）安装板厚度小于1.0mm 时，在螺丝锁付的时候，容易引起变形，致使螺丝锁付出现不紧的情况。

（2）环境光影响视觉精度，视觉光源如果使用不正确，会导致视觉定位出现较大偏差，如果误差超过0.5mm，螺丝将无法锁紧。

（3）自动供螺丝系统偶尔出现卡螺丝，无法正常供螺丝现象，需要调整排料机构。

（4）夹嘴偶尔出现夹不住螺丝，需要调整吹螺丝的力度，即压缩空气的压力大小，控制在0.4MPa 比较合适。