CN106736380A - 一种自动锁螺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动锁螺丝装置，属于自动化拧紧领域。所述自动锁螺丝装置包括机体框架、步进搬运装置、机械手滚珠花键锁附机构、螺丝供料系统、不良品检测搬运装置。本发明结构紧凑，合理，操作方便，重复利用率高节约成本。通过步进搬运装置代替人工搬运治具；机械手及锁附机构代替人工拧螺丝；不良品检测搬运装置取代繁琐的人工检测，不论从效率还是精确都使得此拧紧装置在生产中发挥巨大作用。

Description

一种自动锁螺丝装置

技术领域

本发明涉及一种自动锁螺丝装置，属于自动化拧紧领域。

背景技术

目前，节约人力成本和工业4.0是当前制造业发展趋势。一般来说螺钉拧紧是产品制造的终端工序，如果没有很高的质量保证，因为螺钉拧紧装配产生的不良品的失败成本是远远得不偿失的。所以装配质量的好坏对购买与否有一票否决作用，不能跨越稳定性这一关，再廉价的设备都只是废铁一堆。

目前市场上大多数机器人螺钉拧紧装配设备(主流是直角坐标型)的效率比人工装配设备低10～30％，很难达到一台机器取代一个人工。3C产品中的消费电子产品的更新换代周期越缩越短，高价值装配设备的利用度低，就需要通用程度高的拧紧装配设备。

桌面直角坐标机械手搭建的拧紧机器人平台受限于滚珠丝杆或皮带传动速度限制，通常其运动的最高速度不超过1m/s；经过大量的实践和试验数据表明：通常一套直角坐标拧紧自动化设备的产能只能到达一个普通工人产能的70～90％，很难实现一台设备取代一个人工。

发明内容

本发明提供了一种机械自动锁螺丝装置，可实现机器人在工厂取代人工提升效率。

所述机械自动锁螺丝装置包括：机体框架、步进搬运装置、机械手滚珠花键锁附机构、螺丝供料系统、不良品检测搬运装置。

所述步进搬运装置包括：伺服模组、直线滑轨、底板、顶升气缸、搬运载板、连杆。顶升气缸由螺丝固定于底板上，顶升气缸的气缸导杆与搬运载板固定连接，底板与直线滑轨配合且与伺服模组连接。伺服模组与顶升气缸共同作用实现步进搬运功能。

所述机械手滚珠花键锁附机构包含：水平多关节工业机器人、支架、伺服电机、同步带、同步轮、滚珠花键轴、联轴器、压簧①、压簧②、压簧限位装置、螺丝批杆、螺丝批杆套、螺丝夹嘴；伺服电机靠支架安装于水平多关节工业机器人的上部，滚珠花键轴安装在水平多关节工业机器人的Z轴方向上，可沿Z轴上下运动，松螺丝伺服电机通过同步轮和同步带驱动滚珠花键轴旋转运动，滚珠花键轴下端通过联轴器与螺丝批杆相连，在滚珠花键轴和螺丝批杆之间的空隙加装了压簧①，螺丝批杆受力时压簧①收缩；第一安装板、第二安装板为L型板件；第一安装板的水平面的中间开有能容纳滚珠花键轴穿过的圆孔，两端开有容纳导向轴通过的孔位，两个导向轴内部均设有压簧②，导向轴串联了第一安装板、第二安装板；第二安装板的上方两侧还设有撞块，当撞块接触到位于Z轴底部的、相对于Z轴静止的压簧限位装置时，压簧②的伸展运动停止；螺丝夹嘴与穿过第二安装板的螺丝批杆连接，位于机械手滚珠花键锁附机构的末端。

在本发明的一种实施方式中，螺丝批杆外部设有螺丝批杆套。

在本发明的一种实施方式中，所述压簧限位装置是限位螺母。

所述螺丝供料系统置于机体框架内，由圆振、直振串联而成，并通过末端气缸完成螺丝拨料及吹送动作；所述螺丝供料系统包括：圆振、螺丝振动盘、直振流道、直振、螺丝拨料吹送装置。通过圆振、螺丝振动盘可以螺丝振动盘中的螺丝不间断振出并流入直振流道，直振流道底部装有直振，用于将螺丝从直振流道中振入拨料吹料装置入口；螺丝拨料吹料装置由气缸驱动将入口处的螺丝拨入气管，随后吹气启动将螺丝吹入机械手滚珠花键锁附机构的螺丝夹嘴内。

