CN108907689B - 一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备及使用方法 - Google Patents

一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备，包括自动传送线以及螺栓拧紧作业机器人，螺栓拧紧作业机器人上固定安装有自动位姿定位装置，自动传送线上放置有装配部件工装组合。本发明的一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备，解决了现有技术中存在的螺栓拧紧单元中装配部件传送功能、位姿定位功能和拧紧螺栓功由人工完成，费时费工、效率低的问题。本发明还公开了上述螺栓拧紧单元设备的使用方法。

Description

一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备及使用方法
技术领域
本发明属于装配生产线上螺栓拧紧单元设备技术领域，涉及一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备，本发明还涉及上述螺栓拧紧单元设备的使用方法。
背景技术
机械部件装配生产线一般由传送线、装载单元、人工单元、部件组装单元、联结螺栓拧紧单元、检测单元及卸载单元等多段单元组成。传送线贯穿整个自动装配生产线，与每段单元协调工作。联结螺栓拧紧单元的前端状态是：联结螺栓已经放入装配部件的螺纹孔内但尚未柠紧，装配部件已经装载到传送线上。联结螺栓拧紧单元包括传送线、位姿定位装置及螺栓拧紧作业机器人3部分：(1)传送线，用于各段单元之间和单元内部各作业机器人之间的装配部件的传送，(2)位姿定位装置，用于保证螺栓拧紧作业机器人的套筒扳手与装配部件上的待拧紧螺栓之间的准确定位，(3)螺栓拧紧作业机器人，可以有多台，分别用于完成不同分布位置、不同规格的螺栓拧紧。
若联结螺栓拧紧单元中装配部件传送功能、位姿定位功能和拧紧螺栓功能由人工完成，费时费工、效率低；还可能会因装配部件的联结螺栓与螺栓拧紧作业机器人套筒扳手的位置对准偏差过大而造成机构损坏。因此具有自动传送、自动位姿定位、自动拧紧螺栓功能的联结螺栓拧紧单元的自动化设备及技术是部件装配作业的发展方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备，解决了现有技术中存在的螺栓拧紧单元中装配部件传送功能、位姿定位功能和拧紧螺栓功均由人工完成，费时费工、效率低的问题。
本发明的另一目的是提供上述螺栓拧紧单元设备的使用方法。
本发明所采用的技术方案是，一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备，包括自动传送线以及螺栓拧紧作业机器人，螺栓拧紧作业机器人上固定安装有自动位姿定位装置，自动传送线上放置有装配部件工装组合。
本发明第一种技术方案的特征还在于，
自动传送线包括支架，支架水平面上相对应的两侧各安装有一个万向球台，两个万向球台彼此背离的一侧均安装有柱流利条，两个万向球台上、两个柱流利条之间共同放置有一装配部件工装组合，装配部件工装组合在两个万向球台上、两个柱流利条之间滑动，支架上还安装有链传动组件，链传动组件安装在万向球台的下方，链传动组件的传动链的传动方向与装配部件工装组合的滑动方向一致，链传动组件的传动链上还固定有推块，推块推动装配部件工装组合在两个万向球台上、两个柱流利条之间滑动。
螺栓拧紧作业机器人包括有机架和工作台，机架上固定有直线移动装置B，直线移动装置B位于自动传送线上方且直线移动装置B的移动滑台的移动方向为向下朝向或者向上远离自动传送线，直线移动装置B的移动滑台末端还安装有旋转机械手，旋转机械手的末端安装有套筒扳手，工作台位于自动传送线下方，工作台上表面还固定有弹性万向球台，弹性万向球台的台面与万向球台的台面在同一水平面上，弹性万向球台的台面两侧与两个柱流利条相对应的位置也设置有柱流利条并与弹性万向球台的台面两侧的两个柱流利条分别对接成为整体，直线移动装置B的移动滑台末端还安装有超声波位移传感器C，超声波位移传感器C的测头与直线移动装置B移动滑台的移动方向平行。
