CN104440060A - 螺钉抓取机构和含有该螺钉抓取机构的螺钉装配机器人 - Google Patents

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李学威
张鹏
王富刚
何伟全
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Abstract

一种螺钉抓取机构，包括安装板、内筒、连接外筒、圆珠、拧紧装置、缓冲联轴器、螺钉套筒和驱动装置。上述螺钉抓取机构，驱动装置可以推动连接外筒相对内筒上下移动，从而可以使珠槽的内壁推动圆珠向螺钉套筒的方向锁紧或外松，配合螺钉进入内筒后对缓冲联轴器的挤压以及缓冲联轴器对螺钉的弹力，从而达到对螺钉的锁紧抓取和松开功能。上述螺钉抓取机构，在同一设备上连续完成螺钉抓取与拧紧操作，并且在该操作中，螺钉套筒始终和螺帽配合，避免了螺钉放入螺纹孔后的拧紧过程中认帽不完全准确的情况，能够减少螺钉拧紧出现偏差的情况，提高产品良率。此外，还提供一种含有该螺钉抓取机构的螺钉装配机器人。

Description

螺钉抓取机构和含有该螺钉抓取机构的螺钉装配机器人
技术领域
本发明涉及属于螺钉装配装置领域，具体涉及一种螺钉抓取机构和含有该螺钉抓取机构的螺钉装配机器人。
背景技术
目前，在工业自动化装配过程中，螺钉定扭矩拧紧技术已经比较成熟，而螺钉的抓取摆放及预拧紧仍不完善，这就使的有些装配过程中依旧需要人工辅助装配。因此，自动抓取螺钉的机构得到了较为广泛的研究。螺钉抓取机构中，抓取螺钉的方式主要有以下几种：1、通过气管引导，气流推动螺钉到指定位置；2、采用磁性套筒用磁力吸取螺钉，此方案较适合外六角螺栓；3、类气爪式简单抓取结构。
但是，传统的螺钉抓取结构大多不能与拧紧设备统一，因此，在抓取螺钉放入螺纹孔后的拧紧过程中，认帽不完全准确，导致螺钉拧紧出现偏差，降低产品良率。
发明内容
鉴于此，有必要提供了一种能够提高产品良率的螺钉抓取机构和含有该螺钉抓取机构的螺钉装配机器人。
一种螺钉抓取机构，包括安装板、内筒、连接外筒、圆珠、拧紧装置、缓冲联轴器、螺钉套筒和驱动装置；
所述内筒固定在所述安装板的一侧，所述内筒远离所述安装板的一端的沿圆周方向开设有通孔，所述连接外筒套设在所述内筒外，所述连接外筒的内壁和所述通孔对应的位置开设有珠槽，所述圆珠设于所述珠槽和所述通孔形成的空间内，所述拧紧装置固定在所述安装板的另一侧，所述拧紧装置的驱动轴穿过所述安装板设于所述内筒的内部，所述缓冲联轴器的两端分别与所述拧紧装置的驱动轴和螺钉套筒固定连接，所述驱动装置固定在所述安装板上，所述驱动装置的驱动轴穿过所述安装板和所述连接外筒固定连接，所述驱动装置用于驱动所述连接外筒上下移动。
在其中一个实施例中，所述驱动装置为气缸。
在其中一个实施例中，还包括轴套，所述轴套设于所述内筒和所述连接外筒之间。
在其中一个实施例中，还包括直线轴承，所述直线轴承设于所述内筒和所述连接外筒之间。
在其中一个实施例中，所述圆珠为钢珠。
在其中一个实施例中，所述通孔靠近所述连接外筒一侧的开口的直径大于所述通孔靠近所述螺钉套筒一侧的开口的直径。
在其中一个实施例中，所述珠槽远离所述安装板的边缘形成有倒角。
一种螺钉装配机器人，包括安装底座、机械臂和螺钉抓取机构，所述机械臂安装在安装底座上，所述螺钉抓取机构安装在机械臂的末端；
所述螺钉抓取机构包括安装板、内筒、连接外筒、圆珠、拧紧装置、缓冲联轴器、螺钉套筒和驱动装置；
所述内筒固定在所述安装板的一侧，所述内筒远离所述安装板的一端的沿圆周方向开设有通孔，所述连接外筒套设在所述内筒外，所述连接外筒的内壁和所述通孔对应的位置开设有珠槽，所述圆珠设于所述珠槽和所述通孔形成的空间内，所述拧紧装置固定在所述安装板的另一侧，所述拧紧装置的驱动轴穿过所述安装板设于所述内筒的内部，所述缓冲联轴器的两端分别与所述拧紧装置的驱动轴和螺钉套筒固定连接，所述驱动装置固定在所述安装板上，所述驱动装置的驱动轴穿过所述安装板和所述连接外筒固定连接，所述驱动装置用于驱动所述连接外筒上下移动。
