本发明涉及一种线束布线装置。
背景技术：
线束是汽车、电梯等大型设备的神经网络。但是，目前线束的布线工作仍由手工完成。而且，布线是一个工作量、工作难度都极大的工作。每个线束都需要工人严格按照布线图逐根将几十、几百根线束有序地排布、组合。这不仅耗费大量时间，而且需要工人有足够的耐心、细心，甚至要求极好的记忆力来保证生产效率。
专利文献1公开了一种飞机线束自动布线机，可以实现飞机线束的自动布线。其中，通过一个可旋转的料盘供应一卷卷已经提前由人工装载到一个个线盘架上的线束。之后，通过送料轨道，将一卷卷的线束送入自动送线器中，由机器人抓取线束的一端进行固定。之后，再抓取线的某个待固定点进行固定。最后，通过送线器上的裁线刀裁断电线，机器人抓起电线的第二端进行固定。通过人工为每卷线束上料时都需要将线束的前端穿过收线口、吐线口使线束的前端被定位。每一个线束在被机器人取走前，都需先通过收线口、吐线口这两个小孔的导向。
专利文献1：中国cn106711866a号公报
但是，在采用专利文献1的线束自动布线机时，所有的线束均需提前由工人逐卷装到料架、引出并固定线头，操作复杂。并且，该线束自动布线机只能使用线束的两端未裁剪、压铆的情况，未考虑线束已裁剪、两端铆有金属端的情况。而对于汽车、电梯控制柜等产量大、品种繁多、布线工艺复杂的线束，为了提高效率并及时对装配好的线束进行通电测试，在进行布线之前已自动地将线束裁剪、压铆上金属端子。在这种情况下，因为线束两端的金属端子会阻碍线束在收线口、吐线口这样的小孔中滑动，因此无法适用该线束自动布线机的引线、吐线的办法。即使使用，每根线束独立成卷、独立穿孔引线的工作量极其繁复，并不能起到降低人力成本的作用。
技术实现要素：
本发明是鉴于以上背景而完成的，其主要目的在于，提供一种自动的布线装置，能够通过简单的结构来实现线束配线的自动化。
本发明的技术方案1为一种线束布线装置，其特征在于，包括：
夹具，由能够夹持线束的一对夹爪构成；以及
控制单元，能够对上述夹具的夹持力以及移动进行控制，
上述控制单元能够使上述夹具以沿着规定的布线轨迹移动的方式，从上述线束的一端到另一端为止对上述线束进行捋线，从而使上述线束被沿着上述布线轨迹布线。
根据本发明，由于夹具以沿着规定的布线轨迹移动的方式，从线束的一端到另一端为止对线束进行捋线，从而使线束被沿着布线轨迹布线，因此不需要通过人工来进行布线，能够实现布线的自动化，提高布线效率。
此外，技术方案2中，上述控制单元能够在使上述夹具进行上述捋线之前，使上述夹具夹持上述线束的上述一端并将该一端附近的接线端子插入到规定的一个线束接口，在使上述夹具进行上述捋线之后，使上述夹具夹持上述线束的上述另一端并将该另一端附近的接线端子插入到另一个线束接口。
由此，不需要将线束两端的线束端子穿过收线口、吐线口，能够实现从供料器夹起线束、一个线束端子向线束接口的插线、对线束的捋线、以及另一个线束端子向线束接口的插线这一系列布线的自动化，能够进一步提高布线效率。
此外，技术方案3中，上述控制单元将上述接线端子被插入到上述线束接口时的上述夹具的夹持力设为插线夹持力p1，并且在对上述线束进行捋线时将上述夹具的夹持力设为比上述插线夹持力p1小的捋线夹持力p2，以使得在进行捋线时上述一对夹爪能够相对于上述线束进行滑动。
由此，由于将捋线夹持力p2设定为小于插线夹持力p1，因此能够顺利地进行捋线，能够避免因捋线夹持力p2过大而导致线束与夹具之间无法相对移动从而无法进行捋线的情况。
此外，技术方案4中，若将上述接线端子被顺利地插入到上述线束接口中时上述线束端子所受到的阻力设为插线阻力f1，将上述线束与上述一对夹爪之间的静摩擦系数设为f，
则上述控制单元将上述插线夹持力p1设定为满足以下关系：
其中，k为安全系数，取1.5～3的值。
由此，插线夹持力p1大于接线端子被顺利地插入到线束接口中时所需的最小力f1/f，因此能够确保夹持的稳定，避免线束与夹具之间的滑动。并且，插线夹持力p1小于接线端子被顺利地插入到线束接口中时所需的最小力f1/f的3倍，因此能够防止因插线夹持力p1过大而导致线束塑形变形的情况。