在本发明的一种实施方式中，所述滚珠花键锁附机构的螺丝夹嘴可根据螺丝型号进行更换。

在本发明的一种实施方式中，所述滚珠花键锁附机构中机械手运动位置可根据不同的锁附螺丝位置来调整。工作时根据载具螺丝所在高度调节压簧限位装置的高度，可使撞块停在不同位置，以达到所需锁附螺丝的高度。

在本发明的一种实施方式中，所述滚珠花键锁附机构中伺服电机扭矩及转速是可调整的。

所述不良品检测搬运装置的主要构成为一组二轴机械手、X方向伺服模组、Z方向伺服模组、滑轨、夹爪气缸、多个光纤传感器，以及治具流道、流道电机、流道皮带线；光纤传感器安装在夹爪气缸上。

在本发明的一种实施方式中，所述不良品检测搬运装置还包括：皮带松紧调节惰轮和流道宽度调节装置，方便调节皮带的松紧，以及更换不同载具时调节流道宽度，节省了重新做流道的成本。对于不同种类的载具可通过更换夹爪气缸、调整传感器的安装位置来实现抓取。

在本发明的一种实施方式中，所述全自动锁螺丝装置在机体框架底部还设有地脚和滚轮。调平地脚用于调节机台水平。滚轮可以用于快速地将机台推运至想要摆放的位置。

本发明的机械手滚珠花键锁附机构中的滚珠花键末端通过联轴器与螺丝批杆连接，节省空间同时又保证同心度，延长使用寿命；伺服电机通过同步带、同步带轮、联轴器及滚珠花键轴与滚珠花键串联，再靠支架安装于水平多关节工业机器人的上部，由机器人控制大幅度的上下运动，由伺服电机控制锁螺丝的装置，由压簧限位装置和撞块对锁螺丝位置进行细微的调整。此结构可以节省标准四轴机械手旋转末轴节约成本，同时又可以自行更换较大功率的伺服电机驱动旋转，不必再受普通四轴机械手旋转轴扭矩太小的限制，还能根据需要对锁螺丝位置进行高度上的微调。

总的来说，本发明结构紧凑，合理，操作方便，重复利用率高节约成本。通过步进搬运装置代替人工搬运治具；机械手及锁附机构代替人工拧螺丝；不良品检测搬运装置取代繁琐的人工检测，不论从效率还是精确都使得此拧紧装置在生产中发挥巨大作用。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式的结构示意图(视角1)。

图2为本发明的一种实施方式的结构示意图(视角2)。

图3为本发明的一种实施方式的螺丝供料系统结构示意图。

图4为本发明的一种实施方式的机械手滚珠花键锁付机构的结构示意图。

图5为本发明的一种实施方式的机械手滚珠花键锁付机构中螺丝批杆套内的压簧①、导向轴内的压簧②的放大示意图。

图6为本发明的一种实施方式的步进搬运装置结构示意图。

图7为本发明的一种实施方式的不良品检测搬运装置结构示意图。

图8为本发明的一种实施方式的不良品检测搬运装置流道结构示意图。

图1中：1、机体框架，2、机械手滚珠花键锁附机构，3、螺丝供料系统，4、步进搬运装置，5、不良品检测搬运装置，6、滚轮，7、地脚；

图2中：8、流道；

图3中：9、螺丝振动盘，10、圆振，11、直振，12、直振流道，13、螺丝拨料吹送装置；

图4中：14、水平多关节工业机器人，15、支架，16、伺服电机，17、同步带，18、同步轮，19、滚轴轴承，20、滚珠花键轴，21、联轴器，22、螺丝批杆套，23、螺丝批杆，24、导向轴，25、螺丝夹嘴，26、缓冲器，27、压簧限位装置；46、第一安装板，47、第二安装板，48、撞块；

