CN106736463B - 一种转位式自动拧螺丝机械手 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动化机械设备领域，尤其涉及一种转位式自动拧螺丝机械手，包括：机械手大臂、机械手小臂、转位式供钉模块、拧钉模块、伺服驱动模块、底座；其中，机械手大臂可以绕底座转动，机械手小臂可以绕机械手大臂转动，所述转位式供钉模块安装于机械手小臂上，可以实现螺丝整列、单个输出，所述拧钉模块也安装于机械手小臂上且配合转位式供钉模块设置，拧钉模块前端设有视觉相机。本发明创造性的设计了所述转位式供钉模块，用半圆形的转盘结构巧妙的实现了为所述拧钉模块提供螺丝，以及当所述拧钉模块下降时进行巧妙的避让。本发明通过机械手大臂、机械手小臂以及伺服驱动模块的配合实现多方位多角度的姿态需求，通过转位式供钉模块和拧钉模块的配合实现了连续供钉连续拧钉的效果，大大加快了工作效率。

Description

一种转位式自动拧螺丝机械手

技术领域

本发明属于自动化机械设备领域，尤其涉及一种转位式自动拧螺丝机械手。

背景技术

目前，工业生产中常见的电路板材、外设壳体、电子设备内部结构等诸多机件均需要使用大量的螺丝进行固定和锁紧，自动化拧螺丝设备营运而生，自动化拧螺丝设备可大幅度提高了生产效率，降低了劳动成本。

申请号为201210185847.2的发明专利给出了一种自动锁螺丝装置，该发明分别通过影像观测模块、螺丝锁紧模块以及锁紧检查模块完成螺孔位置确定、螺丝锁入以及锁紧正确性检查。此设备结构复杂，工作效率较低，性能一般，特别是螺丝锁紧模块与螺丝供应模块距离较远，这样会导致在每一次工作循环中，螺丝锁紧模块均需要移动到螺丝供应模块取出一个螺丝，再返回工作物件处完成螺丝锁入，行程远，耗时多，连续性不佳，严重影响生产效率，不适合大批量快速生产领域。

申请号为201410449113.X的发明专利给出了一种自动锁螺丝装置：该发明通过一条导槽将螺丝从供钉机传送到电批前方，在通过气缸的配合，实现取钉和避让，此设备结构特别复杂，工作效率较低，性能一般，特别是螺丝很容易卡在螺丝导槽内，导致整个装置无法正常工作，并且一旦出现问题很难快速的维修解决问题，影响生产效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种结构简单且操作方便灵活的一种转位式自动拧螺丝机械手。

本发明的技术方案为：

一种转位式自动拧螺丝机械手，至少含有2个水平旋转轴、1个供钉机、1个转位式供钉模块和1个拧钉模块，2个水平旋转轴、1个供钉机、1个转位式供钉模块和1个拧钉模块组成水平关节形式的拧螺丝专用机械手,水平关节形式的拧螺丝专用机械手设有底座、机械手大臂和机械手小臂并通过2个水平旋转轴将底座、机械手大臂和机械手小臂依次连接，所述水平关节形式的拧螺丝专用机械手设有伺服驱动模块；

所述底座为箱体结构，底座底端四角对称开有至少一个的固定孔，底座侧端盖上设置有电气线接口；

所述机械手大臂为铸件、机械手小臂为铝合金框架结构，铝合金框架结构的各板面开有若干连接孔；

所述拧钉模块安装于机械手小臂上且配合转位式供钉模块设置，拧钉模块前端设有视觉相机；

其中供钉机与所述机械手小臂上固定连接，电批通过拧钉传动机构能上下移动；变位转杆压从动转盘在所述供钉机的供钉轨道前端取螺钉，此时从动转盘上的转盘限位块与左机械限位块接触；在所述从动转盘相对所述供钉机静止条件下，所述变位转杆旋转一定角度时，待拧螺钉卡合在所述从动转盘和所述变位转杆组成的水平相对封闭空间，所述变位转杆和所述从动转盘在保持弹簧和左缓冲弹簧弹力的共同作用下保持相对静止；所述变位转杆和所述从动转盘带动所述待拧螺钉旋转一定角度，让使所述待拧螺钉运动到所述电批正下方，此时从动转盘上的转盘限位块与右机械限位块接触；所述电批通过所述拧钉传动机构上下移动取走所述待拧螺钉；所述变位转杆和所述从动转盘在所述保持弹簧和右缓冲弹簧弹力的共同作用下保持相对静止，所述变位转杆和所述从动转盘带着待拧螺钉转一定角度，避让所述电批通过拧钉传动机构上下移动拧螺丝；所述从动转盘相对所述供钉机静止条件下，所述变位转杆转一定角度螺钉卡合在所述从动转盘和所述变位转杆组成的水平相对封闭空间；完成拧一颗螺钉的工作流程。