此外，技术方案5中，若将进行捋线时上述线束与上述一对夹爪之间的动摩擦力设为f2，将能够把上述接线端子从上述线束接口拔出的最小拉力设为t，将上述线缆本身的屈服应力设为f0.2，将能够将上述线束拉直的最小力设为g，
则上述控制单元以使上述动摩擦力f2满足以下关系的方式设定上述捋线夹持力p2，
f2<t、f2<f0.2、以及f2>g。
由此，由于控制捋线夹持力p2使得捋线时的动摩擦力f2小于最小拉力t，所以能够防止在捋线时线束端子被从线束接口拔出的情况。并且，由于控制捋线夹持力p2使得捋线时的动摩擦力f2小于线缆本身的屈服应力设为f0.2，所以能够防止线束破损。并且，由于控制捋线夹持力p2使得捋线时的动摩擦力f2大于够将线束拉直的最小力g，因此在进行捋线时能够使线束保持张弛状态。
此外，技术方案6中，在上述一对夹爪中的至少一个夹爪的与另一个夹爪对置的面上形成有v形槽，上述线束被夹持在该v形槽中。
由此，能够在夹持线束时，能够良好地对线束进行定位。
此外，技术方案7中，在上述一对夹爪的彼此对置的面上还形成有供上述一对夹爪彼此啮合的啮合槽，该啮合槽的延伸方向与上述v形槽的延伸方向交叉。
由此，由于在一对夹爪的彼此对置的面上还形成有供一对夹爪彼此啮合的啮合槽，因此能够保证夹爪的定位能力，能够稳定地对线束进行夹持。
此外，技术方案8中，在上述一对夹爪的彼此对置的面上均形成有v形槽，
上述一对夹爪的至少v形槽的表面由硬度、弹性模量分别比上述线束的外表面绝缘层的硬度、弹性模量大的弹性材料或粘弹性材料制成。
由此，能够防止在进行捋线时线束的外表面破损。
此外，技术方案9中，上述一对夹爪的至少v形槽的表面粗糙度ra小于30um。
此外，技术方案10中，若将上述v形槽的顶角设为2θ，将上述v形槽的斜面的与上述线束的外表面绝缘层之间的摩擦角设为
在v形槽的顶角过大时，可能会出现在一对夹爪通过啮合槽稳定地啮合之前先夹住线束，从而夹持状态变得不稳定的情况。而根据技术方案10的发明，能够避免v形槽的顶角过大的情况，从而使夹持状态稳定。
附图说明
图1的(a)是表示进行插线时的线束布线装置的立体图。图1的(b)是表示进行捋线时的线束布线装置的立体图。
图2的(a)是在一个夹爪上形成有v形槽的情况图。图2的(b)是在两个夹爪上均形成有v形槽的情况图。
图3的(a)和(b)是表示在夹爪上形成有啮合槽的情况的图。
图4的(a)是从夹爪的形成有夹持面的方向观察v形槽和啮合槽的图。图4的(b)是从侧方观察v形槽和啮合槽的图。图4的(c)是表示在夹爪上形成有v形槽和啮合槽的情况的立体图。
图5的(a)和(b)是表示在v形槽与啮合槽的关系的图。
图6是表示夹具夹持线束时的状态的图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明的实施方式所涉及的线束布线装置进行说明。
[第一实施方式]
图1的(a)是表示进行插线时的线束布线装置100的立体图。图1的(b)是表示进行捋线时的线束布线装置100的立体图。
如图1的(a)、(b)所示，线束布线装置100包括夹具10。夹具10由能够夹持线束200的一对夹爪11、12构成。一对夹爪11、12能够在彼此对置的夹持面之间夹持线束200。夹爪11、12的一端通过连接孔等连接结构与力控夹持器例如执行器(后述)连接。
如图2的(a)所示，为了保证夹爪11、12的定位能力，在例如一个夹爪11的夹持面上形成有v形槽13，另一个夹爪12的夹持面为平面，线束200被夹持在夹爪11的v形槽13与夹爪12的夹持面之间。这种情况下，夹持截面程等腰三角形。
如图2的(b)所示，也可以在一对夹爪11、12的夹持面上均形成有v形槽13，线束200被夹持在夹爪11、12的v形槽13之间。这种情况下，夹持截面程菱形。
此外，如图3的(a)、(b)、图4的(a)、(b)、(c)所示，在夹爪11、12的夹持面上还形成有供一对夹爪11、12彼此啮合的啮合槽14，该啮合槽14的延伸方向与v形槽13的延伸方向正交。但是啮合槽14的延伸方向与v形槽13的延伸方向正交仅是一例，也可以不正交。