图5中：28、压簧①，29、压簧②；

图6中：30、伺服模组，31、直线滑轨，32、底板，33、顶升气缸，34、搬运载板，35、连接杆；

图7中：36、伺服模组，37、直线滑轨，38、夹爪气缸，39、光纤传感器；

图8中：40、驱动电机，41、同步轮，42、同步带，43、惰轮，44、流道宽度调节装置，45、宽度调节轴，49、夹爪。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，所述权自动锁螺丝装置可包括：机体框架1，机械手滚珠花键锁附机构2，螺丝供料系统3，步进搬运装置4，不良品检测搬运装置5。机体框架1底部装有滚轮6及地脚7，方便运输及调节水平。机体框架1上一次分布步进搬运装置4、机械手滚珠花键锁附机构2、不良品检测搬运装置5，螺丝供料系统3位于机体框架1内部、机械手滚珠花键锁附机构2下方。

如图3所示，螺丝供料系统包括：螺丝振动盘9、圆振10、直振11、直振流道12、螺丝拨料吹送装置13。圆振10可以将螺丝振动盘9中的螺丝不间断振出流入直振流道12，直振流道12底部装有直振11，直振11将螺丝从直振流道12振入螺丝拨料吹料装置13的入口。螺丝拨料吹料装置13的气缸驱动将入口处的螺丝拨入气管，随后吹气将螺丝吹入机械手滚珠花键锁附机构的螺丝夹嘴25内。

如图4、5所示，机械手滚珠花键锁付机构包括：水平多关节工业机器人14、支架15、伺服电机16、同步带17、同步轮18、滚轴轴承19、滚珠花键轴20、联轴器21、螺丝批杆套22、螺丝批杆23、导向轴24、螺丝夹嘴25、缓冲器26、压簧限位装置27、压簧①28、压簧②29。伺服电机16依靠支架15安装于水平多关节工业机器人14的上部，滚珠花键的螺母与一个同步轮18连接固定的同时利用滚珠轴承19固定于支架15，另一个同步轮(图中不可见)和伺服电机16的轴固定，同步轮之间靠同步带17串联，伺服电机16就可以驱动滚珠花键旋转将电机扭力传到滚珠花键轴上，此时花键螺母不可上下运动，滚珠花键轴可旋转运动；滚珠花键轴末端通过联轴器与螺丝批杆23通过压簧①28连接，螺丝批杆23受力时可伸缩，螺丝批杆23外套有螺丝批杆套22；第一安装板46、第二安装板47为L型板件；第一安装板46的水平面的中间开有能容纳滚珠花键轴20穿过的圆孔，两端开有容纳导向轴24通过的孔位，两个导向轴内部均设有压簧②，导向轴24串联了第一安装板46、第二安装板47；第二安装板47的上方两侧还设有撞块48，当撞块48接触到位于Z轴底部的、相对于Z轴静止的压簧限位装置27时，压簧②的伸展运动停止；螺丝夹嘴25与穿过第二安装板47的螺丝批杆23连接，位于机械手滚珠花键锁附机构的末端。

根据需要调整压簧限位装置27的高度，此时压簧②被压缩一段行程，水平多关节工业机器人在电缸驱动下沿Z轴往下运动，直至批头与螺丝充分接触且压簧①被压缩一段行程，水平多关节工业机器人沿Z轴的运动停止，借助压簧①的反作用力，批杆、批头与螺丝之间处于压紧状态，此时，锁螺丝伺服电机转动，锁紧螺丝。

如图6所示，步进搬运装置包括：伺服模组30、直线滑轨31、底板32、顶升气缸33、搬运载板34、连接杆35；顶升气缸33由螺丝固定于底板32，顶升气缸33的气缸导杆与搬运载板34靠螺丝连接固定，底板32与直线滑轨31配合受伺服模组30驱动。伺服模组30驱动底板32带动顶升气缸33运行至机械手滚珠花键锁付机构下方，顶升气缸33的顶升托板将待锁螺丝的产品托起，锁螺丝完成后，顶升气缸33的顶升托板下降，带动产品运行到不良品检测搬运装置。

