CN108788708B - 一种螺钉自动输送装置及重构式机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明的一种螺钉自动输送装置，包括进给单元、输送换刀单元及操作单元；所述进给单元包括连接盘、第一外壳和第一气缸；所述输送换刀单元设置在第二外壳内，所述输送换刀单元包括输送单元及换刀单元；所述操作单元包括夹块组、鼻嘴；所述第一外壳的另一端、所述第二外壳、所述鼻嘴与第二外壳连接的一端均设有通孔，形成所述第一气缸活塞杆的进给通道，所述进给预备位置位于进给通道上。本发明可以控制步进电机动作及第二气缸工作，同时结合第一气缸动作，将螺钉及刀具输送到预拧紧位置，实现螺钉的预拧紧；在螺钉完成拧紧或拆卸后，第一气缸还可以将目标刀具送回换刀盘的目标刀具库，从而实现了自动针对不同类型螺钉的安装预紧及拆卸。

Description

一种螺钉自动输送装置及重构式机械臂

技术领域

本发明属于自动机械化技术领域，特别是涉及一种螺钉自动输送装置及重构式机械臂。

背景技术

随着我国空间站战略计划的逐步实施，对于航天器舱内舱外的各种任务需求的增加，为解决航天器在轨维修维护以及舱外的运行监测等问题，经常有部件更换及连接问题，尤其使用螺钉进行部件的连接。目前螺钉预紧依靠的主要是人工或单一的预紧机构完成，效率低下，取用不够便捷，操作的类型单一，且在太空环境下宇航员操作劳动强度极大，非常危险。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的之一是提供一种螺钉自动输送装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种螺钉自动输送装置，包括进给单元、输送换刀单元及操作单元；

所述进给单元包括连接盘、第一外壳和第一气缸；所述连接盘与所述第一外壳的一端连接，所述连接盘的外径大于第一外壳内径，连接盘与第一外壳连接的端面上设有与第一外壳配合连接的凸块；所述第一气缸固设于第一外壳内；

所述输送换刀单元设置在第二外壳内，所述第二外壳与所述第一外壳连接，所述输送换刀单元包括输送单元及换刀单元，所述输送单元包括步进电机、传送带、螺钉托盘、第二气缸及输送管，所述步进电机设置在第二外壳上，所述传送带输入端与步进电机的电机轴连接，所述螺钉托盘设置在第二外壳上，螺钉托盘上设有转动轴，所述传送带的另一端与所述转动轴连接，推动螺钉托盘绕所述转动轴转动；所述螺钉盘上设有多个螺钉孔槽，用于放置并固定螺钉；所述第二气缸设置在第二外壳上，第二气缸末端与螺钉托盘下方的输送管对应，所述输送管用于输送螺钉到操作单元；

所述换刀单元设置在所述第二外壳内，包括传动齿轮副、换刀盘、换刀手臂，所述步进电机电机轴的一部分连接所述传动齿轮副，驱动所述换刀盘转动，电机轴的末端与所述换刀手臂连接；所述换刀盘上设有各种刀具，所述换刀手臂用于将旋转到换刀手臂的目标刀具取下并送到进给预备位置，或者，将使用完成的刀具输送回换刀盘的目标刀具库；

所述操作单元包括夹块组、鼻嘴，所述鼻嘴设置在所述第二外壳外侧面上，所述夹块组嵌设在鼻嘴里，夹块组由两个夹块组成，每个所述夹块的一端转动连接在鼻嘴上，两个夹块的另一端由弹簧连接，中间留有预设间隙，所述预设间隙保证螺钉不能自由通过，形成螺钉的准备位置；所述鼻嘴侧面设有鼻嘴支管，所述鼻嘴支管两端分别同鼻嘴及输送管相连通；所述第一外壳的另一端、所述第二外壳、所述鼻嘴与第二外壳连接的一端均设有通孔，形成所述第一气缸活塞杆的进给通道，所述进给预备位置位于进给通道上。