由于在一对夹爪11、12的彼此对置的夹持面上形成有啮合槽14，因此能够保证夹爪11、12的定位能力，能够稳定地对线束进行夹持。
此外，线束布线装置100还包括未图示的执行器。该执行器具有两个运动输出端，这两个运动输出端分别连接到夹爪11、12的连接端。这两个这两个运动输出端的两端可以相向或相背平行运动。
此外，线束布线装置100还包括未图示的电极。执行器由该电机驱动，电机与执行器的运动输出端之间安装有一维力传感器(未图示)，实时测量夹爪11、12在进行夹持的过程中运动输出端所受到的力的大小，由此测得夹持力的大小。
此外，线束布线装置100还包括未图示的控制器。当测得的夹爪11、12的夹持力达到设定阈值时。控制器发出停止电机驱动的信号，电机暂停进一步驱动，夹爪11、12保持指定夹持力不变。当夹爪11、12的夹持力小于该阈值时，重新驱动电机使执行器的两个运动输出端相向运动。当夹爪11、12的夹持力大于该阈值时，驱动电机使执行器的两个运动输出端相背运动。这样保持夹持力的动态平衡。
线束布线装置100经由执行器使夹具10从物料架(未图示)上夹取一根线束的一端的绝缘处，经由执行器将夹具10的夹持力设定为规定的插线夹持力p1，之后将该一端附近的接线端子201插入到布线板(未图示)的某个指定的线束接口300。在完成插线之后，经由执行器将夹具10的夹持力设定为比插线夹持力p1小的规定的捋线夹持力p2。在此“捋线”是指，用夹具10捋动线束200而将线束200进行布线的动作。之后，线束布线装置100使夹具10一边对线束200进行捋线一边沿规定的布线轨迹运动，直到夹具10接近线束的另一端的线束端子。之后，线束布线装置100经由执行器重新增大夹具10的夹持力至插线夹持力p1，将线束200的另一端的接线端子插入布线板的另一个线束接口(未图示)。由于将捋线夹持力p2设定为小于插线夹持力p1，因此能够顺利地进行捋线，能够避免因捋线夹持力p2过大而导致线束200与夹具100之间无法相对移动从而无法进行捋线的情况。
前述的执行器、电极、传感器、控制器构成对夹具10的夹持力以及移动进行控制的控制单元(未图示)。但这仅是控制单元的一例，控制单元不限于此，只要能够对夹具10的夹持力以及移动进行控制即可。
夹具10的夹爪11、12的至少夹持面的表面由硬度、弹性模量分别比线束200的外表面绝缘层的硬度、弹性模量大的弹性材料或粘弹性材料制成。能够防止在进行捋线时线束200的外表面破损。并且，夹持面的表面平滑均一，在规定速度及压力作用下，夹持面与线束的绝缘层材料之间的滑动摩擦不会对绝缘层表面产生人眼可见的划痕。
此外，夹爪11、12的至少v形槽13的表面粗糙度ra可以设定为小于30um。
下面，以夹爪11、12的夹持面上均形成有v形槽13的情况即菱形夹持截面的情况为例，说明线束布线装置100的设计原则。
如图5所示，定义v形夹爪的主要参数。具体地说，将在线束200的长度方向上的夹爪11、12的长度设为l，将在线束的长度方向上的啮合槽14的宽度设为l，将v形槽13的顶角设为2θ，将v形槽13的斜面的长度设为c，将啮合槽14的最深处与v形槽13的顶点之间沿着v形槽13的斜面的距离设为t。
若夹持面材料与线束200的绝缘层材料之间的摩擦角为
在v形槽13的顶角过大时，可能会出现在一对夹爪11、12通过啮合槽14稳定地啮合之前先夹住线束200，从而夹持状态变得不稳定的情况。而通过满足前述关系，能够避免v形槽13的顶角过大的情况，从而使夹持状态稳定。
若将接线端子201被顺利地插入到线束接口301中时线束端子201所受到的阻力设为插线阻力f1，将线束200与一对夹爪11、12之间的静摩擦系数设为f，则在将线束200的线束端子201插入到线束接口301中时，为了确保夹持的稳定，不发生线束200与夹持面之间的滑动，控制单元将插线夹持力p1设定为满足以下关系：
其中，k为安全系数，取1.5～3的值。
