CN108608199A - 一种自动打螺丝装置 - Google Patents

Abstract

一种自动打螺丝装置，属于机械设备领域，包括两个打螺丝单元及螺钉供料单元，两个打螺丝单元对称设置在螺钉供料单元的两侧，所述打螺丝单元包括机器人安装架、三维直角坐标机器人、电批治具、定位机构及工业相机，三维直角坐标机器人安装在机器人安装架上，电批治具安装在三维直角坐标机器人的输出端，机器人安装架位于工件放置台的上方，定位机构设置在工件放置台上，工业相机安装在工件放置台，工业相机用于定位初始打螺丝位置；该装置能够实现自动打螺丝且成本低。

Description

一种自动打螺丝装置

技术领域

本发明属于机械设备领域，尤其涉及一种直角坐标机器人打螺丝机械手及其应用的直角坐标机器人。

背景技术

螺钉连接是现在工业装配中最常见的手段，因此，在这些产品的装配过程中，拧螺钉便成为一种最基本的操作，随着社会的发展和科学技术的进步，出现了适应大批量生产以及机械化操作的电动螺丝刀，这种电动螺丝刀的出现为提高生产效率，降低劳动强度起到了积极的推动作用。然而，使用这种电动螺丝刀，仍然需要用手配合抓取螺钉，并将螺钉放入螺孔中，然后再使用电动螺丝刀拧锁螺钉。从实际操作来看，这种电动螺丝刀一方面仍需用手配合，无法实现自动送钉，因此，劳动效率不高。

随着现代化建设步伐的加快，家电产品、机械产品、低压电器产品以及儿童玩具等产品的需求量不断上升，机械化和自动化生产、装配流水线大量增加，在这种情况下还采用人手抓取螺钉、用电动螺丝刀拧入螺钉的方式已远远不能适应机械化和自动化大规模生产、装配的需要。现有工厂打螺丝都是通过工人手工的方式把螺杆打下去，并把螺母拧紧，这样效率慢，精度低，返工率高，很难满足相关技术的要求。

发明内容

本发明提供一种自动打螺丝装置，能够实现自动打螺钉，定位简单，螺钉取料简单，螺钉旋入过程打螺丝机械手受力缓和。

一种自动打螺丝装置，包括两个打螺丝单元及螺钉供料单元，两个打螺丝单元对称设置在螺钉供料单元的两侧，打螺丝单元包括机器人安装架、三维直角坐标机器人、电批治具、定位机构及工业相机，三维直角坐标机器人安装在机器人安装架上，电批治具安装在三维直角坐标机器人的输出端，机器人安装架位于工件放置台的上方，定位机构设置在工件放置台上，工业相机安装在工件放置台，工业相机用于定位初始打螺丝位置；

三维直角坐标机器人的输出端上固定电批治具，电批治具包括底板、电批夹持座及吸嘴安装座，直线滑轨竖直安装在底板上，第一滑块与直线滑轨配合使用，第一滑块能够沿直线滑轨滑行，电批夹持座固定在第一滑块上，电批夹持座用于夹持电批，第一弹簧的一端与底板接触，第一弹簧的另一端与电批夹持座接触，第二滑块与直线滑轨配合使用，第二滑轨能够沿直线滑轨滑行，第二滑块与第二弹簧的一端连接，第二弹簧的另一端固定在底板上，吸嘴安装座固定在第二滑块上，吸嘴安装在吸嘴安装座的底部，吸嘴安装座上开有气管孔，气管一端固定在气管孔中，气管的另一端通过电磁阀与气泵连接。

定位机构包括第一侧挡板、第二侧挡板、第一横挡板及第一压板，第一侧挡板、第二侧挡板相对设置，第一横挡板及第一压板相对设置，第一侧挡板、第二侧挡板、第一横挡板及第一压板呈矩形设置在工件放置台的四周，第一侧挡板、第二侧挡板、第一横挡板及第一压板分别安装在四个气缸的缸杆上，四个气缸均安装在工件放置台上，气缸带动第一侧挡板及第二侧档板前后运动，气缸带动第一横档板及第一压板上下运动。

电批夹持座包括电批夹持座下部与电批夹持座上部，电批夹持座下部固定在第一滑块上，电批夹持座上部与电批夹持座下部通过螺钉可拆卸连接。

电批夹持座开有盲孔，固定块安装在底板的上部，固定块上开有通孔，导向杆上端的直径大于固定孔中通孔的直径，导向杆穿过固定块的通孔，导向杆与固定块中通孔间隙配合，导向杆的下端与电批夹持座固定连接，第一弹簧嵌套在导向杆上，第一弹簧的外径大于固定块中通孔的直径以及电批夹持座下部中盲孔的直径。