可选地，所述连接盘的另一端面上可以设有连接块，所述连接块与螺钉拧紧装置连接，通过拧紧装置带动整个螺钉自动输送装置旋转拧紧螺钉。

可选地，所述连接盘、凸块及所述连接块的中部设有通孔，所述螺钉自动输送装置通过穿过通孔的直连连杆与螺钉拧紧装置连接。

可选地，所述换刀盘上设有偏心圆柱，所述传动齿轮副驱动所述偏心圆柱，使偏心圆盘绕偏心圆柱旋转，使每一个刀具经过换刀手臂。

可选地，所述第一气缸的活塞杆前端设有扭矩传感器，所述扭矩传感器用于测量螺钉对螺钉拧紧装置的扭矩；当扭矩传感器的值达到预设范围，螺钉拧紧装置停止拧紧动作。

可选地，所述换刀手臂上设有离合器，当目标刀具旋转到换刀手臂时，控制所述离合器断开电机轴对换刀手臂的驱动；当螺钉扭矩达到预设值时，第一气缸将目标刀具收回至进给预备位置，控制所述离合器闭合，电机轴驱动换刀手臂将刀具收回到换刀盘。

可选地，所述换刀手臂为中心对称结构，中间为中间轴，两端分别对称设置刀具夹持装置，所述夹持装置为可与刀具配合的月牙形开口；所述月牙形开口用于夹持目标刀具，并将其输送到预备进给位置；所述预备进给位置在第一气缸活塞杆的进给通道上，活塞杆推进其末端与目标刀具连接。

可选地，所述螺钉孔槽底部设有弹簧片，用于固定螺钉，以及当第二气缸推压螺钉时，用于通过打开弹簧片而使螺钉进入输送管。

可选地，还包括控制系统，所述控制系统用于根据螺钉类型控制换刀单元选用目标刀具，并控制第二气缸及第二气缸动作，将螺钉及目标刀具输送到目标操作位置，或只控制第一气缸动作，将目标刀具输送至目标操作位置；所述控制系统还用于在螺钉拧紧或拆卸后，控制第一气缸将目标刀具送回换刀盘的目标刀具库，或者同时将拆卸螺钉送回到螺钉盘的空余位置。

本发明的另一个目的是提供一种重构式机械臂，在所述机械臂的末端设有如上所述的螺钉自动输送装置，所述螺钉自动输送装置与所述机械臂的旋进模块连接，所述旋进模块用于将自动输送装置输送的螺钉进行拧紧及拆卸。

本发明的有益效果为：

本发明的螺钉自动输送装置，可以控制步进电机动作及第二气缸工作，同时结合第一气缸动作，将螺钉及刀具输送到预拧紧位置，实现螺钉的预拧紧；在螺钉完成拧紧或拆卸后，第一气缸还可以将目标刀具送回换刀盘的目标刀具库，从而实现了自动针对不同类型螺钉的安装预紧及拆卸。

附图说明

图1为本发明实施例提供的螺钉自动输送装置的外部结构示意图；

图2为本发明实施例提供的螺钉自动输送装置的外部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的螺钉自动输送装置的内部结构示意图；

图4为图3所示的螺钉自动输送装置的换刀手臂的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的螺钉自动输送装置的内部结构示意图。

图中：

401.进给单元 402.换刀输送单元 403.操作单元

4011.连接盘 4012.第一气缸 4013.第一外壳 4021.第二外壳

501.步进电机 5021.传送带 5022.螺钉托盘 5023.第二气缸

5024.输送管 5031.传动齿轮副 5032.换刀盘 5033.换刀手臂

601.夹块组 602.鼻嘴 603.鼻嘴支管

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图和实施例对本申请进行详细描述。

图1-5是根据一示例性实施例示出的一种螺钉自动输送装置的结构示意图。如图1-5所示，本实施例的螺钉自动输送装置，包括进给单元401、输送换刀单元402及操作单元403；