由此，插线夹持力p1大于接线端子201被顺利地插入到线束接口301中时所需的最小力f1/f，因此能够确保夹持的稳定，避免线束200与夹具10之间的滑动。
并且，插线夹持力p1小于接线端子201被顺利地插入到线束接口301中时所需的最小力f1/f的3倍，因此能够防止因插线夹持力p1过大而导致线束200塑形变形的情况。
此外，在本发明的实施方式中，对插线阻力设定上限值。在插线过程中，通过传感器监测插线阻力的值，当插线阻力达到其上限值时，控制单元使夹具10回退，进行调整后再重新进行插线。
另外，将进行捋线时线束200与一对夹爪11、12之间的动摩擦力设为f2，将能够把接线端子201从线束接口301拔出的最小拉力设为t，将线缆200本身的屈服应力设为f0.2，由于在捋线过程中，可以认为线束200的各处所受张力相等，因此控制单元以使动摩擦力f2满足以下关系的方式设定捋线夹持力p2，
f2<t、f2<f0.2……(3)。
由此，由于控制捋线夹持力p2使得捋线时的动摩擦力f2小于最小拉力t，所以能够防止在捋线时线束端子201被从线束接口301拔出的情况。并且，由于控制捋线夹持力p2使得捋线时的动摩擦力f2小于线缆200本身的屈服应力设为f0.2，所以能够防止线束破损。
此外，为了保持捋线过程中，线束200处于张弛状态，需保证线束200的张力大于使线束200拉直的最小力。这个最小力可以通过在线束上悬挂砝码的方法，测定使线束达到肉眼判断出成为直线状态的最小砝码的重量，计得该砝码重力g，即为该最小力的值。因此，控制单元以使动摩擦力f2满足以下关系的方式设定捋线夹持力p2，
f2>g……(4)。
由于控制捋线夹持力p2使得捋线时的动摩擦力f2大于够将线束200拉直的最小力g，因此在进行捋线时能够使线束200保持张弛状态。
进一步，为了保证设计满足以上式(3)和(4)，需要对夹具10的夹持力与夹爪11、12的结构如何影响夹持面与线束200之间的动摩擦力f2进行计算。
以下介绍如何计算f2。
如图6所示，将夹具10与线束200的接触面的中心与v形槽13的顶角之间的距离设为a，将接触面的宽度设为b。
根据牛顿第三定律，各夹持面作用于线束200的夹持压力w为
作用于菱形截面的4个夹持面的夹持压力w的大小相同，且轴对称，分别垂直于这4个夹持面。
由于线束200柔软，其外层的绝缘层通常为弹性体或粘弹性体。线束200的芯部金属刚度远大于绝缘层的刚度，且绝缘层的厚度大，因此捋线时的夹持力小。因此，可以认为捋线过程中受夹持力所引起的线束200的变形很小，变形仅发生在绝缘层。用赫兹接触理论，可以计算出夹持面与线束之间的接触面的宽度b为：
其中，μ1、e1是夹爪11、12夹持面的材料的泊松比和弹性模量，μ2、e2是线束200的绝缘层材料的泊松比和弹性模量。
根据弹性体摩擦理论，弹性体的摩擦力由黏附摩擦力fadh和迟滞摩擦力fhyst组成。即，
因此，捋线时的动摩擦力f2为：
其中，k、σ0、δ、μ2、e2是线束200的绝缘层材料本身的固有参数。k是拉伸比例系数，反比于拉伸断裂率，σ0是拉伸强度，tanδ是损耗因子，pr接触点的真实接触压力(对于弹性体，可认为pr≈0.8e2)，pc是轮廓接触压力。
对于弹性体，可认为
pr≈w/a……(10)。
其中，a是表观接触面积(即线束200与夹爪11、12的接触面积)。
下面说明表观接触面积a的计算。
在线束200与夹爪11、12的接触部分的一部分在t的范围内的情况下，即在a-b/2<t<a b/2的情况下，
a＝bl―2(a b/2―t)l……(11)。
此外，在线束200与夹爪11、12的接触部分不在t的范围内的情况下，即在t<a-b/2的情况下，
a＝bl―2bl……(12)。
此外，在线束200与夹爪11、12的接触部分在t的范围内的情况下，即在t>a b/2的情况下，
a＝bl……(13)。
其中，如前所述，t是啮合槽14的最深处与v形槽13的顶点之间沿着v形槽13的斜面的距离，l是线束200的长度方向上的夹爪11、12的长度，l是线束的长度方向上的啮合槽14的宽度。