在其中一个实施例中，所述通孔靠近所述连接外筒一侧的开口的直径大于所述通孔靠近所述螺钉套筒一侧的开口的直径。
在其中一个实施例中，所述珠槽远离所述安装板的边缘形成有倒角。
上述螺钉抓取机构，驱动装置可以推动连接外筒相对内筒上下移动，从而可以使珠槽的内壁推动圆珠向螺钉套筒的方向锁紧或外松，配合螺钉进入内筒后对缓冲联轴器的挤压以及缓冲联轴器对螺钉的弹力，从而达到对螺钉的锁紧抓取和松开功能。上述螺钉抓取机构，在同一设备上连续完成螺钉抓取与拧紧操作，并且在该操作中，螺钉套筒始终和螺帽配合，避免了螺钉放入螺纹孔后的拧紧过程中认帽不完全准确的情况，能够减少螺钉拧紧出现偏差的情况，提高产品良率。
附图说明
图1为一实施方式的螺钉装配机器人、螺钉送料机和生产线装配体的结构示意图；
图2为图1所示的螺钉抓取机构的一种状态的剖面结构示意图；
图3为图2所示的螺钉抓取机构的另一种状态的剖面结构示意图；
图4为图3所示的螺钉抓取机构的剖面结构的局部放大图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，一实施方式的螺钉装配机器人100，包括螺钉抓取机构10、机械臂20和安装底座30。机械臂20安装在安装底座30上。螺钉抓取机构10安装在机械臂20的末端。
机械臂20用于带动螺钉抓取机构10运动。机械臂20带动螺钉抓取机构10从螺钉送料机200上抓取螺钉，再将螺钉运送到生产线装配体300上进行拧螺钉操作。拧紧螺钉后，机械臂20再带动螺钉抓取机构10重复装配下一个螺钉。螺钉可以为标准内六角螺钉。具体可以为M5x20内六角螺钉。
请参考图2，螺钉抓取机构10包括安装板110、内筒120、连接外筒130、圆珠140、拧紧装置150、缓冲联轴器160、螺钉套筒170和驱动装置180。
内筒120固定在安装板110的一侧。内筒120远离安装板110的一端的沿圆周方向开设有通孔122。具体的，内筒120包括一段内筒124和与一段内筒124的一端固定连接的二段内筒126。一段内筒124远离二段内筒126的一端固定安装在安装板110上。二段内筒126的内径小于一段内筒124的内径。一段内筒124的内径的尺寸和缓冲联轴器150的尺寸相匹配。二段内筒126的内径的尺寸和螺钉套筒170的尺寸相匹配。通孔122开设于二段内筒126远离一段内筒124的一端。通孔122靠近连接外筒130一侧的开口的直径大于通孔122靠近螺钉套筒170一侧的开口的直径。通孔122靠近连接外筒130一侧的开口的直径不小于圆珠140的直径。通孔122靠近螺钉套筒170一侧的开口的直径小于圆珠140的直径。沿连接外筒130指向螺钉套筒170的方向，通孔122的内壁逐渐向通孔122的中心轴线靠拢。因此，圆珠140可以自由进入通孔122内，并且不会从通孔122靠近螺钉套筒170一侧滑出。并且，在圆珠140受到的珠槽132远离安装板110的边缘的推动力消失后，由于，通孔122的下方内壁从螺钉套筒170的一侧向连接外筒130一侧由上至下倾斜，从而方便圆珠140回到珠槽132内。
连接外筒130套设在内筒120外。连接外筒130的内壁和通孔122对应的位置开设有珠槽132。具体的，连接外筒130包括连接板136、一段外筒137和二段外筒139。一段外筒137通过螺钉固定在连接板136上。一段外筒137远离连接板136的一端和二段外筒139固定连接。珠槽132设于二段外筒139远离一段外筒137的一端。珠槽132远离安装板110的边缘形成有倒角134。