所述进给单元401包括连接盘4011、第一外壳4013和第一气缸4012；所述连接盘4011与所述第一外壳4013的一端连接，所述连接盘4011的外径大于第一外壳4013内径，连接盘4011与第一外壳4013连接的端面上设有与第一外壳4013配合连接的凸块；所述第一气缸4012固设于第一外壳内；

可以理解的是，第一外壳是用于固定第一气缸的，当然，也可以把第一气缸围起来，起到保护作用；第一外壳例如可以是圆筒形的，这样，第一气缸可以沿第一外壳的中轴线置于第一外壳内，并可以使用螺钉与第一外壳连接固定；同时，与第一外壳配合的连接盘也可以为圆盘，凸块即为圆形凸块，凸块的直径可以同第一外壳的内径相等，这样可以旋进第一外壳内，形成径向定位，再使用螺钉等方式将二者连接固定，而连接盘的直径大于第一外壳内径，比如等于第一外壳的外径，这样，连接盘卡在第一外壳外，形成轴向定位；凸块与连接盘可以为两个独立的部分连接而成，也可以为一体成型结构，再此不做具体限定。

所述输送换刀单元402设置在第二外壳4021内，所述第二外壳4021与所述第一外壳4013连接，所述输送换刀单元402包括输送单元及换刀单元，所述输送单元包括步进电机501、传送带5021、螺钉托盘5022、第二气缸5023及输送管5024，所述步进电机501设置在第二外壳4021上，所述传送带5021输入端与步进电机501的电机轴连接，所述螺钉托盘5022设置在第二外壳4021上，螺钉托盘5022上设有转动轴，所述传送带5021的另一端与所述转动轴连接，推动螺钉托盘5022绕所述转动轴转动；所述螺钉托盘5022上设有多个螺钉孔槽，用于放置并固定螺钉；所述第二气缸5023设置在第二外壳4021上，第二气缸4021末端与螺钉托盘5022下方的输送管5024对应，所述输送管5024用于输送螺钉到操作单元403。

进一步地，所述螺钉孔槽底部设有弹簧片，用于固定螺钉，以及当第二气缸5023推压螺钉时，通过压开弹簧片而使螺钉进入输送管5024。

所述换刀单元设置在所述第二外壳4021内，包括传动齿轮副5031、换刀盘5032、换刀手臂5033，所述步进电机501电机轴的一部分连接所述传动齿轮副5031，驱动所述换刀盘5032转动，电机轴的末端与所述换刀手臂5033连接；所述换刀盘5032上设有各种刀具，所述换刀手臂5033用于将旋转到换刀手臂的目标刀具取下并送到进给预备位置，或者，将使用完成的刀具输送回换刀盘的目标刀具库。

可以理解的是，输送单元及换刀单元均设置在第二外壳内，由第二外壳对其支撑及固定，所述步进电机同时为输送单元及换刀单元提供动力，对于输送单元，可以在第二气缸位置处设置一感应装置，螺钉托盘通过步进电机驱动传送带而发生旋转，当螺钉托盘上的螺钉转动到第二气缸处，感应装置便可以识别螺钉位置，此时，控制第二气缸动作，推动螺钉进入输送管并到达操作单元；对于输送单元，换刀盘通过步进电机驱动减速齿轮副，带动换刀盘转动，当目标刀具转动到换刀手臂处，便可实现换刀动作。

所述操作单元包括夹块组601、鼻嘴602，所述鼻嘴602设置在所述第二外壳4021外侧面上，所述夹块组601嵌设在鼻嘴602里，夹块组601由两个夹块组成，每个所述夹块的一端转动连接在鼻嘴602上，两个夹块的另一端由弹簧连接，中间留有预设间隙，所述预设间隙保证螺钉不能自由通过，形成螺钉的准备位置；所述鼻嘴602侧面设有鼻嘴支管603，所述鼻嘴支管603两端分别同鼻嘴602及输送管5024相连通；所述第一外壳4013的另一端、所述第二外壳4021、所述鼻嘴602与第二外壳4021连接的一端均设有通孔，形成所述第一气缸4012活塞杆的进给通道，所述进给预备位置位于进给通道上。

