CN105479146B - 一种实现轴孔装配的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种实现轴孔装配的设备及利用该设备实现轴孔装配的方法，包括支架和固定设于支架上的动力装置，所述支架上设有可由所述动力装置驱动转动的丝杆，所述丝杆上套设有可沿其上下移动的丝杆螺母，所述丝杆螺母一侧设有连接板，所述连接板上设有基于磁场力实现轴孔装配的柔顺装置，所述柔顺装置下方设有与其相连的夹持机构，当所述丝杆在动力装置的驱动下转动时，所述丝杆螺母会沿着丝杆上下移动，同时带动与丝杆螺母相连的柔顺装置向下移动。本发明主要解决装配孔壁光滑或粗糙时的卡阻问题，且将磁场力融入到装配作业中，弥补了传统位置控制在高质量高精度装配作业中的不足，极大的提高了装配质量和工作效率。
Description
技术领域：
本发明涉及工业机器人应用领域，尤其涉及一种实现轴孔装配的设备及利用该设备实现轴孔装配的方法。
背景技术：
21世纪的工业生产在人工成本逐渐上升以及传统制造业转型升级的情况下，企业实现装配作业的高度自动化生产具有重要意义。在装配作业中，其轴孔装配是机械装配中最为基础的任务，装配质量的高低对于产品在应用过程中具有重大影响，一些精细零件的加工与装配作业依靠普通的控制系统已经不能满足需求需求。例如高精度的轴孔装配作业，由于环境中存在诸多不确定性和突发事件，使得装配作业时常发生故障，在常规位置控制下，装配工业机器人装配件之间的微小偏差可能使装配件不能完成装配，导致装配作业失败，甚至造成对装配工件及周边设备的损坏。
较早的研究工作者Whitney在其文章中Instrumented remote centercompliance[J].Industrial Robot.1984,11(4):238-242提出的被动RCC装置(RemoteCenter of Compliance)，该被动RCC装置利用弹性元件容纳轴孔之间的位置和姿态的误差而进行轴孔配。
公开号CN102218652B的专利公开了一种利用机器人的柔顺性实现轴孔装配的装置和方法，但其是靠位置控制来实现轴孔装配的，不能够对接触力进行控制，对于装配孔壁粗糙或装配精度要求较高的工件进行装配作业时，其接触力的不可控性容易造成装配失败或者工件的损坏。
上述的轴孔装配的装置和方法均是在孔壁光滑条件下的轴孔装配，对于孔壁粗糙的轴孔装配更容易出现卡阻，实现成功装配作业更难。
发明内容：
针对现有技术的不足，本发明提供一种实现轴孔装配的设备，其利用套设在丝杆上的丝杆螺母可沿丝杆上下移动，从而带动与丝杆螺母相连的柔顺装置向下移动，主要解决装配孔壁光滑或粗糙时的卡阻问题，且将磁场力融入到装配作业中，弥补了传统位置控制在高质量高精度装配作业中的不足，极大的提高了装配质量和工作效率。
本发明时通过以下技术方案实现的：
一种实现轴孔装配的设备，包括支架和固定设于支架上的动力装置，所述支架上设有可由所述动力装置驱动转动的丝杆，所述丝杆由所述支架上端一直延伸到支架下端，所述丝杆上套设有可沿其上下移动的丝杆螺母，所述丝杆螺母一侧设有连接板，所述连接板上设有基于磁场力实现轴孔装配的柔顺装置，所述柔顺装置下方设有与其相连的夹持机构，当所述丝杆在动力装置的驱动下转动时，所述丝杆螺母会沿着丝杆上下移动，同时带动与丝杆螺母相连的柔顺装置向下移动。
如上所述的实现轴孔装配的设备，所述柔顺装置包括主动柔顺部分和被动柔顺部分,