请同时参考图2，圆珠140设于珠槽132和通孔122形成的空间内。连接外筒130相对于内筒120上下移动时，圆珠140可以在珠槽132和通孔122之间运动。圆珠140可以为钢珠。珠槽132的数量可以根据实际情况进行设置。本实施方式中，珠槽132的数量为三个。珠槽132、通孔122和圆珠140的数量相同。
拧紧装置150固定在安装板110远离内筒120的一侧。拧紧装置150的驱动轴穿过安装板110设于内筒120的内部。拧紧装置150用于驱动缓冲联轴器160和螺钉套筒170拧紧螺丝。
缓冲联轴器160的两端分别与拧紧装置150的驱动轴和螺钉套筒170固定连接。缓冲联轴器160内部设有弹簧。缓冲联轴器160可压缩。拧紧装置150的驱动轴、缓冲联轴器160和螺钉套筒170均位于内筒120内。缓冲联轴器160用来传递拧紧装置150到螺钉套筒170的拧紧扭矩。螺钉套筒170远离缓冲联轴器160的一端和螺钉400的螺帽匹配。
驱动装置180固定在安装板110上。驱动装置180的驱动轴穿过安装板110和连接外筒130固定连接。驱动装置180用于驱动连接外筒130上下移动。在本实施方式中，驱动装置180为气缸。驱动装置180的驱动轴为气缸轴。气缸轴和连接板136固定连接。
螺钉抓取机构10还包括轴套或直线轴承190。轴套或直线轴承190设于内筒120和连接外筒130之间。在内筒120和连接外筒130之间设置轴套或直线轴承190能够使连接外筒130相对于内筒120上下移动时更加灵活。
上述螺钉抓取机构10，请参考图1，初始状态时，气缸180处于伸长状态，连接外筒130的珠槽132和内筒120上的通孔122恰好吻合，钢珠位于珠槽132和通孔122形成的空间内。此时，螺钉400可以自由出入内筒120内。螺钉400从内筒120远离安装板100的一侧套入内筒120后。螺钉套筒170受到螺钉400向上的挤压力后将挤压力传送给缓冲联轴器160，由于缓冲联轴器160可压缩，缓冲联轴器160受到螺钉400的挤压力后向上压缩。接着气缸180收缩，带动连接外筒130相对内筒120向上移动。钢珠140也随连接外筒130向上移动。请同时参考图3和4，钢珠140在向上移动的过程中，一方面受到珠槽132远离安装板110的边缘的倒角134的推动力，另一方面受到内筒120的通孔122的上端孔壁推动力，钢珠140从珠槽132内滚出向内侧移动，进入通孔122内，并部分露出到通孔122靠近螺钉套筒170一侧，从而夹紧螺钉400。将螺钉400放入指定螺钉孔内后，气缸180伸长，连接外筒130相对内筒120向下移动，此时，钢珠140受到珠槽132远离安装板110的边缘的倒角134的推动力消失。由于之前缓冲联轴器160被压缩，此时螺钉套筒170与螺钉400仍紧密连接，螺钉400在缓冲联轴器160的弹力作用下下移，推动钢珠140向外侧移动至连接外筒130的珠槽132内，恢复到初始状态。同时，螺钉400被顶入螺孔，接着拧紧装置150工作，将螺钉400拧紧后，螺钉抓取机构10又可以再次进行下一颗螺钉的装配工作。
上述螺钉抓取机构10，驱动装置180可以推动连接外筒130相对内筒120上下移动，连接外筒130的上下移动可以使珠槽132的内壁推动圆珠140向螺钉套筒170的方向锁紧或外松，配合螺钉套入内筒120后对缓冲联轴器160的挤压与缓冲联轴器160对螺钉的弹力，从而达到对螺钉400的锁紧抓取和松开功能。上述螺钉抓取机构10，螺钉拧紧前，由于缓冲联轴器160被压缩，此时螺钉套筒170与螺钉400紧密连接，因此在拧紧螺前，可在弹簧力的作用下完成螺钉认帽动作，之后再拧紧螺钉，完成装配。因此，上述螺钉抓取机构10，在同一设备上连续完成螺钉抓取与拧紧操作，螺钉抓取和拧紧过程中，螺钉套筒170始终和螺帽配合，避免了螺钉放入螺纹孔后的拧紧过程中认帽不完全准确的情况发生，能够减少螺钉拧紧出现偏差的情况，提高产品良率。同时，通过减少螺钉拧紧出现偏差的情况，能够有效减少因螺钉拧紧出现偏差需要重拧造成的装配成本增加的问题，从而减少螺钉装配成本。