自动位姿定位装置包括安装在机架侧面且位于自动传送线上方的直线移动装置A，直线移动装置A的移动滑台的移动方向为向下朝向或者向上远离自动传送线，直线移动装置A的移动滑台的末端还固定有框架，框架设置为“凹”状，框架的凹槽底部朝向装配部件工装组合，框架凹槽底部安装有电磁铁，电磁铁的工作面与自动传送线的运动方向垂直，框架凹槽的两侧壁对应的位置均安装有弹性万向球，框架上还安装有非接触位移传感器A，非接触位移传感器A的测头安装方向与装配部件工装组合的滑动方向平行。
装配部件工装组合包括装配部件和随行工装，随行工装包括滑动放置在两个万向球台上、两个柱流利条之间的随行工装底板，随行工装底板上表面安装有装配部件，装配部件上表面有螺纹孔，装配部件的螺纹孔内插有待拧紧螺栓，装配部件朝向框架的一侧面还安装有随行工装定位凸块。
随行工装定位凸块靠近框架的一面为c面，c面与电磁铁相配合，随行工装定位凸块的侧面分别为a面和b面，a面和b面平行且其之间的宽度L3与自动位姿定位装置的两个弹性万向球之间距离L4相对应，且宽度L3大于两个弹性万向球均伸出时之间的距离，小于两个弹性万向球均完全缩回时之间的距离，随行工装定位凸块的顶部记为d面且d面与a面、b面和c面垂直。
本发明所采用的的另一种技术方案是，一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备的使用方法，采用上述一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备，具体按照以下步骤实施：
步骤1，根据预设的直线移动装置A行程指令，将自动位姿定位装置的直线移动装置A向下移动至非接触位移传感器A感知到装配部件工装组合的随行工装定位凸块的c面位置高度信息后停止移动；
步骤2，自动传送线利用链传动组件及推块将装配部件工装组合推送到螺栓拧紧作业机器人的弹性万向球台上，根据自动位姿定位装置的非接触位移传感器A感知装配部件工装组合的随行工装定位凸块的c面位置预设信息，当到达预设位置时，链传动组件停止动作，推块停止推送装配部件工装组合，电磁铁通电将随行工装定位凸块的c面吸合，同时随行工装定位凸块的a面、b面挤压进自动位姿定位装置的两个弹性万向球之间，装配部件工装组合在螺栓拧紧作业机器人的弹性万向球台上实现自动位姿定位，螺栓拧紧作业机器人的套筒扳手自动对准待拧紧螺栓；
步骤3，螺栓拧紧作业机器人的直线移动装置B向下移动，使其套筒扳手压紧待拧紧螺栓，然后根据超声波位移传感器C感知随行工装定位凸块的d面位置预设信息，当达到预设位置时，电磁铁断电放开，同时直线移动装置A的移动滑台向上移动至原位；
步骤4，螺栓拧紧作业机器人的旋转机械手旋转驱动套筒扳手旋转，将待拧紧螺栓拧紧，当旋转机械手的驱动扭矩达到预设的扭矩值，旋转机械手停止转动，螺栓拧紧作业机器人的直线移动装置B向上移动，返回原位。
本发明的有益效果是：本发明的一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备，具有自动传送、自动位姿定位、自动拧紧螺栓的功能，节省人力、效率高，适合自动化装配生产线上使用，应用范围广，可供各种螺栓连接的装配部件的自动装配使用，且使用方法简单。
附图说明
图1是本发明一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备的结构示意图；
图2是本发明一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备中自动传送线的结构组成示意图；
图3是本发明一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备中螺栓拧紧作业机器人的结构组成示意图；
图4是本发明一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备中自动位姿定位装置的结构组成示意图；
图5是本发明一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备中装配部件工装组合的结构示意图；
图6是图5的A向视图。
图中，1.自动传送线，2.自动位姿定位装置，3.螺栓拧紧作业机器人，4.装配部件工装组合；
1-1.支架，1-2.万向球台，1-3.柱流利条，1-4.链传动组件，1-5.推块；
2-1.直线移动装置A，2-2.非接触位移传感器A，2-3.电磁铁，2-4.弹性万向球，2-5.框架；