所述伺服驱动模块包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机，其中第一伺服电机通过第一减速机安装于机械手大臂铸件和底座之间，第二伺服电机通过第二减速机安装于机械手大臂和机械手小臂之间，第三伺服电机安装于机械手小臂上且通过变位同步带连接转位式供钉模块，第四伺服电机安装于机械手小臂上且通过拧钉传动机构连接拧钉模块。

所述拧钉模块包括竖直固定立板、第四电机安装座、第四同步带轮、同步带张紧机构、拧钉同步带、拧钉同步带轮、滚珠丝杠、丝杠固定座、直线轴承、拧紧弹簧、弹簧调整块、电批、光杠、光杠安装座、电批安装板、前立板、连接板、滑块转接板、直线导轨，所述竖直固定立板两侧安装在机械手小臂内，所述竖直固定立板前面设有两个直线导轨，所述直线导轨的滑块与前立板通过滑块转接板固定连接，光杠与前立板通过光杠安装座固定连接，电批与直线轴承通过电批固定板固定连接，直线轴承可在光杠上滑动，拧紧弹簧浮动连接于弹簧调整块与直线轴承之间；所述竖直固定立板另一侧通过丝杠固定座与滚珠丝杠的丝杠柔性连接，滚珠丝杠的丝母与前立板通过连接板固定连接，所述滚珠丝杠的丝杠底部连接有拧钉同步带轮，拧钉同步带轮通过拧钉同步带连接第四同步轮，所述第四同步带轮安装在第四伺服电机上，拧钉同步带可通过通过安装在第四电机安装座旁边的同步带张紧机构进行张紧。

所述转位式供钉模块包括第三电机固定座、第三同步带轮、变位同步带、同步带导向轮、变位转杆、从动转盘、轴承支撑座、变位同步带轮、转轴、供钉机、上轴承端盖、转盘轴承、 中间轴承端盖、上支撑轴承、下轴承端盖、下支撑轴承、供钉轨道、转盘转杆限位机构、右机械限位机构、左机械限位机构、转盘限位块，所述供钉机前端设有输送待拧螺钉的供钉轨道，供钉轨道前端设有从动转盘，从动转盘通过转盘轴承柔性连接于转轴上，转轴通过上支撑轴承和下支撑轴承柔性安装在轴承支撑座上，轴承支撑座固定安装于机械手小臂前端，变位转杆固定连接于转轴的上端，变位同步带轮固定连接于转轴上，变位转杆和从动转盘通过转盘转杆限位机构保持相对位置，左机械限位机构和右机械限位机构限定从动转盘的绝对位置，左机械限位机构中浮动安装左缓冲弹簧，左缓冲弹簧的压缩量可通过左弹簧调节螺钉调节，右机械限位机构中浮动安装右缓冲弹簧，右缓冲弹簧的压缩量可通过右弹簧调节螺钉调节，所述变位同步带轮安装在第三伺服电机上，变位同步带上有若干变位同步带导向轮。

所述变位同步带设有若干同步带导向轮，所述同步带导向轮上设有张紧件。

所述转盘为半圆形槽型结构，由摆杆带动旋转。

所述伺服电机也可以用步进电机、直驱电机、伺服气缸、伺服液压缸中的一种、两种或多种替换。

本发明的有益效果为：本发明通过机械手大臂、机械手小臂以及伺服驱动模块的配合实现多方位多角度的姿态需求，通过转位式供钉模块和拧钉模块的配合实现了连续供钉连续拧钉的效果，大大加快了工作效率。

