CN106391974A - 一种机器人锁铆铆接系统及其精密伺服铆压机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人锁铆铆接系统及其精密伺服铆压机，所述钳体上设有导向防转机构和送料机构，所述铆压动力机构与所述导向防转机构连接，所述铆压动力机构包括基座，和设于所述基座中的动力部件，以及固定安装于所述基座中的压力检测器，所述基座上设有压盖，通过所述压盖以一预紧力将所述压力检测器静压预紧安装于所述动力部件与所述压盖之间，所述压力检测器与所述动力部件无接触，所述导向防转机构的作用力依次经由与其连接的所述铆压动力机构、压力传导件输出以实现压力的准确传递。采用本发明的机器人锁铆铆接系统及精密伺服铆压机，可获得准确的铆接压力及铆接位移，并能够实现铆接过程的闭环在线控制。

Description

一种机器人锁铆铆接系统及其精密伺服铆压机
技术领域
本发明涉及机器人铆接设备技术领域，特别是涉及一种机器人锁铆铆接系统及其精密伺服铆压机。
背景技术
传统的铆接设备多为气压、液压或者气液增压等方式，其特点是：只能以恒定的速度和设定好的压力进行铆接,相应的缺点是：压装速度不能实现无级可跳,压力不稳定、不具备压力/位移全过程的判定功能，产品铆接过程质量无法监控等。且设备的兼容性差，换产麻烦，铆接不同的产品需要配备不同的工装模具，增加工装硬件成本和人工调试成本。此外，气压噪音大，设备体积庞大，无法应用于机器人生产线，能耗大，污染严重。
同时，压力检测多为动态测量，具体为将所述压力传感器设置在铆接设备的工作头的端部，或者设置在运动选装的主轴上，这样设置的传感器因为会随着铆接主轴或工作头运动而影响压力的测量结果，使得压力传感器测量的过程会随着工作头或主轴运动和旋转，这样得到的测量结果为动态测量，是间接测量值，其结果不精准，同时容易将与压力传感器连接的导线扯断失效，使得铆接设备的工作可靠性大大降低，再者，设置在工作头端部或主轴上，由于工作头部或主轴存在旋转或直线运动，所以无法对压力传感器进行标定，进一步影响测量值，而且，采用这种动态的设置方式无法事先对压力检测器进行标定，使得压力检测器件存在零点漂移，导致检测的结果不准确，最后，对于控制系统而言也没法很好的实现闭环控制。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明的目的在于提出一种机器人锁铆铆接系统及其精密伺服铆压机，以解决上述现有技术存在的铆接/铆压等操作无法保证压力的检测精度及不能很好实现闭环控制的技术问题。
为此，本发明提出一种精密伺服铆压机，包括钳体、送料机构、导向防转机构、铆压动力机构、检测机构和控制系统，所述检测机构包括压力检测器、位移检测器和压力传导件，所述钳体上设有导向防转机构和送料机构，所述铆压动力机构与所述导向防转机构连接，所述铆压动力机构包括基座，和设于所述基座中的动力部件，以及固定安装于所述基座中的压力检测器，所述基座上设有压盖，通过所述压盖以一预紧力将所述压力检测器静压预紧安装于所述动力部件与所述压盖之间，所述压力检测器与所述动力部件无接触，所述导向防转机构的作用力依次经由与其连接的所述铆压动力机构、压力传导件输出以实现压力的准确传递，并通过所述压力检测器、位移检测机构和控制系统实现铆压过程中压力和位移的闭环在线控制。
优选地，本发明还可以具有如下技术特征：
所述动力部件包括伺服电机及其减速机构，以及与所述减速机构连接的丝杆机构，所述位移检测器为内置于所述伺服电机中的旋转编码器，所述动力部件上设有接近传感器，所述压力检测器为压力传感器，所述压力传感器用于检测所述导向防转机构的作用力，所述旋转编码器用于将丝杆机构的旋转角度转换为直线位移。
所述减速机构由所述伺服电机的动力轴、第一同步轮、第二同步轮和同步带构成，所述丝杆机构包括丝杆及其螺母，所述螺母嵌设于所述基座上，所述导向防转机构包括导向杆及其压缩弹簧；所述丝杆与所述导向杆同轴地耦合，将所述丝杆的旋转运动转换为所述导向杆的直线运动；所述旋转编码器用于将所述丝杆机构的螺母的旋转角度转换为所述导向杆的直线位移，所述压力传感器和旋转编码器的输出端接于所述控制系统。
所述钳体包括上模、下模和定位杆，所述送料机构连接于所述上模，所述下模设有下模定位杆。
所述上模和下模可拆卸更换，使得该精密伺服铆压机可实现压装、冲压、无铆、锁铆、压铆等多种作业。
