CN110000534B - 一种360度转动装配轻轨系统装置及其进行工件装配的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种360度转动装配轻轨系统装置，包括一组轻轨单元，两组移动单元，一组360度工件转动单元及一组传感单元。并公开了其进行工件装配的方法。本发明的有益效果是：本发明装置集成了轻轨运输技术和夹持装配转台技术，既能实现多工位不同工序的自动装配，又能满足不同尺寸大小的产品工件的多角度装配，适应性强，市场前景广阔。

Description

一种360度转动装配轻轨系统装置及其进行工件装配的方法

技术领域

本发明涉及一种智能制造装配装夹平台领域，具体是一种360度转动装配轻轨系统装置。

背景技术

当今社会，市场需求越来越多样化，产品大批量生产方式正逐渐丧失其优势，小批量、多品种、变批次的生产模式越来越受到消费者的青睐，随之带来，对产品的生产装配设备的要求相应的也越来越高，单一功能的工件转动装配系统也无法满足装备设备高柔性的要求。中国专利申请号200910087892.2公开了一种针对特定工件实现工件180度转动的装配装夹平台装置；中国专利申请号201711418381.5公开了一种采用电动推杆夹持工件进行180度转动的装置，经过研究分析，它们在现场实际装配过程存在着诸多问题：

(1)目前复杂转动装配装夹平台均采用固定式安装，同一工位需要反复拆卸工件，不同工序需要进行工件搬运，装配效率低，且转动装配装夹平台只能进行固定角度装配，无法满足多角度高柔性的装配需求；

(2)转动装置无定位装置，转动角度固定，一般只能通过机械定位带动工件实现180度转动，同时，转动装夹平台缺乏转动角度检测装置，转动精度不高；

(3)少部分转动装夹平台带有自动夹持机构用于夹持工件，但没有考虑夹持力，很容易损伤工件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：现有的装配装夹平台无法实现产品的多角度高精度装配，无法满足多工位不同工序的装配需求。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种360度转动装配轻轨系统装置，包括一组轻轨单元，两组移动单元，一组360度工件转动单元及一组传感单元；

所述轻轨单元由轻轨及其上方的电槽构成，所述电槽内设置有供电的电缆；

所述移动单元包括在轻轨上自由移动的小车支架，所述小车支架上设置有关节电机支架，所述关节电机支架一侧设置有与轻轨滚动配合的轻轨轮，所述轻轨轮由固定于关节电机支架另一侧的关节电机驱动；

所述360度工件转动单元包括装夹平台转动机构及自适应夹爪装置，所述装夹平台转动机构固定于小车支架上的小车托盘，所述小车托盘之间设置有与其转动连接的工件转动装夹平台，所述工件转动装夹平台由固定于一侧小车托盘上的伺服电机驱动；所述自适应夹爪装置包括装夹平台夹爪及驱动其开合的驱动机构；

所述传感单元由检测工件转动装夹平台的转动角度的增量式编码器、检测夹爪对工件的夹持力的压力传感器、对工件转动装夹平台的旋转原点精准定位的槽型开关和安装在轻轨指定位置上的定位传感器组成。

所述的360度转动装配轻轨系统装置集成优化了轻轨运输系统和夹持装配转台，能同时满足不同尺寸大小的产品工件的多角度装配和多工位不同工序的装配需求；同时，在机构上集成安装了编码器、压力传感器、槽型开关和定位传感器，既保证了移动单元精准地移动到指定的工序装配，又能实时检测工件转动装夹平台的转动角度和夹爪对工件的夹持力，保证了工件安全有效高质量地完成装配任务。

作为本发明进一步的方案：所述小车支架包括小车装夹平台及其下方与轻轨匹配的支脚，所述支脚上设置有多组与轻轨匹配的导向轮，所述导向轮分别布置于轻轨两侧。

作为本发明再进一步的方案：所述导向轮包括分别布置安装在轻轨的两侧的从动偏心轮及从动同心轮，从动偏心轮的中心轴线和其安装轴孔的中心轴线不重合，从动同心轮的中心轴线和其安装轴孔的中心轴线重合。通过转动从动偏心轮安装轴孔线可改变从动偏心轮和从动同心轮的间距，保证滚轮与轻轨的配合尺寸，起导向作用，辅助实现移动单元的移动。

作为本发明再进一步的方案：所述关节电机通过法兰盘固定安装在关节电机支架上，其输出轴穿过关节电机支架的中心孔，通过转动轴与轻轨轮的中心孔相配合。通过关节电机的转动带动轻轨轮的转动，实现移动单元在轻轨上自由移动。