附图说明

图1为本发明去掉外壳的结构示意图；

图2为本发明的纵切剖面图；

图3为本发明结构示意图；

图4为本发明的拧钉模块结构正视图；

图5为本发明的拧钉模块结构示意图；

图6为本发明转位式供钉模块与第三伺服电机的连接结构示意图；

图7为本发明转位式供钉模块转轴处的剖面图；

图8为本发明取钉位的示意图；

图9为本发明取钉位的剖视图；

图10为本发明转盘转杆限位机构的剖视图；

图11为本发明左机械限位碰撞时的剖视图；

图12为本发明上钉位示意图；

图13为本发明上钉位的局部放大图；

图14为本发明右机械限位碰撞时的剖视图；

图15为本发明避让位示意图；

图16为本发明避让位的局部放大图；

图17为本发明变位转杆微动时的示意图。

图中，1、伺服驱动模块；2、底座；3、机械手大臂；4、机械手小臂；5、拧钉模块；6、转位式供钉模块；7、视觉相机；8、放钉口；11、第一伺服电机；12、第二伺服电机；13、第一减速机；14、第二减速机；20、竖直固定立板；21、大臂限位块；22、走线软管；23、小臂限位块；25、拧钉传动机构；251、第四伺服电机；252、第四电机安装座；253、第四同步带轮；254、同步带张紧机构；255、拧钉同步带；256、拧钉同步带轮；27、滚珠丝杠；271、丝杠；272、丝母；273、丝杠安装座；26、电批浮动机构；261、直线轴承；262、拧紧弹簧；263、弹簧调整块；264、电批；265、光杠；266、光杠安装座；267、电批安装板；291、前立板；292、连接板；293、滑块转接板；28、直线导轨；281、导轨；282、滑块；301、第三伺服电机；302、第三电机安装座；303、第三同步带轮；304、变位同步带；31、同步带导向轮；32、变位转杆；33、从动转盘；34、轴承支撑座；35、变位同步带轮；36、转轴；37、供钉机；38、转位机构；421、上轴承端盖；422、转盘轴承；423、中间轴承端盖；424、上支撑轴承；425、下支撑轴承；426、下轴承端盖；41、待拧螺钉；42、供钉轨道；40、转盘转杆限位机构；401、弹簧调节螺钉；402、限位块；403、保持弹簧；43、右机械限位块；431、右限位块；432、右弹簧调节螺钉；433、右缓冲弹簧；44、左机械限位机构；441、左缓冲弹簧；442、左弹簧调节螺钉；443、左限位块；45、转盘限位块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1到图17所示，本发明的具体实施例一种转位式自动拧螺丝机械手，至少含有2个水平旋转轴、1个供钉机37、1个转位式供钉模块6和1个拧钉模块5，2个水平旋转轴、1个供钉机37、1个转位式供钉模块6和1个拧钉模块5组成水平关节形式的拧螺丝专用机械手,水平关节形式的拧螺丝专用机械手设有底座2、机械手大臂3和机械手小臂4并通过2个水平旋转轴将底座2、机械手大臂3和机械手小臂4依次连接，所述水平关节形式的拧螺丝专用机械手设有伺服驱动模块1；机械手大臂3可以绕底座2转动，机械手小臂4可以绕机械手大臂3转动，所述转位式供钉模块6可以实现螺丝整列、单个输出，所述拧钉模块5可以实现锁紧螺丝。因此只要在放钉口8放入待拧螺丝41，机械手就可以连续在待锁附件上锁螺丝，提高锁螺丝的效率。

该转位式供钉模块6安装于机械手小臂4上，其主要是以转位的方式一个一个连续不断 的为机械手提供整列好的待拧螺丝41。

该拧钉模块5也安装于机械手小臂4上，其主要是靠磁力吸取待拧螺丝41，然后将待拧螺丝41拧紧到待锁附件上。

该伺服驱动模块1，包括安装于机械手大臂3和底座2之间的第一伺服电机11和第一减速器13、安装于机械手大臂3和机械手小臂4之间的第二伺服电机12和第二减速器14、安装于机械手小臂4上的第三伺服电机30、安装于机械手小臂4上的第四伺服电机251，分别驱动各个部分的运动，其中，机械手大臂3可以绕底座2转动，机械手小臂4可以绕机械手大臂3转动。

所述转位式供钉模块6包括第三电机固定座302、第三同步带轮303、变位同步带304、同步带导向轮31、变位转杆32、从动转盘33、轴承支撑座34、变位同步带轮35、转轴36、供钉机37、上轴承端盖421、转盘轴承422、中间轴承端盖423、上支撑轴承424、下轴承端盖426、下支撑轴承425、供钉轨道42、转盘转杆限位机构40、右机械限位机构43、左机械限位机构44、转盘限位块45，所述供钉机37前端设有输送待拧螺钉41的供钉轨道42，供钉轨道42前端设有从动转盘33，从动转盘33通过转盘轴承422柔性连接于转轴36上，转轴36通过上支撑轴承424和下支撑轴承425柔性安装在轴承支撑座34上，轴承支撑座34固定安装于机械手小臂4前端，变位转杆32固定连接于转轴36的上端，变位同步带轮304固定连接于转轴36上，变位转杆32和从动转盘33通过转盘转杆限位机构40保持相对位置，左机械限位机构44和右机械限位机构43限定从动转盘33的绝对位置，左机械限位机构44中浮动安装左缓冲弹簧441，左缓冲弹簧441的压缩量可通过左弹簧调节螺钉442调节，右机械限位机构43中浮动安装右缓冲弹簧433，右缓冲弹簧433的压缩量可通过右弹簧调节螺钉432调节，所述变位同步带轮35安装在第三伺服电机301上，变位同步带35上有若干变位同步带导向轮31。