电批夹持座夹持电批，电批的输出端安装批头，吸嘴安装座中设有阶梯孔以及定位槽，轴承安装阶梯孔的过渡处，孔用挡圈安装在定位槽，孔用挡圈用于固定轴承的外圈，批头与轴承的内圈间隙配合，批头贯穿吸嘴，批头与吸嘴的轴线重合。

本发明的有益效果：（1）两个打螺丝单元共用一个螺钉供料单元，可以减少螺钉供料单元的数量；（2）采用三维直角坐标机器人，精确度高，成本低；（3）电批夹持座与第一弹簧接触，在打螺丝的过程中，电批受力能够沿竖直方向运动，缓冲批头的受力，起到保护螺钉、批头以及待连接件的作用，电批一次打螺丝完成后，电批夹持座依靠第一弹簧的弹簧力回位，电批的初始定位简单可靠；（4）批头与安装在吸嘴安装座中的轴承间隙配合，轴承起到导向作用，放置批头在打螺丝的过程中受力弯曲，进一步保证螺钉旋入位置准确；（5）批头贯穿吸嘴，批头与吸嘴同轴线安装，该种螺钉吸取方式简单，批头在打螺丝的过程中，批头不断上升，吸嘴受力，吸嘴安装座沿直线滑轨上升，电批一次打螺丝完成后，吸嘴安装座依靠第二弹簧的弹簧力回位，吸嘴安装座的初始定位简单可靠。

附图说明

图1 为本发明装置的结构示意图。

图2 为本发明装置中定位机构的结构示意图。

图3 为本发明装置中电批治具的结构示意图。

图4 为本发明装置中电批治具的剖视示意图。

图5 为图4中吸嘴安装座处的局部结构示意图。

图中：1.螺钉供料单元；2.工业相机；3.三维直角坐标机器人；4.工件放置台；5.电批治具；501.底板；502.第一弹簧；503.固定块；504.导向杆；505.电批；506.电批夹持座；507.批头；508.吸嘴安装座；509.吸嘴；510.直线滑轨；511.第二弹簧；512.第二滑块；513.第一滑块；514.轴承；515.孔用挡圈；6.机器人安装架；7.定位机构；701.第一侧挡板；702.第一横档板；703.第二侧挡板；704.第一压板。

具体实施方式

如图1和图3所示，一种自动打螺丝装置，包括两个打螺丝单元及螺钉供料单元1，两个打螺丝单元对称设置在螺钉供料单元1的两侧，两个打螺丝单元共用同一个螺钉供料单元1可以减少螺钉供料单元的数量，打螺丝单元包括机器人安装架6、三维直角坐标机器人3、电批治具5、定位机构7及工业相机2，三维直角坐标机器人3安装在机器人安装架6上，电批治具5安装在三维直角坐标机器人3的输出端，机器人安装架6位于工件放置台4的上方，定位机构7设置在工件放置台4上，工业相机2安装在工件放置台4，工业相机2用于定位初始打螺丝位置；三维直角坐标机器人3的输出端上固定电批治具5，电批治具5包括底板501、电批夹持座506及吸嘴安装座508，直线滑轨510竖直安装在底板501上，第一滑块513与直线滑轨510配合使用，第一滑块513能够沿直线滑轨510滑行，电批夹持座506固定在第一滑块513上，电批夹持座506用于夹持电批，第一弹簧502的一端与底板501接触，第一弹簧502的另一端与电批夹持座506接触，第二滑块512与直线滑轨510配合使用，第二滑轨510能够沿直线滑轨510滑行，第二滑块512与第二弹簧511的一端连接，第二弹簧511的另一端固定在底板501上，吸嘴安装座508固定在第二滑块512上，吸嘴509安装在吸嘴安装座508的底部，吸嘴安装座508上开有气管孔，气管一端固定在气管孔中，气管的另一端通过电磁阀与气泵连接。