作为本发明再进一步的方案：沿轻轨轮轮面中间设置有一凹槽，其中间镶嵌有铜线圈，铜线圈与电槽的电缆相接触，为移动单元供电。

作为本发明再进一步的方案：所述装夹平台夹爪包括固定在工件转动装夹平台一侧的左侧夹爪及能够左右移动的右侧夹爪。

作为本发明再进一步的方案：所述伺服电机的电机输出轴装配在减速器输入孔中，减速器的输出轴通过联轴器与主转轴相连接，主转轴装配到左侧夹爪的孔中，伺服电机支架和主转轴支架支撑着整个主运动传动链。构成工件转动装夹平台转动的主运动传动链，通过控制伺服电机的转动带动整个工件转动装夹平台的转动，实现产品工件的多角度装配。

作为本发明再进一步的方案：所述工件转动装夹平台另一侧固定安装有右侧辅助夹爪，右侧辅助夹爪中的孔与从转轴一端相配合，从转轴的另一端与从转轴轴承相配合，从转轴安装在从转轴支架的轴承孔内，从转轴支架固定安装在该侧的小车托盘上，从转轴支架支撑着从动运动传动链。构成工件转动装夹平台转动的从运动传动链。

作为本发明再进一步的方案：所述右侧夹爪固定安装于底板上，所述底板与其下方固定在工件转动装夹平台上的导轨滑动连接，所述底板一侧通过丝杠螺母副与步进电机传动连接，所述步进电机通过步进电机支架固定安装在工件转动装夹平台上。通过控制步进电机和丝杠螺母副的转动，带动右侧夹爪平移运动，实现装夹平台夹爪的开合，满足不同尺寸大小产品工件的装夹要求。

作为本发明再进一步的方案：所述左侧夹爪和右侧夹爪的表面均安装有塑料垫板，防止夹持工件过程中留下夹痕。

作为本发明再进一步的方案：所述增量式编码器安装在从转轴的一端，所述压力传感器安装在右侧夹爪的塑料垫板上，所述槽型开关安装在主转轴上，所述定位传感器安装在轻轨指定位置上。

作为本发明再进一步的方案：还包括电控单元，所述电控单元为与移动单元、360度工件转动单元及传感单元电连接的PLC控制器。PLC控制器为现有成熟技术，在此不再赘述其原理及连接关系，主要是为了与各个传感器配合实现智能控制。

本发明还提供如下技术方案：一种360度转动装配轻轨系统装置进行工件装配的方法，按如下步骤进行：

步骤一：将工件放置在工件转动装夹平台上，控制步进电机电机转动，使得右侧夹爪动作并与左侧夹爪配合夹持工件，压力传感器实时检测夹爪对工件的夹持力，并将信号反馈指导右侧夹爪的夹持运动，直至满足合适大小的夹持力夹持工件的要求；

步骤二：定位传感器将位置信号发送给360度转动装配轻轨系统装置的电控单元，电控单元控制关节电机根据所接受的位置信号动作，带动轻轨轮在轻轨上精准地移动到指定的工序装配位置；

步骤三：根据槽型开关的信号，控制伺服电机转动，使得工件转动装夹平台调整转动到旋转原点；

步骤四：工件转动装夹平台根据工序装配需求，控制伺服电机带动工件转动到指定的角度，动态的辅助完成工件的装配，其中，增量式编码器实时反馈工件转动装夹平台的转动角度信息，以保证精准的协同作业；

步骤五：该工序完成装配，移动单元根据下一组定位传感器的位置信号移动到下一位置进行装配，重复上述步骤二、步骤三及步骤四；

步骤六：重复步骤五直至所有工序完成装配，控制伺服电机使得工件转动装夹平台转动到旋转原点，控制步进电机打开右侧夹爪，取下工件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明装置集成了轻轨运输技术和夹持装配转台技术，既能实现多工位不同工序的自动装配，又能满足不同尺寸大小的产品工件的多角度装配，适应性强，市场前景广阔。

2、本发明装置中的各个模块即可以单独使用，也可以组合使用，集成安装了定位传感器实现装配工位的高精度定位，安装了压力传感器、增量式编码器和槽型开关保证产品夹取的安全和装配角度的精准，其灵活扩展性强，安全性高。