3-1.机架，3-2.直线移动装置B，3-3.旋转机械手，3-4.套筒扳手，3-5.弹性万向球台，3-6.工作台，3-7.超声波位移传感器C；
4-1.装配部件，4-2.待拧紧螺栓，4-3.随行工装底板，4-4.随行工装定位凸块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备，如图1所示，包括自动传送线1以及螺栓拧紧作业机器人3，螺栓拧紧作业机器人3上固定安装有自动位姿定位装置2，如图2所示，自动传送线1上放置有装配部件工装组合4。
自动传送线1包括支架1-1，支架1-1水平面上相对应的两侧各安装有一个万向球台1-2，两个万向球台1-2彼此背离的一侧均安装有柱流利条1-3，两个万向球台1-2上、两个柱流利条1-3之间共同放置有一装配部件工装组合4，装配部件工装组合4在两个万向球台1-2上、两个柱流利条1-3之间滑动，滑动方向就是图1和图2中标记的X方向，支架1-1上还安装有链传动组件1-4，链传动组件1-4安装在万向球台1-2的下方，链传动组件1-4的传动链的传动方向与装配部件工装组合4的滑动方向一致，链传动组件1-4的传动链上还固定有推块1-5，推块1-5推动装配部件工装组合4在两个万向球台1-2上、两个柱流利条1-3之间滑动。
如图3所示，螺栓拧紧作业机器人3包括有机架3-1和工作台3-6，机架3-1上固定有直线移动装置B3-2，直线移动装置B3-2位于自动传送线1上方且直线移动装置B3-2的移动滑台的移动方向为朝向或者远离自动传送线1的方向，即就是图3中标注的Z方向的正向和反向，直线移动装置B3-2的移动滑台末端还安装有旋转机械手3-3，旋转机械手3-3的末端安装有套筒扳手3-4，工作台3-6位于自动传送线1下方，工作台3-6上表面还固定有弹性万向球台3-5，弹性万向球台3-5的台面与万向球台1-2的台面在同一水平面上，弹性万向球台3-5的台面两侧与两个柱流利条1-3相对应的位置也设置有柱流利条，弹性万向球台3-5的台面两侧的柱流利条与两个柱流利条1-3分别对接成为整体，直线移动装置B3-2的移动滑台末端还安装有超声波位移传感器C3-7，超声波位移传感器C3-7的测头与直线移动装置B3-2的移动滑台的移动方向平行。
如图4所示，自动位姿定位装置2包括安装机架3-1侧面且位于自动传送线上方的直线移动装置A2-1，直线移动装置A2-1的移动滑台的移动方向为朝向或者远离自动传送线1的方向，即就是图4中标注的Z方向的正向和反向，与图3中直线移动装置B3-2的移动滑台的移动方向相同，直线移动装置A2-1的移动滑台的末端还固定有框架2-5，框架2-5设置为“凹”状，框架2-5的凹槽底部朝向装配部件工装组合4，框架2-5凹槽底部安装有电磁铁2-3，电磁铁2-3的工作面与自动传送线的运动方向垂直，框架2-5凹槽的两侧壁对应的位置均安装有弹性万向球2-4，框架2-5上还安装有非接触位移传感器A2-2，非接触位移传感器A2-2的测头方向与装配部件工装组合4的滑动方向平行。
如图5-图6所示，装配部件工装组合4包括装配部件4-1和随行工装，随行工装包括滑动放置在两个万向球台1-2上、两个柱流利条1-3之间的随行工装底板4-3，推块1-5推动随行工装底板4-3在两个万向球台1-2上、两个柱流利条1-3之间滑动，随行工装底板4-3上表面安装有装配部件4-1，装配部件4-1上表面有螺纹孔，装配部件4-1的螺纹孔内插有待拧紧螺栓4-2，装配部件4-1朝向框架2-5的一侧面还安装有随行工装定位凸块4-4，由于随行工装底板4-3放在两个万向球台1-2平面上、两个柱流利条1-3之间，因此，随行工装底板4-3的宽度L1应该与两个柱流利条1-3之间的距离L2相对应，且L2略大于L1，装配部件工装组合4的重量由万向球台1-2承受，装配部件工装组合4在万向球台1-2上、两个柱流利条1-3之间滑动，由于随行工装底板4-3的宽度L1与两个柱流利条1-3之间的距离L2相对应，所以运动中装配部件工装组合的底板可以自由地在两个柱流利条1-3之间移动，两个柱流利条是X方向移动的导向。
随行工装定位凸块4-4靠近框架2-5的一面为c面，c面与电磁铁2-3相配合，随行工装定位凸块4-4的侧面分别为a面和b面，a面和b面平行且其之间的宽度L3与自动位姿定位装置2的两个弹性万向球2-4之间距离L4相对应，且宽度L3大于两个弹性万向球2-4均伸出时之间的距离，小于两个弹性万向球2-4均缩回时之间的距离，随行工装定位凸块4-4的顶部记为d面且d面与a面、b面和c面垂直。