如图2所示，定位机构7包括第一侧挡板701、第二侧挡板703、第一横挡板702及第一压板704，第一侧挡板701、第二侧挡板703相对设置，第一横挡板702及第一压板704相对设置，第一侧挡板701、第二侧挡板703、第一横挡板702及第一压板704呈矩形设置在工件放置台的四周，所述第一侧挡板701、第二侧挡板703、第一横挡板702及第一压板704分别安装在四个气缸的缸杆上，四个气缸均安装在工件放置台4上，气缸带动第一侧挡板701及第二侧挡板703前后运动，气缸带动第一横挡板702及第一压板704上下运动，人工将工件放置在工件放置台4上，第一侧挡板701及第二侧挡板703在两个气缸的带动下压紧工件的前后端面，第一横挡板702在气缸的带动下压紧工件的左侧面，第一压板704在气缸的带动下压紧工件的上端面，从而将工件定位。

如图3、图4所示，三维直角坐标机器人3的输出端上打螺丝机械手，所述打螺丝机械手包括电批治具5和电批505，电批治具5包括底板501、电批夹持座506及吸嘴安装座508，直线滑轨510竖直安装在底板501上，第一滑块503与直线滑轨510配合使用，第一滑块503能够沿直线滑轨510滑行，电批夹持座506固定在第一滑块503上，电批夹持座506用于夹持电批505，第一弹簧502的一端与底板501接触，第一弹簧502的另一端与电批夹持座506接触，第二滑轨503与直线滑轨510配合使用，第二滑轨503能够沿直线滑轨510滑行，第二滑块503与第二弹簧502的一端连接，第二弹簧502的另一端与底板501连接，吸嘴安装座508固定在第二滑块512上，吸嘴509安装在吸嘴安装座508的底部，吸嘴安装座508上开有气管孔，气管一端固定在气管孔中，气管的另一端通过电磁阀与气泵连接。

电批夹持座506包括电批夹持座下部与电批夹持座上部，电批夹持座下部固定在第一滑块513上，电批夹持座上部与电批夹持座下部通过螺钉可拆卸连接，该种布置方式可以实现电批的快速更换。

电批夹持座506开有盲孔，固定块503安装在底板501的上部，固定块503上开有通孔，导向杆504头部的直径大于固定孔503中通孔的直径，导向杆504穿过固定块503的通孔，导向杆504与固定块503的通孔间歇配合，导向杆504能够在固定块503的通孔滑动，导向杆504的下端伸入电批夹持座506的盲孔中，导向杆504的下端开有键槽，电批夹持座506的侧面开有螺纹孔，螺纹孔的轴线与盲孔的轴线垂直相交，螺钉安装在电批夹持座506的螺纹孔中，螺钉的螺杆部位顶紧导向杆505的键槽，从而，导向杆504与电批夹持座506同步运动，采用其他连接方式亦可，第一弹簧505嵌套在导向杆504上，第一弹簧502的外径大于固定块503中通孔的直径以及电批夹持座56中盲孔的直径，第一弹簧502仅能在固定块503与电批夹持座506之间运动，第一弹簧502的劲度系数较大，第一弹簧505沿导向杆504的轴线方向压缩，导向杆504的头部与固定块553接触后，弹簧达到最大回位限度，能够起到定位电批初始位置的作用。

如图5所示，电批夹持座506夹持电批505，电批505的输出端安装批头507，吸嘴安装座508中设有阶梯孔以及定位槽，轴承514安装在阶梯孔的过渡处，轴承514的内圈利用阶梯孔的孔肩进行定位，孔用挡圈515安装在定位槽中，孔用挡圈515用于固定轴承514的外圈，批头507与轴承514的内圈间隙配合，从而批头507能够在电批505的带动下相对轴承514上下移动，批头507贯穿吸嘴509，批头507与吸嘴509的轴线重合，第二弹簧511的劲度系数较小，吸嘴59受受到较小的力时，吸嘴安装座58上移。

控制系统还包括根据螺丝螺距控制三维直角坐标机器人3的Z轴轴向进程控制器，轴向进程控制器设置在总控制器中。

三维直角坐标机器人3带动打螺丝机械手运动到螺钉供料单元1，吸嘴509接通气管吸气，批头507具有磁性，螺钉吸附在批头507上，三维直角坐标机器人3带动打螺丝机械手运动到工件中螺纹孔正上方，三维直角坐标机器人3带动打螺丝机械手下移，批头507与螺纹孔接触，批头507受力相对电批上移，电批505的输出轴与批头507连接，电批505的动力传递到批头507，批头507转动，三维直角坐标机器人3带动打螺丝机械手下移的速度根据批头的转速受轴向进程控制器控制；螺钉旋入的过程中，螺钉受阻力较大时，螺钉旋入的速度不均匀时，第一弹簧502发生压缩，可以改善打螺丝过程中批头的受力情况，打螺丝完成后，第一弹簧502复位，简单高效地定位了电批505的初始位置。