如图7与图8所示，不良品检测搬运装置还包括：伺服模组36、直线滑轨37、夹爪气缸38、光纤传感器39、驱动电机40、同步轮41、同步带42、惰轮43、流道宽度调节装置44、宽度调节轴45、夹爪49；夹爪49在夹爪气缸38的驱动下，沿直线滑轨37运动到产品上方，安装在夹爪49上的光纤传感器39检测螺丝锁紧状态，根据检测结果，夹爪49将产品放到相应出料流道上。流道宽度调节装置44，可在更换不同载具时调节流道宽度。此装置在对应不同种类的载具时所需更换的部件只有夹爪及传感器的安装位置。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种自动锁螺丝装置，其特征在于，包括：机体框架、步进搬运装置、机械手滚珠花键锁附机构、螺丝供料系统、不良品检测搬运装置；所述机械手滚珠花键锁附机构包含：水平多关节工业机器人、支架、伺服电机、同步带、同步轮、滚珠花键轴、联轴器、压簧①、压簧②、压簧限位装置、螺丝批杆、螺丝夹嘴、第一安装板、第二安装板；伺服电机靠支架安装于水平多关节工业机器人的上部，滚珠花键轴安装在水平多关节工业机器人的Z轴方向上，可沿Z轴上下运动，松螺丝伺服电机通过同步轮和同步带驱动滚珠花键轴旋转运动，滚珠花键轴下端通过联轴器与螺丝批杆相连，在滚珠花键轴和螺丝批杆之间的空隙加装了压簧①，螺丝批杆受力时压簧①收缩；第一安装板、第二安装板为L型板件；第一安装板的水平面的中间开有能容纳滚珠花键轴穿过的圆孔，两端开有容纳导向轴通过的孔位，两个导向轴内部均设有压簧②，导向轴串联了第一安装板、第二安装板；第二安装板的上方两侧还设有撞块，当撞块接触到位于Z轴底部的、相对于Z轴静止的压簧限位装置时，压簧②的伸展运动停止；螺丝夹嘴与穿过第二安装板的螺丝批杆连接，位于机械手滚珠花键锁附机构的末端。

2.根据权利要求1所述的一种自动锁螺丝装置，其特征在于，所述步进搬运装置包括：伺服模组、直线滑轨、底板、顶升气缸、搬运载板、连杆；顶升气缸由螺丝固定于底板上，顶升气缸的气缸导杆与搬运载板固定连接，底板与直线滑轨配合且与伺服模组连接。伺服模组与顶升气缸共同作用实现步进搬运功能。

3.根据权利要求1所述的一种自动锁螺丝装置，其特征在于，螺丝批杆外部设有螺丝批杆套。

4.根据权利要求1所述的一种自动锁螺丝装置，其特征在于，所述压簧限位装置是限位螺母。

5.根据权利要求1所述的一种自动锁螺丝装置，其特征在于，所述螺丝供料系统置于机体框架内，包括：圆振、螺丝振动盘、直振流道、直振、螺丝拨料吹送装置；通过圆振、螺丝振动盘将螺丝不间断振出并流入直振流道，直振流道底部装有直振，用于将螺丝从直振流道中振入拨料吹料装置入口；螺丝拨料吹料装置由气缸驱动将入口处的螺丝拨入气管，随后吹气启动将螺丝吹入机械手滚珠花键锁附机构的螺丝夹嘴内。

6.根据权利要求1所述的一种自动锁螺丝装置，其特征在于，所述不良品检测搬运装置的主要构成为一组二轴机械手、X方向伺服模组、Z方向伺服模组、滑轨、夹爪气缸、多个光纤传感器，以及治具流道、流道电机、流道皮带线；光纤传感器安装在夹爪气缸上。

7.根据权利要求1或6所述的一种自动锁螺丝装置，其特征在于，所述不良品检测搬运装置还包括：皮带松紧调节惰轮和流道宽度调节装置。

8.根据权利要求1～7任一所述的一种自动锁螺丝装置，其特征在于，机体框架底部还设有地脚和滚轮。

9.根据权利要求8所述的一种自动锁螺丝装置，其特征在于，螺丝夹嘴的型号根据螺丝型号进行更换。

10.权利要求1～9任一所述的一种自动锁螺丝装置在螺丝拧紧中的应用。