3、本发明装置使用了模块化设计，安装灵活、维护简单、使用方便。

4、所述左侧夹爪和右侧夹爪的表面均安装有塑料垫板，防止夹持工件过程中留下夹痕。

附图说明

图1为实施例一中360度转动装配轻轨系统装置的结构示意图。

图2为实施例一中轻轨单元的示意图。

图3为实施例一中移动单元的示意图。

图4为实施例一中移动单元中从动偏心轮/同心轮的横截面示意图。

图5为实施例一中移动单元的后视示意图。

图6为实施例一中360度工件转动单元的前视图。

图7为实施例一中360度工件转动单元的俯视图。

图8为实施例一中的自适应夹爪装置主视图。

图9为实施例一中的自适应夹爪装置仰视图。

图中，

轻轨单元100，轻轨101，电槽102，

移动单元200，小车支架201，关节电机支架202，轻轨轮203，从动偏心轮204，从动同心轮205，铜线圈206，转动轴207，关节电机208，

360度工件转动单元300，左侧夹爪301，伺服电机支架302，主转轴303，主转轴轴承304，主转轴支架305，联轴器306，减速器307，伺服电机308，小车托盘309，塑料垫板310，从转轴轴承311，从转轴312，右侧辅助夹爪313，从转轴支架314，工件转动装夹平台315，步进电机316，联轴器317，螺母318，导轨319，丝杠轴320，轴承座321，加强筋322，右侧夹爪323，底板324，步进电机支架325，

传感单元400，增量式编码器401，压力传感器402，槽型开关403，定位传感器404。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1，一种360度转动装配轻轨系统装置，包括轻轨单元100，移动单元200，360度工件转动单元300和传感单元400。所述的360度工件转动单元300通过螺栓固定安装在移动单元200，移动单元200装配轻轨单元100上，使得360度工件转动单元300装载工件可沿轻轨单元100自由移动。

参见图2，所述的轻轨单元100由轻轨101和电槽102两部分组成；所述的轻轨101横截面呈“工”字形，根据现场环境选择合适长度进行布置，可布置成方形环线或直线形产线；所述的电槽102安装在轻轨101上方中间的方形孔中，电槽102中间为电缆，正常工作中通5A/24V的直流电给移动单元200供电，外部包裹一层塑料和橡胶条，用于绝缘。

参见图1～图5，所述的移动单元200的主体架构为小车支架201和关节电机支架202；小车支架201为铝合金材质，底部安装有四个从动偏心轮204和四个从动同心轮205，204的中心轴线和安装轴孔的中心轴线不重合，从动同心轮204的中心轴线和安装轴孔的中心轴线不重合，从动偏心轮204和从动同心轮205分别布置安装在轻轨101的两侧，通过转动从动偏心轮204安装轴孔线可改变从动偏心轮204和从动同心轮205的间距，保证滚轮与轻轨101的配合尺寸，起导向作用，助实现移动单元200的移动；所述的关节电机支架202为铝合金材质的方形支撑板，侧壁固定在小车支架201上，关节电机208通过法兰盘固定安装在关节电机支架202上，其输出轴穿过关节电机支架202的中心孔，通过联轴器与转动轴207相连接，转动轴207另一端与轻轨轮203的中心孔相配合，轻轨轮203安装在轻轨101上，从而通过关节电机208的转动带动轻轨轮203的转动，实现移动单元200在101自由移动；其中，沿轻轨轮203轮面中间有一凹槽，中间镶嵌有铜线圈206，铜线圈与电槽102的电缆相接触，为移动单元200供电。

参见图1、图6、图7，所述的360度工件转动单元300由两部分集成，其中一部分由伺服电机308驱动实现装夹平台的转动，伺服电机308的电机输出轴装配在减速器307输入孔中，减速器307的输出轴通过联轴器306与主转轴303相连接，主转轴303装配到左侧夹爪301的孔中，左侧夹爪301固定在工件转动装夹平台315一侧；所述的减速器307固定安装在伺服电机支架302上，伺服电机支架302固定安装在小车托盘309上；所述的主转轴303与主转轴轴承304相配合，主转轴轴承304安装在主转轴支架305的轴承孔内，主转轴支架305固定安装在小车托盘309上，伺服电机支架302和主转轴支架305支撑着整个主运动传动链；工件转动装夹平台315另一侧固定安装着右侧辅助夹爪313，右侧辅助夹爪313中的孔与从转轴312一端相配合，从转轴312的另一端与从转轴轴承311相配合，从转轴312安装在从转轴支架314的轴承孔内，从转轴支架314固定安装在小车托盘309上，支撑着从动运动传动链；通过控制伺服电机308的转动带动整个工件转动装夹平台315的转动，实现产品工件的多角度装配。