本发明的直线移动装置A2-1可采用机械式、液压式或气动式。
本发明螺栓拧紧作业机器人3的机架3-1，指不运动的部分，可采用四柱式或单臂式，若为四柱式则机架包括顶梁、4个立拄及底座，若为单臂式则机架包括弯臂及底座。
本发明一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备的使用方法，采用上述一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备，具体按照以下步骤实施：
步骤1，根据预设的直线移动装置A行程指令，自动位姿定位装置2的直线移动装置A2-1向下移动至非接触位移传感器A2-2感知到装配部件工装组合4的随行工装定位凸块4-4的c面位置高度信息后停止移动；
步骤2，自动传送线1利用链传动组件1-4及推块1-5将装配部件工装组合4推送到螺栓拧紧作业机器人3的弹性万向球台3-5上，根据自动位姿定位装置2的非接触位移传感器A2-2感知装配部件工装组合4的随行工装定位凸块4-4的c面位置预设信息，当到达预设位置时，链传动组件1-4停止动作，推块1-5停止推送装配部件工装组合4，电磁铁2-3通电将随行工装定位凸块4-4的c面吸合，同时随行工装定位凸块4-4的a面、b面挤压进自动位姿定位装置2的两个弹性万向球2-4之间，装配部件工装组合4在螺栓拧紧作业机器人3的弹性万向球台3-5上实现自动位姿定位，螺栓拧紧作业机器人3的套筒扳手3-4自动对准待拧紧螺栓4-2；
步骤3，螺栓拧紧作业机器人3的直线移动装置B3-2向下移动，使其套筒扳手3-4压紧待拧紧螺栓4-2上，然后根据超声波位移传感器C3-7感知随行工装定位凸块4-4的d面位置预设信息，当达到预设位置时，电磁铁2-3断电放开，同时直线移动装置A2-1的移动滑台向上移动至原位；
步骤4，螺栓拧紧作业机器人3的旋转机械手3-3旋转驱动套筒扳手3-4旋转，将待拧紧螺栓4-2拧紧，当旋转机械手3-3的驱动扭矩达到预设的扭矩值，旋转机械手3-3停止转动，螺栓拧紧的作业机器人3的直线移动装置B3-2向上移动，返回原位。
本发明当装配部件4-1上有不同分布位置、不同规格的待拧紧螺栓4-2时，则对应的设置多台螺栓拧紧作业机器人3，自动传送线1利用链传动1-4及推块1-5进行各作业机器人之间的装配部件工装组合的传送，自动传送线1根据多台螺栓拧紧作业机器人3中作业时间最长的节拍进行控制。

Claims (5)

1.一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备，其特征在于：包括自动传送线(1)以及螺栓拧紧作业机器人(3)，所述螺栓拧紧作业机器人(3)上固定安装有自动位姿定位装置(2)，所述自动传送线(1)上放置有装配部件工装组合(4)，
所述自动传送线(1)包括支架(1-1)，所述支架(1-1)水平面上相对应的两侧各安装有一个万向球台(1-2)，两个所述万向球台(1-2)彼此背离的一侧均安装有柱流利条(1-3)，两个所述万向球台(1-2)上、两个柱流利条(1-3)之间共同放置有装配部件工装组合(4)，所述装配部件工装组合(4)在两个所述万向球台(1-2)上、两个柱流利条(1-3)之间滑动，所述支架(1-1)上还安装有链传动组件(1-4)，所述链传动组件(1-4)安装在所述万向球台(1-2)的下方，所述链传动组件(1-4)的传动链的传动方向与装配部件工装组合(4)的滑动方向一致，所述链传动组件(1-4)的传动链上还固定有推块(1-5)，所述推块(1-5)推动装配部件工装组合(4)在两个万向球台(1-2)上、两个柱流利条(1-3)之间滑动，
所述螺栓拧紧作业机器人(3)包括有机架(3-1)和工作台(3-6)，所述机架(3-1)上固定有直线移动装置B(3-2)，所述直线移动装置B(3-2)位于所述自动传送线(1)上方且所述直线移动装置B(3-2)的移动滑台的移动方向为向下朝向或者向上远离自动传送线(1)，所述直线移动装置B(3-2)的移动滑台末端还安装有旋转机械手(3-3)，所述旋转机械手(3-3)的末端安装有套筒扳手(3-4)，所述工作台(3-6)位于所述自动传送线(1)下方，所述工作台(3-6)上表面还固定有弹性万向球台(3-5)，所述弹性万向球台(3-5)的台面与所述万向球台(1-2)的台面在同一水平面上，所述弹性万向球台(3-5)的台面两侧与两个所述柱流利条(1-3)相对应的位置也设置有柱流利条并与所述弹性万向球台(3-5)的台面两侧两个所述柱流利条(1-3)分别对接成为整体，所述直线移动装置B(3-2)的移动滑台末端还安装有超声波位移传感器C(3-7)，超声波位移传感器C(3-7)的测头与所述直线移动装置B(3-2)的移动滑台的移动方向平行。