所述压力传感器包括传感器本体，和内置于所述传感器本体中的应变电阻，以及开设于所述传感器本体上的通孔，所述压力传感器通过所述通孔套设于所述丝杆上，所述压力传导件设于所述螺母上，所述压力传导件为推力轴承，所述压力传感器设于所述推力轴承上。
所述导向防转机构还包括导向套和防转块。
所述控制系统为CPU控制系统，输入端包括DP通讯接口、I/O通讯接口、压力传感器接口、接近传感器接口和启停按钮接口，分别用于接收外部输入信号。
所述控制系统还包括控制设备主电源的断路器和/或独立的触摸屏式操作按钮盒。
本发明还提供一种机器人锁铆铆接系统，包括机器人和铆压机，所述铆压机为前述任一项所述的精密伺服铆压机，所述精密伺服铆压机设于所述机器人的机械臂上，所述机器人根据所述控制系统的指令进行动作，以配合所述精密伺服铆压机完成铆压操作。
本发明与现有技术对比的有益效果包括：本发明的采用将所述压力检测器静压预紧安装于所述动力部件与所述压盖之间，相比于现有的采用的将压力检测器设置在导向杆工作头前端或运动旋转的主轴上而言，本发明的设置方式避免了压力传感器动态测量的可能，因为将压力检测器固定安装在基座上，在测量的过程中，压力检测器本体不会随着导向杆或主轴的运动和旋转而一起运动，实现了静态测量的可能，同时，采用本发明的设置形式，可以对压力传感器进行预紧安装，通过预紧安装，可以通过一预紧力对其进行标定，标定后的压力检测器避免了零点漂移的可能，使得检测的结构更为精准，本发明导向防转机构的作用力通过依次经由与其连接的所述铆压动力机构、压力传导件输出以实现压力的准确传递，实现所述的动力经由所述导向防转机构输出以实现动力的准确传递，并通过所述压力/位移检测机构和控制系统实现铆压过程中压力和位移的闭环在线控制，可获得准确的铆接压力及铆接位移，并能够实现铆接过程的闭环在线控制，这种检测方式测得的值为直接测量测得的值，非间接测量得到的，相比于现有的间接测量得到的值而言，直接测量测得的值更为准确，进一步提高控制系统的精确度，静态安装的压力检测器不至于将与其连接的导线扯断导致失效，提高的本发明的工作可靠性。
附图说明
图1是本发明具体实施方式一的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式一的局部放大结构示意图；
图3是本发明具体实施方式一的另一局部放大结构示意图；
图4是图2中主要组成部件的爆炸图；
图5是所述丝杆机构和送料机构的爆炸图；
图6是本发明一个实施例的控制系统分布示意图；
图7是本发明一个实施例的主电路接线图；
图8是本发明一个实施例的控制电路接线图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参照以下附图1-8，将描述非限制性和非排他性的实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。
一种机器人锁铆铆接系统，如图1所示，包括机器人80和设于其机械臂801上的精密伺服铆压机。其中，所述机器人80可采用现有技术的机器人，本实施例中不做详细描述。
所述精密伺服铆压机，如图1和图2所示，包括钳体10、送料机构20、导向防转机构30、铆压动力机构40、检测机构和控制系统50，所述检测机构包括压力检测器、位移检测器和压力传导件，所述钳体10上设有导向防转机构30和送料机构20，所述铆压动力机构40与所述导向防转机构30连接，所述铆压动力机构40包括基座404，和设于所述基座404中的动力部件，以及固定安装于所述基座404中的压力检测器，所述基座404上设有压盖4015，通过所述压盖4015以一预紧力将所述压力检测器静压预紧安装于所述动力部件与所述压盖4015之间，所述压力检测器与所述动力部件无接触，所述送料机构20和导向防转机构30分别固设于所述钳体10上，所述导向防转机构30的作用力依次经由与其连接的所述铆压动力机构40、压力传导件输出以实现压力的准确传递，并通过所述压力检测器、位移检测机构和控制系统50实现铆压过程中压力和位移的闭环在线控制。图2所示中的P1、P2为本实施例中所要铆接的两个板材。
如图3所示，所述动力部件包括伺服电机409及其减速机构，以及与所述减速机构连接的丝杆机构，所述位移检测器为内置于所述伺服电机409中的旋转编码器，所述压力检测器为压力传感器407，所述压力传感器407用于检测所述导向防转机构30的作用力，所述旋转编码器用于将丝杆机构的旋转角度转换为直线位移。所述铆压动力机构40还包括接近传感器408。