若将线束200的半径设为r，则
a＝r/tanθ……(14)。
在a-b/2<t<a b/2的情况下，根据式(9)～(11)，
此外，在t<a-b/2的情况下，根据式(9)、(10)、(12)，
此外，在t>a b/2的情况下，根据式(9)、(10)、(13)，
由式(15)～(17)可知，
根据式(5)，得到
由此可知，能够通过调整v形槽13的顶角的大小或捋线夹持力p2来使得进行捋线时的动摩擦力f2满足前述的式(3)及(4)。
根据本发明，由于夹具10以沿着规定的布线轨迹移动的方式，从线束200的一端到另一端为止对线束200进行捋线，从而使线束200被沿着布线轨迹布线，因此不需要通过人工来进行布线，能够实现布线的自动化，提高布线效率。
此外，根据本发明，不需要将线束200两端的线束端子201穿过收线口、吐线口，能够实现从供料器夹起线束、一个线束端子向线束接口的插线、对线束的捋线、以及另一个线束端子向线束接口的插线这一系列布线的自动化，能够进一步提高布线效率。
以上参照附图说明了本发明的实施方式。其中，以上说明的实施方式仅是本发明的具体例子，用于理解本发明，而不用于限定本发明的范围。本领域技术人员能够基于本发明的技术思想对实施方式进行各种变形及组合，由此得到的方式也包括在本发明的范围内。
1.一种线束布线装置，其特征在于，包括：
夹具，由能够夹持线束的一对夹爪构成；以及
控制单元，能够对上述夹具的夹持力以及移动进行控制，
上述控制单元能够使上述夹具以沿着规定的布线轨迹移动的方式，从上述线束的一端到另一端为止对上述线束进行捋线，从而使上述线束被沿着上述布线轨迹布线。
2.根据权利要求1所述的线束布线装置，其特征在于，
上述控制单元能够在使上述夹具进行上述捋线之前，使上述夹具夹持上述线束的上述一端并将该一端附近的接线端子插入到规定的一个线束接口，在使上述夹具进行上述捋线之后，使上述夹具夹持上述线束的上述另一端并将该另一端附近的接线端子插入到另一个线束接口。
3.根据权利要求2所述的线束布线装置，其特征在于，
上述控制单元将上述接线端子被插入到上述线束接口时的上述夹具的夹持力设为插线夹持力p1，并且在对上述线束进行捋线时将上述夹具的夹持力设为比上述插线夹持力p1小的捋线夹持力p2，以使得在进行捋线时上述一对夹爪能够相对于上述线束进行滑动。
4.根据权利要求3所述的线束布线装置，其特征在于，
若将上述接线端子被顺利地插入到上述线束接口中时上述线束端子所受到的阻力设为插线阻力f1，将上述线束与上述一对夹爪之间的静摩擦系数设为f，
则上述控制单元将上述插线夹持力p1设定为满足以下关系：
其中，k为安全系数，取1.5～3的值。
5.根据权利要求4所述的线束布线装置，其特征在于，
若将进行捋线时上述线束与上述一对夹爪之间的动摩擦力设为f2，将能够把上述接线端子从上述线束接口拔出的最小拉力设为t，将上述线缆本身的屈服应力设为f0.2，将能够将上述线束拉直的最小力设为g，
则上述控制单元以使上述动摩擦力f2满足以下关系的方式设定上述捋线夹持力p2，
f2<t、f2<f0.2、以及f2>g。
6.根据权利要求5所述的线束布线装置，其特征在于，
在上述一对夹爪中的至少一个夹爪的与另一个夹爪对置的面上形成有v形槽，上述线束被夹持在该v形槽中。
7.根据权利要求6所述的线束布线装置，其特征在于，
在上述一对夹爪的彼此对置的面上还形成有供上述一对夹爪彼此啮合的啮合槽，该啮合槽的延伸方向与上述v形槽的延伸方向交叉。
8.根据权利要求7所述的线束布线装置，其特征在于，
在上述一对夹爪的彼此对置的面上均形成有v形槽，
上述一对夹爪的至少v形槽的表面由硬度、弹性模量分别比上述线束的外表面绝缘层的硬度、弹性模量大的弹性材料或粘弹性材料制成。
9.根据权利要求8所述的线束布线装置，其特征在于，
上述一对夹爪的至少v形槽的表面粗糙度ra小于30um。
10.根据权利要求8或9所述的线束布线装置，其特征在于，
若将上述v形槽的顶角设为2θ，将上述v形槽的斜面的与上述线束的外表面绝缘层之间的摩擦角设为