所述被动柔顺部分包括壳体，所述壳体内部上方设有第一磁体，内部下方套设有能够相对于第一磁体轴向上下移动且至少可与装配轴连接的柔顺连接部件，所述柔顺连接部件包括从壳体内穿过壳体的底部的末端连接件，所述末端连接件上设有与所述第一磁体相对的且极性相同的第二磁体，所述第一磁体与第二磁体间设有缓冲空间；
所述主动柔顺部分包括套设在壳体外可旋转的旋转套筒，所述旋转套筒内侧壁上相对的两侧设有磁体，位于所述壳体下方且与所述磁体相对的地方设有磁铁架，所述磁铁架上均布设有多对磁铁，所述末端连接件贯穿磁铁架从磁铁架的底部伸出，所述磁铁架可径向来回移动，当所述旋转套筒旋转时，所述磁体会对磁铁架上的磁铁产生吸力或斥力，使磁铁架在任意径向方向来回移动并带动所述末端连接件来回调整其装配角度或位置。
如上所述的基于磁场力实现轴孔装配的柔顺装置，所述壳体上方固定设有力传感器，所述力传感器用于检测第一磁体和第二磁体间的排斥力大小，当所述力传感器检测到的排斥力大小超过力传感器的设定值时，所述旋转套筒会旋转。
如上所述的基于磁场力实现轴孔装配的柔顺装置，所述壳体包括上盖板和下盖板以及设于上盖板和下盖板之间的防护套筒，所述第一磁体通过第一螺栓与所述上盖板固定连接，所述第二磁体和末端连接件之间通过第二螺栓固定设有导向嵌入块，所述下盖板的中心设有让末端连接件穿过且与所述导向嵌入块相配合的锥形导向孔。
如上所述的基于磁场力实现轴孔装配的柔顺装置，所述锥形导向孔的孔径比所述末端连接件的外径大。
如上所述的基于磁场力实现轴孔装配的柔顺装置，优选地，所述磁铁架上相邻的磁铁的极性相反，所述磁铁的数量为奇数对。
如上所述的基于磁场力实现轴孔装配的柔顺装置，所述磁铁架的中心设有让所述末端连接件穿过的通孔，所述下盖板的下方设有限位板，下盖板与限位板通过连接柱连接。
如上所述的基于磁场力实现轴孔装配的柔顺装置，所述磁铁架设于所述下盖板和限位板之间，所述磁铁架上设有与所述连接柱相配合的限位孔，当磁铁架径向来回移动时，通过所述限位孔和连接柱的配合从而限制磁铁架的活动范围。
如上所述的基于磁场力实现轴孔装配的柔顺装置，所述旋转套筒的外表面设有旋转驱动齿，所述旋转驱动齿与由电机驱动的齿轮相啮合。
如上所述的基于磁场力实现轴孔装配的柔顺装置，所述电机固设于所述上盖板一侧。
另外，本发明还提供了一种利用上述设备实现轴孔装配的方法，其特征在于：在轴孔装配过程中，当与柔顺连接部件连接的装配轴与工件的装配孔之间出现卡阻时，卡阻产生的轴向反作用力迫使柔顺连接部件连同装配轴向上升起并逐渐靠近第一磁体，使柔顺连接部件连同装配轴在第一磁体与第二磁体之间逐渐增大的排斥力作用下进行装配角度或位置的初步调整；同时，所述旋转套筒旋转，通过所述磁体对磁铁架上的磁铁产生吸力或斥力，使磁铁架在任意径向方向来回移动并带动所述末端连接件进一步来回调整其装配角度或位置，实现轴孔装配。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明上述实施例提供的实现轴孔装配的设备及利用该设备实现轴孔装配的方法，其利用套设在丝杆上的丝杆螺母可沿丝杆上下移动，从而带动与丝杆螺母相连的柔顺装置向下移动，同时利用磁场力对装配轴的推动作用实现轴孔装配，主要解决装配孔壁光滑或粗糙时的卡阻问题，且将磁场力融入到装配作业中，弥补了传统位置控制在高质量高精度装配作业中的不足，极大的提高了装配质量和工作效率。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明柔顺装置的结构示意图；