参见图1、图8、图9，360度工件转动单元300的另一部分由步进电机317驱动实现装夹平台夹爪的开合，步进电机316的输出轴通过联轴器317与丝杠轴320的光轴部分相连接，其中丝杠轴320的光轴穿过轴承座321，丝杠轴320的丝杠部分与螺母318配合成丝杠螺母副，螺母318固定安装在底板324上，底板324两侧安装在导轨319上，可沿导轨做平移运动；所述的步进电机316安装在步进电机支架325上；所述的轴承座321，导轨319和步进电机支架325均固定安装在工件转动装夹平台315上；同时，右侧夹爪323固定安装在底板324，在右侧夹爪323的一侧安装有加强筋322，起着支撑作用；通过控制步进电机316和丝杠螺母副的转动，带动右侧夹爪323平移运动，实现装夹平台夹爪的开合，满足不同尺寸大小产品工件的装夹要求。

参见图2和图7～图8，所述的360度转动装配轻轨系统装置中的传感单元400主要由增量式编码器401，压力传感器402，槽型开关403和定位传感器404组成，其中，增量式编码器401安装在从转轴312的一端，实时检测工件转动装夹平台315的转动角度；压力传感器402安装在右侧夹爪323的塑料垫板310，实时检测夹爪对工件的夹持力；槽型开关403安装在主转轴303，实现对工件转动装夹平台315的旋转原点精准定位；定位传感器404安装在轻轨101指定位置上，引导移动单元200精准地移动到指定的工序装配位置。

本发明的工作原理是：所述的360度转动装配轻轨系统装置集成优化了轻轨运输系统和夹持装配转台，能同时满足不同尺寸大小的产品工件的多角度装配和多工位不同工序的装配需求；同时，在机构上集成安装了编码器401，压力传感器402、槽型开关403和定位传感器404，即保证了移动单元200精准地移动到指定的工序装配单元，又能实时检测工件转动装夹平台315的转动角度和夹爪对工件的夹持力，保证了工件安全有效高质量地完成装配任务。

实施例一所述的一种360度转动装配轻轨系统装置进行工件装配的方法，按如下步骤进行：

步骤一：将工件放置在工件转动装夹平台315上，控制步进电机316电机转动，使得右侧夹爪323去夹持工件，压力传感器402实时检测夹爪对工件的夹持力，并将信号反馈指导右侧夹爪323的夹持运动，直至满足合适大小的夹持力夹持工件的要求；

步骤二：定位传感器404将位置信号发送给360度转动装配轻轨系统装置的电控单元，电控单元控制关节电机208根据所接受的位置信号动作，带动轻轨轮203在轻轨101上精准地移动到指定的工序装配位置；

步骤三：根据槽型开关403的信号，控制伺服电机308转动，使得工件转动装夹平台315调整转动到旋转原点；

步骤四：工件转动装夹平台315根据工序装配需求，控制伺服电机308带动工件转动到指定的角度，动态的辅助完成工件的装配，其中，增量式编码器401实时反馈工件转动装夹平台315的转动角度信息，以保证精准的协同作业；

步骤五：该工序完成装配，移动单元200根据下一组定位传感器404的位置信号移动到下一位置进行装配，重复上述步骤二、步骤三及步骤四；

步骤六：重复步骤五直至所有工序完成装配，控制伺服电机308使得工件转动装夹平台315转动到旋转原点，控制步进电机316打开右侧夹爪323，取下工件。

实施例二：

与实施例一相同，所不同的是驱动装夹平台夹爪开合的驱动机构，所述的驱动机构包括固定于工件转动装夹平台315上的气缸，所述气缸通过其活塞杆与底板324连接。

实施例三：

与实施例一相同，所不同的如何防止夹持工件过程中留下夹痕，具体结构为：在所述左侧夹爪301和右侧夹爪323的表面安装有塑料垫板310，以此来防止夹持工件过程中留下夹痕。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (13)

1.一种360度转动装配轻轨系统装置，其特征在于，包括一组轻轨单元，两组移动单元，一组360度工件转动单元及一组传感单元；

所述轻轨单元由轻轨及其上方的电槽构成，所述电槽内设置有供电的电缆；

所述移动单元包括在轻轨上自由移动的小车支架，所述小车支架上设置有关节电机支架，所述关节电机支架一侧设置有与轻轨滚动配合的轻轨轮，所述轻轨轮由固定于关节电机支架另一侧的关节电机驱动；

所述360度工件转动单元包括装夹平台转动机构及自适应夹爪装置，所述装夹平台转动机构固定于小车支架上的小车托盘，所述小车托盘之间设置有与其转动连接的工件转动装夹平台，所述工件转动装夹平台由固定于一侧小车托盘上的伺服电机驱动；所述自适应夹爪装置包括装夹平台夹爪及驱动其开合的驱动机构；