上述螺钉装配机器人100，初始状态时，气缸处于伸长状态，螺钉400可以自由出入内筒120内。机械臂20带动螺钉抓取机构10移动到螺钉送料机200的上方，机械臂20下移套入螺钉400。接着气缸收缩，带动连接外筒130相对内筒120向上移动，从而夹紧螺钉400。这时，机械臂20带动螺钉抓取机构10移动至生产线装配体300上方，将螺钉400放入指定螺钉孔内后，气缸伸长，连接外筒130相对内筒120向下移动，螺钉400被顶入螺孔，接着拧紧装置150工作，将螺钉拧紧。拧紧螺钉400后，机械臂20带动螺钉抓取机构10重复装配下一个螺钉。上述螺钉装配机器人100，能够在生产装配过程实现无人化操作，工序简单化，自动化程度高，减少了人力资源与人为损耗，提高了生产效率。上述螺钉装配机器人100可代替人工完成装配过程中的螺钉抓取工作，降低危险区域的工作风险。并且这种螺钉抓取、拧紧一体化的结构方式减少自动装配的工步，降低工时，提高装配效率。此外，该螺钉抓取、拧紧一体化的结构方式减少了工作空间，使装配生产流程更加紧凑。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种螺钉抓取机构，其特征在于，包括安装板、内筒、连接外筒、圆珠、拧紧装置、缓冲联轴器、螺钉套筒和驱动装置；
所述内筒固定在所述安装板的一侧，所述内筒远离所述安装板的一端的沿圆周方向开设有通孔，所述连接外筒套设在所述内筒外，所述连接外筒的内壁和所述通孔对应的位置开设有珠槽，所述圆珠设于所述珠槽和所述通孔形成的空间内，所述拧紧装置固定在所述安装板的另一侧，所述拧紧装置的驱动轴穿过所述安装板设于所述内筒的内部，所述缓冲联轴器的两端分别与所述拧紧装置的驱动轴和螺钉套筒固定连接，所述驱动装置固定在所述安装板上，所述驱动装置的驱动轴穿过所述安装板和所述连接外筒固定连接，所述驱动装置用于驱动所述连接外筒上下移动。
2.如权利要求1所述的螺钉抓取机构，其特征在于，所述驱动装置为气缸。
3.如权利要求1所述的螺钉抓取机构，其特征在于，还包括轴套，所述轴套设于所述内筒和所述连接外筒之间。
4.如权利要求1所述的螺钉抓取机构，其特征在于，还包括直线轴承，所述直线轴承设于所述内筒和所述连接外筒之间。
5.如权利要求1所述的螺钉抓取机构，其特征在于，所述圆珠为钢珠。
6.如权利要求1所述的螺钉抓取机构，其特征在于，所述通孔靠近所述连接外筒一侧的开口的直径大于所述通孔靠近所述螺钉套筒一侧的开口的直径。
7.如权利要求1所述的螺钉抓取机构，其特征在于，所述珠槽远离所述安装板的边缘形成有倒角。
8.一种螺钉装配机器人，其特征在于，包括安装底座、机械臂和螺钉抓取机构，所述机械臂安装在安装底座上，所述螺钉抓取机构安装在机械臂的末端；
所述螺钉抓取机构包括安装板、内筒、连接外筒、圆珠、拧紧装置、缓冲联轴器、螺钉套筒和驱动装置；
所述内筒固定在所述安装板的一侧，所述内筒远离所述安装板的一端的沿圆周方向开设有通孔，所述连接外筒套设在所述内筒外，所述连接外筒的内壁和所述通孔对应的位置开设有珠槽，所述圆珠设于所述珠槽和所述通孔形成的空间内，所述拧紧装置固定在所述安装板的另一侧，所述拧紧装置的驱动轴穿过所述安装板设于所述内筒的内部，所述缓冲联轴器的两端分别与所述拧紧装置的驱动轴和螺钉套筒固定连接，所述驱动装置固定在所述安装板上，所述驱动装置的驱动轴穿过所述安装板和所述连接外筒固定连接，所述驱动装置用于驱动所述连接外筒上下移动。
9.如权利要求8所述的螺钉装配机器人，其特征在于，所述通孔靠近所述连接外筒一侧的开口的直径大于所述通孔靠近所述螺钉套筒一侧的开口的直径。
10.如权利要求8所述的螺钉装配机器人，其特征在于，所述珠槽远离所述安装板的边缘形成有倒角。
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