图3为图2的A-A剖视图；
图4为本发明被动柔顺部分的结构示意图；
图5为本发明主动柔顺部分的结构示意图；
图6为图4的爆炸分解图；
图7为图5的爆炸分解图；
图8为本发明磁铁架的结构示意图；
图9为本发明卡阻时状态示意图。
下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式：
请参看附图1，一种实现轴孔装配的设备1，包括支架2和固定设于支架2上的动力装置3，所述支架2上设有可由所述动力装置3驱动转动的丝杆4，所述丝杆4由所述支架2上端一直延伸到支架2下端，所述丝杆4上套设有可沿其上下移动的丝杆螺母5，所述丝杆螺母5一侧设有连接板6，所述连接板6上设有基于磁场力实现轴孔装配的柔顺装置7，所述柔顺装置7下方设有与其相连的夹持机构8，当所述丝杆4在动力装置3的驱动下转动时，所述丝杆螺母5会沿着丝杆4上下移动，同时带动与丝杆螺母5相连的柔顺装置7向下移动。
本发明实施例中，因套设在丝杆4上的丝杆螺母5可沿丝杆4上下移动，同时带动与丝杆螺母5相连的柔顺装置7向下移动，主要解决装配孔壁光滑或粗糙时的卡阻问题，且将磁场力融入到装配作业中，弥补了传统位置控制在高质量高精度装配作业中的不足，极大的提高了装配质量和工作效率。
请参看附图2和附图3，所述柔顺装置7包括主动柔顺部分8和被动柔顺部分9：
所述被动柔顺部分9包括壳体10，所述壳体10内部上方设有第一磁体11，内部下方套设有能够相对于第一磁体11轴向上下移动且至少可与装配轴连接的柔顺连接部件12，所述柔顺连接部件12包括从壳体10内穿过壳体10的底部的末端连接件13，所述末端连接件13上设有与所述第一磁体11相对的且极性相同的第二磁体14，所述第一磁体11与第二磁体14间设有缓冲空间15；因第一磁体11和第二磁体14间设有缓冲空间15可起轴孔柔顺装配以及缓冲外力的作用，结构简单；所述主动柔顺部分8包括套设在壳体10外可旋转的旋转套筒16，所述旋转套筒16内侧壁上相对的两侧设有磁体17，位于所述壳体10下方且与所述磁体17相对的地方设有磁铁架18，所述磁铁架18上均布设有多对磁铁19，所述末端连接件13贯穿磁铁架18从磁铁架18的底部伸出，所述磁铁架18可径向来回移动，当所述旋转套筒16旋转时，所述磁体17会对磁铁架18上的磁铁19产生吸力或斥力，使磁铁架18在任意径向方向来回移动并带动所述末端连接件13来回调整其装配角度或位置。本实施例，与柔顺连接部件12连接的装配轴与工件的装配孔之间出现卡阻时，因卡阻产生的轴向反作用力迫使柔顺连接部件12连同装配轴向上升起并逐渐靠近第一磁体11，使柔顺连接部件12连同装配轴在第一磁体11与第二磁体14之间逐渐增大的排斥力作用下进行装配角度或位置的初步调整，同时，所述旋转套筒16旋转，通过所述磁体17对磁铁架18上的磁铁19产生吸力或斥力，使磁铁架18在任意径向方向来回移动并带动所述末端连接件13进一步来回调整其装配角度或位置，实现轴孔装配，弥补了传统位置控制在高质量高精度装配作业中的不足，极大的提高了工作效率，结构简单。
具体地，请参看附图3，本实施例中，所述壳体10上方固定设有力传感器20，所述力传感器20用于检测第一磁体11和第二磁体14间的排斥力大小，当所述力传感器20检测到的排斥力大小超过力传感器20的设定值时，所述旋转套筒16会旋转。结构简单，当力传感器20检测到的排斥力大小超过力传感器20的设定值时，意味着装配轴在装配过程中出现卡阻，此时，通过电机21驱动旋转套筒16转动，克服卡阻，更有利于轴孔装配，极大的提高了工作效率。