2.根据权利要求1所述的装配自动生产线螺栓拧紧单元设备，其特征在于：所述自动位姿定位装置(2)包括安装在所述机架(3-1)侧面且位于自动传送线(1)上方的直线移动装置A(2-1)，所述直线移动装置A(2-1)的移动滑台的移动方向为向下朝向或者向上远离自动传送线(1)，所述直线移动装置A(2-1)的移动滑台的末端还固定有框架(2-5)，所述框架(2-5)设置为“凹”状，所述框架(2-5)的凹槽底部朝向装配部件工装组合(4)，所述框架(2-5)凹槽底部安装有电磁铁(2-3)，所述电磁铁(2-3)的工作面与自动传送线的运动方向垂直，所述框架(2-5)凹槽的两侧壁对应的位置均安装有弹性万向球(2-4)，所述框架(2-5)上还安装有非接触位移传感器A(2-2)，所述非接触位移传感器A(2-2)的测头安装方向与装配部件工装组合(4)的滑动方向平行。
3.根据权利要求2所述的装配自动生产线螺栓拧紧单元设备，其特征在于：所述装配部件工装组合(4)包括滑动放置在两个所述万向球台(1-2)上、两个柱流利条(1-3)之间的随行工装底板(4-3)，所述随行工装底板(4-3)上表面安装有装配部件(4-1)，所述装配部件(4-1)上表面具有螺纹孔，所述装配部件(4-1)的螺纹孔内插有待拧紧螺栓(4-2)，所述装配部件(4-1)朝向所述框架(2-5)的一侧面还安装有随行工装定位凸块(4-4)。
4.根据权利要求3所述的装配自动生产线螺栓拧紧单元设备，其特征在于：所述随行工装定位凸块(4-4)靠近所述框架(2-5)的一面为c面，c面与所述电磁铁(2-3)相配合，所述随行工装定位凸块(4-4)的侧面分别为a面和b面，a面和b面平行且其之间的宽度L3与自动位姿定位装置(2)的两个弹性万向球(2-4)之间距离L4相对应，且宽度L3大于两个弹性万向球(2-4)均伸出时之间的距离，小于两个弹性万向球(2-4)均完全缩回时之间的距离，所述随行工装定位凸块(4-4)的顶部记为d面且d面与a面、b面和c面垂直。
5.一种装配自动生产线螺栓拧紧单元设备的使用方法，其特征在于，采用权利要求4所述的装配自动生产线螺栓拧紧单元设备，具体按照以下步骤实施：
步骤1，根据预设的直线移动装置A行程指令，自动位姿定位装置(2)的直线移动装置A(2-1)向下移动至非接触位移传感器A(2-2)感知到装配部件工装组合(4)的随行工装定位凸块(4-4)的c面位置高度信息后停止移动；
步骤2，自动传送线(1)利用链传动组件(1-4)及推块(1-5)将装配部件工装组合(4)推送到螺栓拧紧作业机器人(3)的弹性万向球台(3-5)上，根据自动位姿定位装置(2)的非接触位移传感器A(2-2)感知装配部件工装组合(4)的随行工装定位凸块(4-4)的c面位置预设信息，当到达预设位置时，链传动组件(1-4)停止动作，推块(1-5)停止推送装配部件工装组合(4)，电磁铁(2-3)通电将随行工装定位凸块(4-4)的c面吸合，同时随行工装定位凸块(4-4)的a面、b面挤压进自动位姿定位装置(2)的两个弹性万向球(2-4)之间，装配部件工装组合(4)在螺栓拧紧作业机器人(3)的弹性万向球台(3-5)上实现自动位姿定位，螺栓拧紧作业机器人(3)的套筒扳手(3-4)自动对准待拧紧螺栓(4-2)；
步骤3，螺栓拧紧作业机器人(3)的直线移动装置B(3-2)向下移动，使其套筒扳手(3-4)压紧待拧紧螺栓(4-2)上，然后根据超声波位移传感器C(3-7)感知随行工装定位凸块(4-4)的d面位置预设信息，当达到预设位置时，电磁铁(2-3)断电放开，同时直线移动装置A(2-1)的移动滑台向上移动至原位；
步骤4，螺栓拧紧作业机器人(3)的旋转机械手(3-3)旋转驱动套筒扳手(3-4)旋转，将待拧紧螺栓(4-2)拧紧，当旋转机械手(3-3)的驱动扭矩达到预设的扭矩值，旋转机械手(3-3)停止转动，螺栓拧紧的作业机器人(3)的直线移动装置B(3-2)向上移动，返回原位。
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