所述拧钉模块5包括竖直固定立板20、第四电机安装座252、第四同步带轮253、同步带张紧机构254、拧钉同步带255、拧钉同步带轮256、滚珠丝杠27、丝杠固定座273、直线轴承261、拧紧弹簧262、弹簧调整块263、电批264、光杠265、光杠安装座266、电批安装板267、前立板291、连接板292、滑块转接板293、直线导轨28，所述竖直固定立板20两侧安装在机械手小臂4内，所述竖直固定立板20前面设有两个直线导轨28，直线导轨28的滑块282与前立板291通过滑块转接板293固定连接，光杠265与前立板291通过光杠安装座266固定连接，电批264与直线轴承261通过电批安装板267固定连接，直线轴承261可在光杠265上滑动，拧紧弹簧262浮动连接于弹簧调整块263与直线轴承261之间；所述竖直固定立板20另一侧通过丝杠固定座273与滚珠丝杠27的丝杠271柔性连接，滚珠丝杠27 的丝母272与前立板291通过连接板292固定连接，所述滚珠丝杠27的丝杠271底部连接有拧钉同步带轮256，拧钉同步带轮256通过拧钉同步带254连接第四同步轮253，所述拧钉同步带轮254安装在第四伺服电机251上，拧钉同步带254通过安装在第四电机安装座252旁边的同步带张紧机构254张紧。

其中供钉机37与所述机械手小臂4上固定连接，电批264通过拧钉传动机构25能上下移动；变位转杆32压从动转盘33在所述供钉机37的供钉轨道42前端取待拧螺钉41，此时从动转盘33上的转盘限位块45与左机械限位块44接触；在所述从动转盘33相对所述供钉机37静止条件下，所述变位转杆32旋转一定角度时，待拧螺钉41卡合在所述从动转盘33和所述变位转杆32组成的水平相对封闭空间，所述变位转杆32和所述从动转盘33在保持弹簧403和左缓冲弹簧弹力441的共同作用下保持相对静止；所述变位转杆32和所述从动转盘33带动所述待拧螺钉41旋转一定角度，让使所述待拧螺钉41运动到所述电批264正下方，此时从动转盘33上的转盘限位块45与右机械限位块43接触；所述电批264通过所述拧钉传动机构25上下移动取走所述待拧螺钉41；所述变位转杆32和所述从动转盘33在所述保持弹簧403和右缓冲弹簧433弹力的共同作用下保持相对静止，所述变位转杆32和所述从动转盘33带着待拧螺钉41转一定角度，避让所述电批264通过拧钉传动机构25上下移动拧螺丝41；所述从动转盘33相对所述供钉机37静止条件下，所述变位转杆32转一定角度，待拧螺钉41卡合在所述从动转盘33和所述变位转杆32组成的水平相对封闭空间；完成拧一颗螺钉的工作流程。

所述伺服电机，包括第一伺服电机11、第二伺服电机12、第三伺服电机301和第四伺服电机251也可以用步进电机、直驱电机、伺服气缸、伺服液压缸等其它形式动力源实现。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种转位式自动拧螺丝机械手，其特征在于：它至少含有2个水平旋转轴、1个供钉机、1个转位式供钉模块和1个拧钉模块，2个水平旋转轴、1个供钉机、1个转位式供钉模块和1个拧钉模块组成水平关节形式的拧螺丝专用机械手,水平关节形式的拧螺丝专用机械手设有底座、机械手大臂和机械手小臂并通过2个水平旋转轴将底座、机械手大臂和机械手小臂依次连接，所述水平关节形式的拧螺丝专用机械手设有伺服驱动模块；