进一步地，请参看附图3和附图5，所述壳体10包括上盖板22和下盖板23以及设于上盖板22和下盖板23之间的防护套筒24，所述第一磁体11通过第一螺栓25与所述上盖板22固定连接，所述第二磁体14和末端连接件13之间通过第二螺栓26固定设有导向嵌入块27，所述下盖板23的中心设有让末端连接件13穿过且与所述导向嵌入块27相配合的锥形导向孔28。结构简单，加工制造方便且价格低廉，导向嵌入块27的设置能够快速地为末端连接件13导引方向，有利于轴孔装配。
再进一步地，请参看附图3，所述锥形导向孔28的孔径比所述末端连接件13的外径大。结构简单，有利于末端连接件13穿过下盖板23。
更进一步地，请参看附图8，本实施例中，所述磁铁架18上相邻的磁铁19的极性相反，所述磁铁19的数量为奇数对。结构简单，因磁铁19的数量为奇数对，更好的保证了磁体17对磁铁19任意径向方向磁场力的作用，有利于更好的实现轴孔装配。
具体地，请参看附图3和附图8，所述磁铁架18的中心设有让所述末端连接件13穿过的通孔29，所述下盖板23的下方设有限位板30，下盖板23与限位板30通过连接柱31连接。所述磁铁架18设于所述下盖板23和限位板30之间，所述磁铁架18上设有与所述连接柱31相配合的限位孔32，当磁铁架18径向来回移动时，通过所述限位孔32和连接柱31的配合从而限制磁铁架18的活动范围。结构简单，因限位孔32的直径比连接柱31的直径大，使磁铁架18有一定的活动范围来调整末端连接件13的装配角度，同时通过限位孔32与连接柱31的配合限制磁铁架18的活动范围，不致于让磁体17和磁铁架18相互因磁场力作用粘在一起，阻碍轴孔装配。
进一步地，请参看附图2，所述旋转套筒16的外表面设有旋转驱动齿33，所述旋转驱动齿33与由电机21驱动的齿轮34相啮合，所述电机21固设于所述上盖板22一侧。本实施例中，旋转套筒16通过电机21驱动来转动，结构简单。
另外，本发明实施例还提供了一种利用该设备1实现轴孔装配的方法：在轴孔装配过程中，当与柔顺连接部件12连接的装配轴与工件的装配孔之间出现卡阻时，卡阻产生的轴向反作用力迫使柔顺连接部件12连同装配轴向上升起并逐渐靠近第一磁体11，使柔顺连接部件12连同装配轴在第一磁体11与第二磁体14之间逐渐增大的排斥力作用下进行装配角度或位置的初步调整；同时，所述旋转套筒16旋转，通过所述磁体17对磁铁架18上的磁铁19产生吸力或斥力，使磁铁架18在任意径向方向来回移动并带动所述末端连接件13进一步来回调整其装配角度或位置，实现轴孔装配。
为了使本发明所解决的技术问题更加清楚明白，本实施例以附图9为例，当出现图中所示卡阻时，磁铁架18会向图中箭头所示方向移动，使装配轴重新摆正，实现轴孔装配。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明实施的范围，其他凡其原理和基本结构与本发明相同或近似的，均在本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种实现轴孔装配的设备，其特征在于：包括支架和固定设于支架上的动力装置，所述支架上设有可由所述动力装置驱动转动的丝杆，所述丝杆由所述支架上端一直延伸到支架下端，所述丝杆上套设有可沿其上下移动的丝杆螺母，所述丝杆螺母一侧设有连接板，所述连接板上设有基于磁场力实现轴孔装配的柔顺装置，所述柔顺装置下方设有与其相连的夹持机构，当所述丝杆在动力装置的驱动下转动时，所述丝杆螺母会沿着丝杆上下移动，同时带动与丝杆螺母相连的柔顺装置向下移动；