所述传感单元由检测工件转动装夹平台的转动角度的增量式编码器、检测夹爪对工件的夹持力的压力传感器、对工件转动装夹平台的旋转原点精准定位的槽型开关和安装在轻轨指定位置上的定位传感器组成。

2.根据权利要求1所述的360度转动装配轻轨系统装置，其特征在于，所述小车支架包括小车装夹平台及其下方与轻轨匹配的支脚，所述支脚上设置有多组与轻轨匹配的导向轮，所述导向轮分别布置于轻轨两侧。

3.根据权利要求2所述的360度转动装配轻轨系统装置，其特征在于，所述导向轮包括分别布置安装在轻轨的两侧的从动偏心轮及从动同心轮，从动偏心轮的中心轴线和其安装轴孔的中心轴线不重合，从动同心轮的中心轴线和其安装轴孔的中心轴线重合。

4.根据权利要求1所述的360度转动装配轻轨系统装置，其特征在于，所述关节电机通过法兰盘固定安装在关节电机支架上，其输出轴穿过关节电机支架的中心孔，通过转动轴与轻轨轮的中心孔相配合。

5.根据权利要求1所述的360度转动装配轻轨系统装置，其特征在于，沿轻轨轮轮面中间设置有一凹槽，其中间镶嵌有铜线圈，铜线圈与电槽的电缆相接触，为移动单元供电。

6.根据权利要求3所述的360度转动装配轻轨系统装置，其特征在于，所述装夹平台夹爪包括固定在工件转动装夹平台一侧的左侧夹爪及能够左右移动的右侧夹爪。

7.根据权利要求6所述的360度转动装配轻轨系统装置，其特征在于，所述伺服电机的电机输出轴装配在减速器输入孔中，减速器的输出轴通过联轴器与主转轴相连接，主转轴装配到左侧夹爪的孔中，伺服电机支架和主转轴支架支撑着整个主运动传动链。

8.根据权利要求7所述的360度转动装配轻轨系统装置，其特征在于，所述工件转动装夹平台另一侧固定安装有右侧辅助夹爪，右侧辅助夹爪中的孔与从转轴一端相配合，从转轴的另一端与从转轴轴承相配合，从转轴安装在从转轴支架的轴承孔内，从转轴支架固定安装在该侧的小车托盘上，从转轴支架支撑着从动运动传动链。

9.根据权利要求8所述的360度转动装配轻轨系统装置，其特征在于，所述右侧夹爪固定安装于底板上，所述底板与其下方固定在工件转动装夹平台上的导轨滑动连接，所述底板一侧通过丝杠螺母副与步进电机传动连接，所述步进电机通过步进电机支架固定安装在工件转动装夹平台上。

10.根据权利要求6所述的360度转动装配轻轨系统装置，其特征在于，所述左侧夹爪和右侧夹爪的表面均安装有塑料垫板。

11.根据权利要求10所述的360度转动装配轻轨系统装置，其特征在于，所述增量式编码器安装在从转轴的一端，所述压力传感器安装在右侧夹爪的塑料垫板上，所述槽型开关安装在主转轴上，所述定位传感器安装在轻轨指定位置上。

12.根据权利要求10所述的360度转动装配轻轨系统装置，其特征在于，还包括电控单元，所述电控单元为与移动单元、360度工件转动单元及传感单元电连接的PLC控制器。

13.根据权利要求12所述的一种360度转动装配轻轨系统装置进行工件装配的方法，按如下步骤进行：

步骤一：将工件放置在工件转动装夹平台上，控制步进电机电机转动，使得右侧夹爪动作并与左侧夹爪配合夹持工件，压力传感器实时检测夹爪对工件的夹持力，并将信号反馈指导右侧夹爪的夹持运动，直至满足合适大小的夹持力夹持工件的要求；

步骤二：定位传感器将位置信号发送给360度转动装配轻轨系统装置的电控单元，电控单元控制关节电机根据所接受的位置信号动作，带动轻轨轮在轻轨上精准地移动到指定的工序装配位置；

步骤三：根据槽型开关的信号，控制伺服电机转动，使得工件转动装夹平台调整转动到旋转原点；

步骤四：工件转动装夹平台根据工序装配需求，控制伺服电机带动工件转动到指定的角度，动态的辅助完成工件的装配，其中，增量式编码器实时反馈工件转动装夹平台的转动角度信息，以保证精准的协同作业；

步骤五：该工序完成装配，移动单元根据下一组定位传感器的位置信号移动到下一位置进行装配，重复上述步骤二、步骤三及步骤四；

步骤六：重复步骤五直至所有工序完成装配，控制伺服电机使得工件转动装夹平台转动到旋转原点，控制步进电机打开右侧夹爪，取下工件。

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