所述底座为箱体结构，底座底端四角对称开有至少一个的固定孔，底座侧端盖上设置有电气线接口；

所述机械手大臂为铸件、机械手小臂为铝合金框架结构，铝合金框架结构的各板面开有若干连接孔；

所述拧钉模块安装于机械手小臂上且配合转位式供钉模块设置，拧钉模块前端设有视觉相机；

其中供钉机与所述机械手小臂上固定连接，电批通过拧钉传动机构能上下移动；变位转杆带动从动转盘在所述供钉机的供钉轨道前端取螺钉，此时从动转盘上的转盘限位块与左机械限位块接触；在所述从动转盘相对所述供钉机静止条件下，所述变位转杆旋转一定角度时，待拧螺钉卡合在所述从动转盘和所述变位转杆组成的水平相对封闭空间，所述变位转杆和所述从动转盘在保持弹簧和左缓冲弹簧弹力的共同作用下保持相对静止；所述变位转杆和所述从动转盘带动所述待拧螺钉旋转一定角度，让使所述待拧螺钉运动到所述电批正下方，此时从动转盘上的转盘限位块与右机械限位块接触；所述电批通过所述拧钉传动机构上下移动取走所述待拧螺钉；所述变位转杆和所述从动转盘在所述保持弹簧和右缓冲弹簧弹力的共同作用下保持相对静止，所述变位转杆和所述从动转盘带着待拧螺钉转一定角度，避让所述电批通过拧钉传动机构上下移动拧螺丝；所述从动转盘相对所述供钉机静止条件下，所述变位转杆转一定角度螺钉卡合在所述从动转盘和所述变位转杆组成的水平相对封闭空间；完成拧一颗螺钉的工作流程；

所述转位式供钉模块包括第三电机固定座、第三同步带轮、变位同步带、同步带导向轮、变位转杆、从动转盘、轴承支撑座、变位同步带轮、转轴、供钉机、上轴承端盖、转盘轴承、中间轴承端盖、上支撑轴承、下轴承端盖、下支撑轴承、供钉轨道、转盘转杆限位机构、右机械限位机构、左机械限位机构、转盘限位块，所述供钉机前端设有输送待拧螺钉的供钉轨道，供钉轨道前端设有从动转盘，从动转盘通过转盘轴承柔性连接于转轴上，转轴通过上支撑轴承和下支撑轴承柔性安装在轴承支撑座上，轴承支撑座固定安装于机械手小臂前端，变位转杆固定连接于转轴的上端，变位同步带轮固定连接于转轴上，变位转杆和从动转盘通过转盘转杆限位机构保持相对位置，左机械限位机构和右机械限位机构限定从动转盘的绝对位置，左机械限位机构中浮动安装左缓冲弹簧，左缓冲弹簧的压缩量可通过左弹簧调节螺钉调节，右机械限位机构中浮动安装右缓冲弹簧，右缓冲弹簧的压缩量可通过右弹簧调节螺钉调节，所述变位同步带轮安装在第三伺服电机上，变位同步带上有若干变位同步带导向轮。

2.根据权利要求1所述的转位式自动拧螺丝机械手，其特征在于：所述伺服驱动模块包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机，其中第一伺服电机通过第一减速机安装于机械手大臂铸件和底座之间，第二伺服电机通过第二减速机安装于机械手大臂和机械手小臂之间，第三伺服电机安装于机械手小臂上且通过变位同步带连接转位式供钉模块，第四伺服电机安装于机械手小臂上且通过拧钉传动机构连接拧钉模块。

3.根据权利要求1所述的转位式自动拧螺丝机械手，其特征在于：所述拧钉模块包括竖直固定立板、第四电机安装座、第四同步带轮、同步带张紧机构、拧钉同步带、拧钉同步带轮、滚珠丝杠、丝杠固定座、直线轴承、拧紧弹簧、弹簧调整块、电批、光杠、光杠安装座、电批安装板、前立板、连接板、滑块转接板、直线导轨，所述竖直固定立板两侧安装在机械手小臂内，所述竖直固定立板前面设有两个直线导轨，所述直线导轨的滑块与前立板通过滑块转接板固定连接，光杠与前立板通过光杠安装座固定连接，电批与直线轴承通过电批固定板固定连接，直线轴承可在光杠上滑动，拧紧弹簧浮动连接于弹簧调整块与直线轴承之间；所述竖直固定立板另一侧通过丝杠固定座与滚珠丝杠的丝杠柔性连接，滚珠丝杠的丝母与前立板通过连接板固定连接，所述滚珠丝杠的丝杠底部连接有拧钉同步带轮，拧钉同步带轮通过拧钉同步带连接第四同步轮，所述第四同步带轮安装在第四伺服电机上，拧钉同步带可通过通过安装在第四电机安装座旁边的同步带张紧机构进行张紧。

4.根据权利要求1所述的转位式自动拧螺丝机械手，其特征在于：所述变位同步带设有若干同步带导向轮，所述同步带导向轮上设有张紧件。

5.根据权利要求1所述的转位式自动拧螺丝机械手，其特征在于：所述从动转盘为半圆形槽型结构。

6.根据权利要求2所述的转位式自动拧螺丝机械手，其特征在于：所述伺服电机也可以用步进电机、直驱电机、伺服气缸、伺服液压缸中的一种、两种或多种替换。