所述柔顺装置包括主动柔顺部分和被动柔顺部分,
所述被动柔顺部分包括壳体，所述壳体内部上方设有第一磁体，内部下方套设有能够相对于第一磁体轴向上下移动且至少可与装配轴连接的柔顺连接部件，所述柔顺连接部件包括从壳体内穿过壳体的底部的末端连接件，所述末端连接件上设有与所述第一磁体相对的且极性相同的第二磁体，所述第一磁体与第二磁体间设有缓冲空间；
所述主动柔顺部分包括套设在壳体外可旋转的旋转套筒，所述旋转套筒内侧壁上相对的两侧设有磁体，位于所述壳体下方且与所述磁体相对的地方设有磁铁架，所述磁铁架上均布设有多对磁铁，所述末端连接件贯穿磁铁架从磁铁架的底部伸出，所述磁铁架可径向来回移动，当所述旋转套筒旋转时，所述磁体会对磁铁架上的磁铁产生吸力或斥力，使磁铁架在任意径向方向来回移动并带动所述末端连接件来回调整其装配角度或位置。
2.根据权利要求1所述的实现轴孔装配的设备，其特征在于：所述壳体上方固定设有力传感器，所述力传感器用于检测第一磁体和第二磁体间的排斥力大小，当所述力传感器检测到的排斥力大小超过设定值时，所述旋转套筒旋转。
3.根据权利要求2所述的实现轴孔装配的设备，其特征在于：所述壳体包括上盖板和下盖板以及设于上盖板和下盖板之间的防护套筒，所述第一磁体通过第一螺栓与所述上盖板固定连接，所述第二磁体和末端连接件之间通过第二螺栓固定设有导向嵌入块，所述下盖板的中心设有让末端连接件穿过且与所述导向嵌入块相配合的锥形导向孔。
4.根据权利要求3所述的实现轴孔装配的设备，其特征在于：所述锥形导向孔的孔径比所述末端连接件的外径大。
5.根据权利要求4所述的实现轴孔装配的设备，其特征在于：所述磁铁架上相邻的磁铁的极性相反，所述磁铁的数量为奇数对。
6.根据权利要求5所述的实现轴孔装配的设备，其特征在于：所述磁铁架的中心设有让所述末端连接件穿过的通孔，所述下盖板的下方设有限位板，下盖板与限位板通过连接柱连接。
7.根据权利要求6所述的实现轴孔装配的设备，其特征在于：所述磁铁架设于所述下盖板和限位板之间，所述磁铁架上设有与所述连接柱相配合的限位孔，当磁铁架径向来回移动时，通过所述限位孔和连接柱的配合从而限制磁铁架的活动范围。
8.根据权利要求1-7任一项所述的实现轴孔装配的设备，其特征在于：所述旋转套筒的外表面设有旋转驱动齿，所述旋转驱动齿与由电机驱动的齿轮相啮合。
9.一种利用权利要求1-8任一项所述的设备实现轴孔装配的方法，其特征在于：在轴孔装配过程中，当与柔顺连接部件连接的装配轴与工件的装配孔之间出现卡阻时，卡阻产生的轴向反作用力迫使柔顺连接部件连同装配轴向上升起并逐渐靠近第一磁体，使柔顺连接部件连同装配轴在第一磁体与第二磁体之间逐渐增大的排斥力作用下进行装配角度或位置的初步调整；同时，所述旋转套筒旋转，通过所述磁体对磁铁架上的磁铁产生吸力或斥力，使磁铁架在任意径向方向来回移动并带动所述末端连接件进一步来回调整其装配角度或位置，实现轴孔装配。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20171010 Termination date: 20190203 |
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