如图3、图4和图5所示，所述丝杆机构包括丝杆401及其螺母，所述螺母嵌设于所述基座404上，所述导向防转机构30包括导向杆3102及其压缩弹簧3103；所述丝杆401为行星滚柱丝杆；所述丝杆401与所述导向杆3102同轴地耦合，将所述丝杆401的旋转运动转换为所述导向杆3102的直线运动；所述旋转编码器用于将所述丝杆机构的螺母的旋转角度转换为所述导向杆3102的直线位移，所述压力传感器407和旋转编码器的输出端接于所述控制系统50。
所述减速机构由所述伺服电机409的动力轴、第一同步轮4010、第二同步轮405和同步带4031构成，所述第一同步轮4010与所述动力轴相连，所述第二同步轮405设于所述螺母上，所述螺母嵌设于所述基座上，所述动力轴驱动所述第一同步轮4010旋转，经所述同步带4031带动所述第二同步轮405旋转，进而驱动螺母旋转，与所述螺母啮合的行星滚柱丝杆401在螺母旋转运动下，作直线运动。
11、图3及图4所示的爆炸图中，显示了一个具体实施方式的铆压动力机构40核心部件，所述压力传导件由推力轴承406组成，包括伺服电机409、接近传感器408、丝杆401、压力传感器407、推力轴承406、第一同步轮4010、第二同步轮405、基座404、角接触球轴承403和连接座402等。其中，所述压力传感器407包括传感器本体，和内置于所述传感器本体中的应变电阻，以及开设于所述传感器本体上的通孔，所述压力传感器407通过所述通孔套设于所述丝杆401上，所述压力传感器407设于所述推力轴承406上。通过在行星滚柱丝杆401后端的压力传导件(推力轴承406)上设置压力传感器407，以及在压力传感器407上设置通孔，在工作铆压的过程中，虽然行星滚柱丝杆401存在旋转，但通孔的设置使得压力传感器407不与丝杆401接触，通过推力轴承的设置可以防止压力传感器407跟随丝杆401一起运动，实现了静态的测量，将所述压力传感器407静压预紧安装于所述动力部件与所述压盖4015之间，该设置方式可进一步提高检测精度，避免了压力传感器407动态测量，可实现了静态测量，通过预紧安装，可以通过一预紧力对其进行标定，标定后的压力检测器避免了零点漂移的可能，使得检测的结构更为精准，这种检测方式测得的值为直接测量测得的值，非间接测量得到的，其值更为准确，提高控制系统的精确度，有利于闭环控制，且相比于其它设置结构设计方式，能够解决使用中电缆折断的问题，设置在行星滚柱丝杆401上后端的压力传感器407，相比于传统的压力传感器的结构而言，需要开设通孔，并在传感器本体中设置应变片，虽然制作需更加精细，难度增加，精度要求更高，但能带来良好的检测效果。
如图5所示，所述导向防转机构30还包括轴套3104、导套3111及配套的固定块3105和U型块3106等，所述导向杆3102的端部还设有耐磨套3101。图中，送料机构20通过锁紧螺母3110及其两侧的第一垫圈3107、第二垫圈3109连接于所述导向套3104上。
所述钳体10包括上模、下模和定位杆，所述送料机构20连接于所述上模，所述下模设有下模定位杆。所述上模和下模可拆卸更换，使得该精密伺服铆压机可实现压装、冲压、无铆、锁铆、压铆等多种作业。
如图6所示，所述控制系统50为CPU控制系统，输入端包括DP通讯接口、I/O通讯接口5001、压力传感器接口5004、接近传感器接口5002和启停按钮接口5003，分别用于接收外部输入信号。如图1和图7所示，所述控制系统50的主电路还可包括控制设备主电源的断路器503，以及独立的触摸屏式操作按钮盒60。所述CPU控制系统的输入端接所述触摸屏式操作盒60的输出端，CPU控制系统的输出端接所述伺服电机409的输入端。设备主电源经过所述断路器(带保护模块)，并通过噪声滤波器504直接驱动交流伺服驱动器502，同时，经过开关电源503降压及直流滤波器506滤波后供电给CPU控制系统。交流伺服驱动器向伺服电机409提供驱动力，CPU控制系统接收外部输入信号(如限位传感器、压力传感器、按钮、开关等提供的信号)，识别及处理向伺服电机409输出，执行动作。如图8所示，显示了一个优选实施例的控制电路接线图，其包括并联连接的控制系统电源启停电路801和伺服电机启停电路802，以及并联连接的控制系统电源电路803、散热风扇电路804和PLC电源电路805。