第一弹簧502的劲度系数较大，螺钉旋入的过程中，第一弹簧502的轴向压缩量较小，保准了批头打螺丝过程的稳定性，而且，保证了第一弹簧502的回位准确。

随着螺钉不断旋入，吸嘴509与待打螺钉的工件接触，吸嘴509受力，吸嘴安装座508上移，吸嘴509与批头507同轴心安装，该种布置方式可以简单的吸取螺钉，而且在螺钉旋入的过程，吸嘴509不会干涉批头507打螺丝。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自动打螺丝装置，包括两个打螺丝单元及螺钉供料单元（1），两个打螺丝单元对称设置在螺钉供料单元（1）的两侧，所述打螺丝单元包括机器人安装架（6）、三维直角坐标机器人（3）、电批治具（5）、定位机构（7）及工业相机（2），三维直角坐标机器人（3）安装在机器人安装架（6）上，电批治具（5）安装在三维直角坐标机器人（3）的输出端，机器人安装架（6）位于工件放置台（4）的上方，定位机构（7）设置在工件放置台（4）上，工业相机（2）安装在工件放置台（4），工业相机（2）用于定位初始打螺丝位置；

所述三维直角坐标机器人（3）的输出端上固定电批治具（5），电批治具（5）包括底板（501）、电批夹持座（506）及吸嘴安装座（508），直线滑轨（510）竖直安装在底板（501）上，第一滑块（513）与直线滑轨（510）配合使用，第一滑块（513）能够沿直线滑轨（510）滑行，电批夹持座（506）固定在第一滑块（513）上，电批夹持座（506）用于夹持电批，第一弹簧（502）的一端与底板（501）接触，第一弹簧（502）的另一端与电批夹持座（506）接触，第二滑块（512）与直线滑轨（510）配合使用，第二滑轨（510）能够沿直线滑轨（510）滑行，第二滑块（512）与第二弹簧（511）的一端连接，第二弹簧（511）的另一端固定在底板（501）上，所述吸嘴安装座（508）固定在第二滑块（512）上，吸嘴（509）安装在吸嘴安装座（508）的底部，吸嘴安装座（508）上开有气管孔，气管一端固定在气管孔中，气管的另一端通过电磁阀与气泵连接。

2.根据权利要求1所述的自动打螺丝装置，其特征在于，所述定位机构（7）包括第一侧挡板（701）、第二侧挡板（703）、第一横挡板（702）及第一压板（704），第一侧挡板（701）、第二侧挡板（703）相对设置，第一横挡板（702）及第一压板（704）相对设置，第一侧挡板（701）、第二侧挡板（703）、第一横挡板（702）及第一压板（704）呈矩形设置在工件放置台的四周，所述第一侧挡板（701）、第二侧挡板（702）、第一横挡板（701）及第一压板（704）分别安装在四个气缸的缸杆上，四个气缸均安装在工件放置台（4）上，气缸带动第一侧挡板（701）及第二侧档板（703）前后运动，气缸带动第一横档板（702）及第一压板（704）上下运动。

3.权利要求1所述的的自动打螺丝装置，其特征在于，所述电批夹持座（506）包括电批夹持座下部与电批夹持座上部，电批夹持座下部固定在所述第一滑块（513）上，电批夹持座上部与电批夹持座下部通过螺钉可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的自动打螺丝装置，其特征在于，所述电批夹持座（506）开有盲孔，固定块（503）安装在底板（501）的上部，固定块（503）上开有通孔，导向杆（504）上端的直径大于固定孔（503）中通孔的直径，导向杆（504）穿过固定块（503）的通孔，导向杆（504）与固定块（503）中通孔间隙配合，导向杆（504）的下端与电批夹持座（506）固定连接，第一弹簧（502）嵌套在导向杆（504）上，第一弹簧（502）的外径大于固定块（503）中通孔的直径以及电批夹持座（506）下部中盲孔的直径。

5.根据权利要求1所述的的自动打螺丝装置，其特征在于，所述电批夹持座（506）夹持电批（505），所述电批（505）的输出端安装批头（507），所述吸嘴安装座（508）中设有阶梯孔以及定位槽，轴承安装阶梯孔的过渡处，孔用挡圈安装在定位槽，孔用挡圈用于固定轴承的外圈，批头（507）与轴承（514）的内圈间隙配合，批头（507）贯穿吸嘴（509），批头（507）与吸嘴（509）的轴线重合。