本实施例的一种具体实现方式是，所述换刀盘5032上设有偏心圆柱，所述传动齿轮副5031驱动所述偏心圆柱，使换刀盘5032绕偏心圆柱旋转，使每一个刀具经过换刀手臂5033；

更进一步地，可以在换刀盘上端设置槽轮机构，将偏心圆柱与曹轮机构连接，从而实现换刀盘带动刀具做间歇性转动，为换刀留出一定时间，保证运动的稳定性。

本实施例的另一种实现方式是，所述换刀手臂5033上设有离合器，当目标刀具旋转到换刀手臂时，控制所述离合器断开电机轴对换刀手臂的驱动，同时变换换刀手臂的转臂，将目标刀具转换到进给预备位置；当螺钉扭矩达到预设值时，第一气缸将目标刀具收回至进给预备位置，控制所述离合器闭合，电机轴驱动换刀手臂将刀具收回到换刀盘。

具体地，如图4所示，所述换刀手臂5033为中心对称结构，中间为中间轴，两端分别对称设置刀具夹持装置，所述夹持装置为可与刀具配合的月牙形开口；换刀手臂的中心轴与同步电机输出轴同轴，在输出轴的末端，换刀手臂与同步电机两者之间由离合器相连，以控制其转动。所述夹持装置用于夹持目标刀具，并将其输送到预备进给位置；所述预备进给位置在第一气缸活塞杆的进给通道上，活塞杆推进其末端与目标刀具对接并输送至螺钉位置，再将螺钉输送至目标操作位置，然后螺钉拧紧装置转动预紧。

需要说明的是，夹持装置的两个月牙口可以保证一定的平衡，也能更好控制手臂的起止位置，可同时实现一边卸刀，一边换刀的动作，避免卸刀时，刀库未置空余而引起损坏。

设置时，换刀手臂一端的刀具夹持装置设在换刀盘的刀具位置，另一端的刀具夹持装置设在第一气缸活塞杆下方的预备进给位置；由于螺钉盘低于刀具盘，换刀手臂在上述位置旋转一定角度既可到达螺钉托盘的上方，便于回收螺钉，因此换刀时螺钉盘不会影响换刀手臂的运动。

为了实现整个螺钉输送过程中的时序控制，本实施例还包括控制系统，所述控制系统用于根据螺钉类型控制换刀单元选用目标刀具，并控制第二气缸及第二气缸动作，将螺钉及目标刀具输送到目标操作位置，或只控制第一气缸动作，将目标刀具输送至目标操作位置；所述控制系统还用于在螺钉拧紧或拆卸后，控制第一气缸将目标刀具送回换刀盘的目标刀具库，或者同时将拆卸螺钉送回到螺钉盘的空余位置。

需要说明的是，在实现某种螺钉安装任务时，螺钉库中存放的均为所需的同一种螺钉，因此，需要先控制换刀单元选择所用刀具，再输送螺钉及目标刀具，然后预紧；在只需要完成螺钉的拆卸任务时，也是先控制换刀单元选择所用目标刀具，并只控制第一气缸进给至目标位置，螺钉拧紧装置反向工作，螺钉拆卸后由目标刀具带回，由于螺钉盘低于刀具盘，换刀手臂处于螺钉盘上方而在换刀盘的下方，因此，当第一气缸的活塞杆到达螺钉托盘上方时，即可将目标刀具带回的拆卸的螺钉放置到螺钉盘的空余位置，然后当第一气缸活塞杆将刀具带到所述预备进给位置后，换刀手臂的月牙性开口夹持住刀具，刀具与活塞杆断开连接，驱动换刀手臂旋转，直到目标刀具到达刀具盘的上方松开刀具，完成刀具回库的动作。