工作时，伺服电机409通过同步带4031一级减速后驱动行星滚柱丝杆401的螺母旋转，导向防转机构30将行星滚柱丝杆401的旋转运动转换为导向杆3102的直线运动，旋转编码器将行星滚柱丝杆401螺母的旋转角度转换为导向杆3102的直线位移，压力传感器407检测导向杆3102的输出力，借由变送器70传送至所述交流伺服驱动器502，并由控制系统50根据旋转编码器和压力传感器407的检测结果进行适当控制，使得铆压力准确传递，从而实现精密伺服铆压机闭环在线控制铆压过程。同时，由于该精密伺服铆压机采用伺服控制系统与机械传动机构相结合的结构，因此在工作中不会产生粉尘和油污，符合无尘洁净车间标准。
本实施例的精密伺服铆压机由交流伺服电机通过同步带4031一级减速驱动行星滚柱丝杆输出力，通过压力、位移检测功能及控制系统间的配合，可以实现铆压全过程的监控，从而实现高精度的位置和压力控制，有效控制被铆接产品的质量。此外，本实施例的产品体积小，兼容性好，可简化工装，并通过所述DP通讯接口与机器人配合用于生产线的装配，实现一机多用，它既可用于板与板之间的连接，也可以用于有过盈配合要求的压力装配，也可用于实验室的压力测试。相比于传统铆压设备，本实施例的铆压机能降低能耗，减少环境污染，且噪音小。
本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例仅是用来描述一个或多个特定实施方式。
尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。

Claims (10)

1.一种精密伺服铆压机，其特征在于：包括钳体、送料机构、导向防转机构、铆压动力机构、检测机构和控制系统，所述检测机构包括压力检测器、位移检测器和压力传导件，所述钳体上设有导向防转机构和送料机构，所述铆压动力机构与所述导向防转机构连接，所述铆压动力机构包括基座，和设于所述基座中的动力部件，以及固定安装于所述基座中的压力检测器，所述基座上设有压盖，通过所述压盖以一预紧力将所述压力检测器静压预紧安装于所述动力部件与所述压盖之间，所述压力检测器与所述动力部件无接触，所述导向防转机构的作用力依次经由与其连接的所述铆压动力机构、压力传导件输出以实现压力的准确传递，并通过所述压力检测器、位移检测机构和控制系统实现铆压过程中压力和位移的闭环在线控制。
2.如权利要求1所述的精密伺服铆压机，其特征在于：所述动力部件包括伺服电机及其减速机构，以及与所述减速机构连接的丝杆机构，所述动力部件上设有接近传感器，所述位移检测器为内置于所述伺服电机中的旋转编码器，所述压力检测器为压力传感器，所述压力传感器用于检测所述导向防转机构的作用力，所述旋转编码器用于将丝杆机构的旋转角度转换为直线位移。
3.如权利要求2所述的精密伺服铆压机，其特征在于：所述减速机构由所述伺服电机的动力轴、第一同步轮、第二同步轮和同步带构成，所述丝杆机构包括丝杆及其螺母，所述螺母嵌设于所述基座上，所述导向防转机构包括导向杆及其压缩弹簧；所述丝杆与所述导向杆同轴地耦合，将所述丝杆的旋转运动转换为所述导向杆的直线运动；所述旋转编码器用于将所述丝杆机构的螺母的旋转角度转换为所述导向杆的直线位移，所述压力传感器和旋转编码器的输出端接于所述控制系统。
4.如权利要求1所述的精密伺服铆压机，其特征在于：所述钳体包括上模、下模和定位杆，所述送料机构连接于所述上模，所述下模设有下模定位杆。
5.如权利要求4所述的精密伺服铆压机，其特征在于：所述上模和下模可拆卸更换，使得该精密伺服铆压机可实现压装、冲压、无铆、锁铆、压铆的多种作业。
6.如权利要求3所述的精密伺服铆压机，其特征在于：所述压力传感器包括传感器本体，和内置于所述传感器本体中的应变电阻，以及开设于所述传感器本体上的通孔，所述压力传感器通过所述通孔套设于所述丝杆上，所述压力传导件设于所述螺母上，所述压力传导件为推力轴承，所述压力传感器设于所述推力轴承上。
7.如权利要求1所述的精密伺服铆压机，其特征在于：所述导向防转机构还包括导向套和防转块。
8.如权利要求1～7任一项所述的精密伺服铆压机，其特征在于：所述控制系统为CPU控制系统，输入端包括DP通讯接口、I/O通讯接口、压力传感器接口、接近传感器接口和启停按钮接口，分别用于接收外部输入信号。
9.如权利要求6所述的精密伺服铆压机，其特征在于：所述控制系统还包括控制设备主电源的断路器和/或独立的触摸屏式操作按钮盒。
10.一种机器人锁铆铆接系统，其特征在于：包括机器人和铆压机，所述铆压机为权利要求1-9中任一项所述的精密伺服铆压机，所述精密伺服铆压机设于所述机器人的机械臂上，所述机器人根据所述控制系统的指令进行动作，以配合所述精密伺服铆压机完成铆压操作。
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