本实施例的螺钉自动输送装置，通过控制步进电机动作，驱动换刀盘及螺钉托盘转动到设定位置，同时控制第一气缸及第二气缸动作，自动将螺钉及目标刀具输送到预拧紧位置，从而可以通过螺钉拧紧装置实现螺钉的自动拧紧。

由于本实施例的螺钉自动输送装置，需要与螺钉拧紧装置连接，将输送到预拧紧位置的螺钉进行拧紧，因此，在一种具体实施方式中，所述连接盘4011的另一端面上可以设有连接块，所述连接块与螺钉拧紧装置连接，通过拧紧装置带动整个螺钉自动输送装置旋转，从而拧紧螺钉；

进一步地，所述连接盘、凸块及所述连接块的中部均可设有通孔，所述螺钉自动输送装置可以通过穿过通孔的直连连杆与螺钉拧紧装置连接。

进一步的，为了判断拧紧装置是否已经将螺钉拧紧，所述第一气缸4012的活塞杆前端设有扭矩传感器，所述扭矩传感器用于测量螺钉对螺钉拧紧装置的扭矩；当扭矩传感器的值达到预设范围，螺钉拧紧装置停止动作。

本申请的螺钉自动输送装置，步进电机旋转带动传送带转动，驱动与传送带相接的螺钉盘转动一定角度，使待安装螺钉转动到输送管位置，然后控制输送第二气缸进给，将目标螺钉推离弹簧片后，推动螺钉沿着输送管进入到待进给的位置；在判断完所需的目标刀具类型后，控制步进电机带动齿轮减速后，使换刀盘旋转，换刀盘的偏心圆柱随着动作，带动刀库做间歇性转动，使刀库的每把刀具都可以经过换刀区域，转到目标刀具位置后，控制电磁离合器断开步进电机对换刀盘的驱动，同时变换换刀手臂的转臂，将目标刀具转换到进给的预备位置；此时，位于尾端的第一气缸进行驱动，气缸活塞杆沿着中间的通道不断的进给，活塞杆前端与目标刀具连接在一起，带动刀具继续进给，当运动到鼻嘴末端位置，刀具的末端顶住处在待进给的位置的螺钉，继续进给直到完全通过鼻嘴的挡块后将螺钉对准螺纹孔；进而，模块尾端的连接盘可与拧紧装置连接，带动整个螺钉自动输送装置进行旋转，将待操作的螺钉安装到目标位置，当安装在活塞杆前端的扭矩传感器的值达到一定的范围，电机停止，第一气缸将刀具收回，离合器闭合，驱动换刀手臂将刀具收回，安装完成。

本申请的另一个目的，是提供一种重构式机械臂，在所述机械臂的末端设有权利要求如上所述的螺钉自动输送装置，所述螺钉自动输送装置与所述机械臂的旋进模块连接，所述旋进模块用于将自动输送装置输送的螺钉拧紧。

以上所述，仅是本申请较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种螺钉自动输送装置，其特征在于：包括进给单元、输送换刀单元及操作单元；

所述进给单元包括连接盘、第一外壳和第一气缸；所述连接盘与所述第一外壳的一端连接，所述连接盘的外径大于第一外壳内径，连接盘与第一外壳连接的端面上设有与第一外壳配合连接的凸块；所述第一气缸固设于第一外壳内；

所述输送换刀单元设置在第二外壳内，所述第二外壳与所述第一外壳连接，所述输送换刀单元包括输送单元及换刀单元，所述输送单元包括步进电机、传送带、螺钉托盘、第二气缸及输送管，所述步进电机设置在第二外壳上，所述传送带输入端与步进电机的电机轴连接，所述螺钉托盘设置在第二外壳上，螺钉托盘上设有转动轴，所述传送带的另一端与所述转动轴连接，推动螺钉托盘绕所述转动轴转动；所述螺钉托盘上设有多个螺钉孔槽，用于放置并固定螺钉；所述第二气缸设置在第二外壳上，第二气缸末端与螺钉托盘下方的输送管对应，所述输送管用于输送螺钉到操作单元；所述螺钉孔槽底部设有弹簧片，用于固定螺钉，以及当第二气缸推压螺钉时，用于通过打开弹簧片而使螺钉进入输送管；

所述换刀单元设置在所述第二外壳内，包括传动齿轮副、换刀盘、换刀手臂，所述步进电机电机轴的一部分连接所述传动齿轮副，驱动所述换刀盘转动，电机轴的末端与所述换刀手臂连接；所述换刀盘上设有各种刀具，所述换刀手臂用于将旋转到换刀手臂的目标刀具取下并送到进给预备位置，或者，将使用完成的刀具输送回换刀盘的目标刀具库；其中，所述换刀盘上设有偏心圆柱，所述传动齿轮副驱动所述偏心圆柱，使偏心圆盘绕偏心圆柱旋转，使每一个刀具经过换刀手臂；

所述操作单元包括夹块组、鼻嘴，所述鼻嘴设置在所述第二外壳外侧面上，所述夹块组嵌设在鼻嘴里，夹块组由两个夹块组成，每个所述夹块的一端转动连接在鼻嘴上，两个夹块的另一端由弹簧连接，中间留有预设间隙，所述预设间隙保证螺钉不能自由通过，形成螺钉的准备位置；所述鼻嘴侧面设有鼻嘴支管，所述鼻嘴支管两端分别同鼻嘴及输送管相连通；所述第一外壳的另一端、所述第二外壳、所述鼻嘴与第二外壳连接的一端均设有通孔，形成所述第一气缸活塞杆的进给通道，所述进给预备位置位于进给通道上。

2.根据权利要求1所述的螺钉自动输送装置，其特征在于：所述连接盘的另一端面上设有连接块，所述连接块与螺钉拧紧装置连接，通过拧紧装置带动整个螺钉自动输送装置旋转拧紧螺钉。

3.根据权利要求2所述的螺钉自动输送装置，其特征在于：所述连接盘、凸块及所述连接块的中部设有通孔，所述螺钉自动输送装置通过穿过通孔的直连连杆与螺钉拧紧装置连接。

4.根据权利要求2所述的螺钉自动输送装置，其特征在于：所述第一气缸的活塞杆前端设有扭矩传感器，所述扭矩传感器用于测量螺钉对螺钉拧紧装置的扭矩；当扭矩传感器的值达到预设范围，螺钉拧紧装置停止拧紧动作。

5.根据权利要求4所述的螺钉自动输送装置，其特征在于：所述换刀手臂上设有离合器，当目标刀具旋转到换刀手臂时，控制所述离合器断开电机轴对换刀手臂的驱动；当螺钉扭矩达到预设值时，第一气缸将目标刀具收回至进给预备位置，控制所述离合器闭合，电机轴驱动换刀手臂将刀具收回到换刀盘。

6.根据权利要求5所述的螺钉自动输送装置，其特征在于：所述换刀手臂为中心对称结构，中间为中间轴，两端分别对称设置刀具夹持装置，所述夹持装置为可与刀具配合的月牙形开口；所述月牙形开口用于夹持目标刀具，并将其输送到预备进给位置；所述预备进给位置在第一气缸活塞杆的进给通道上，活塞杆推进其末端与目标刀具连接。

7.根据权利要求1所述的螺钉自动输送装置，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统用于根据螺钉类型控制换刀单元选用目标刀具，并控制第一气缸及第二气缸动作，将螺钉及目标刀具输送到目标操作位置，或只控制第一气缸动作，将目标刀具输送至目标操作位置；所述控制系统还用于在螺钉拧紧或拆卸后，控制第一气缸将目标刀具送回换刀盘的目标刀具库，或者同时将拆卸螺钉送回到螺钉盘的空余位置。

8.一种重构式机械臂，其特征在于：在所述机械臂的末端设有权利要求1-7任一项所述的螺钉自动输送装置，所述螺钉自动输送装置与所述机械臂的旋进模块连接，所述旋进模块用于将自动输送装置输送的螺钉拧紧。

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