CN110238633B - 一种面向柔性制造的新型自动锁螺丝机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向柔性制造的新型自动锁螺丝机，包括支架，所述支架上设置有锁付平台；图像采集区，所述图像采集区设置于所述锁付平台之上；锁付工作区，所述锁付工作区设置于螺丝供料区一侧，包括用于螺丝锁付的锁付机构和带动所述锁付机构的机械臂；中央控制区，包括设置于所述锁付平台底部的处理器。通过在图像采集区对产品进行图像采集和螺孔识别，采集到的信息传入处理器进行分析，得到的结果传入锁付工作区协助机械臂带动锁付机构完成对螺丝的锁付，全程自动化，代替人工锁付，提高了锁付的效率，而且图像识别区可识别多种产品的待锁付螺孔，对应不同产品规划锁付路径，一台螺丝机可加工多种产品，灵活度极高，节省成本。

Description

一种面向柔性制造的新型自动锁螺丝机

技术领域

本发明涉及螺丝机领域，特别是一种面向柔性制造的新型自动锁螺丝机。

背景技术

目前许多家电产品的外壳等配件的螺丝装配都是采用人工锁付的方式，这是因为家电产品的外壳等配件大多都是塑料，而注塑机注塑出来的产品，因为成品顶出时太热、塑料温度太低、厚度不匀或产品的形状特别等原因，导致注塑之后的产品在冷却过程中会产生不确定的变形，从而使得螺丝孔在产品上的位置发生无法准确预测的偏移，对螺丝机打钉时定位影响很大，那么在生产时，螺丝机设置的打钉位置就无法对准塑料零件实际的螺丝孔，造成机器无法完成预定的打钉工作。这一情况使得目前对于这种配件一般只能采取人工锁付的方式，但是人工锁付不仅效率低，而且长期劳动会使工人的效率下降，强度大的话还可能会让工人感到疲劳或者不适等，阻碍企业的发展。

另一方面，市场上流通的自动锁螺丝机存在一定局限，只能锁付形状规则的产品，对于一些球体等不规则产品，容错率非常低；目前的自动锁螺丝机只能适应单种产品，工业效率与收益较低；大部分螺丝机只能锁付形状规则的产品，对于形状不规则的产品，容错率比较低；目前市面上的螺丝机对螺丝锁付的扭力做不到很好的控制，达不到部分产品中人工锁付的质量。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种面向柔性制造的新型自动锁螺丝机，可加工多种产品，灵活度极高，节省成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种面向柔性制造的新型自动锁螺丝机，包括支架，所述支架上设置有锁付平台；图像采集区，所述图像采集区设置于所述锁付平台之上；螺丝供料区，所述螺丝供料区设置于图像采集区一侧，用于储存待锁付螺丝；锁付工作区，所述锁付工作区设置于螺丝供料区一侧，包括用于螺丝锁付的锁付机构和带动所述锁付机构的机械臂；中央控制区，包括设置于所述锁付平台底部的处理器，所述处理器连接所述图像采集区和所述锁付工作区。

作为上述技术方案的改进，所述图像采集区包括采集平台，所述采集平台四周设置有固定支架，所述固定支架上设置摄像头组件，所述摄像头组件包括垂直面向采集平台的垂直摄像头和倾斜面对采集平台的倾斜摄像头，所述摄像头组件连接所述处理器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述固定支架上设置有滑道，所述滑道中设置有滑块，所述摄像头组件固定于所述滑块上。

进一步，所述锁付机构包括垂直固定板和设置于所述垂直固定板顶部的水平固定板，所述水平固定板顶部设置有连接所述机械臂的主轴，所述水平固定板底部固定有电螺丝批组件，所述垂直固定板相对于电螺丝批组件另一侧固定有气爪组件。

进一步，所述电螺丝批组件包括用于锁付螺丝的电螺丝批和用于驱动所述电螺丝批的电机，所述气爪组件包括用于夹持螺丝的气爪和用于驱动所述气爪的气缸。

进一步，所述电螺丝批的输出端设置有传感器组件，所述传感器组件输出端连接处理器，所述传感器组件包括力矩传感器和转速传感器。

进一步，所述机械臂包括机座，所述机座上通过第一转轴连接有第一伸展臂，所述第一伸展臂末端通过第二转轴连接有第二伸展臂，所述第二伸展臂底部连接有用于螺丝锁付的电螺丝批模组，所述机座内设置有驱动所述第一转轴和第二转轴的第一驱动装置。

进一步，所述第二伸展臂上设置有固定座，所述固定座内设置有连接所述电螺丝批模组的丝杠，所述丝杠在第二驱动装置的驱动下可上下移动。

进一步，所述中央控制区还包括设置于锁付平台之上的触控显示屏，所述触控显示屏连接所述处理器。

进一步，所述图像采集区和锁付工作区之间设置有用于运送产品的滑轨。

本发明中一个或多个技术方案至少具有以下有益效果：本发明的其中一个技术方案在通过在图像采集区对产品进行图像采集和螺孔识别，采集到的信息传入处理器进行分析，得到的结果传入锁付工作区协助机械臂带动锁付机构完成对螺丝的锁付，全程自动化，代替人工锁付，提高了锁付的效率，而且图像识别区可识别多种产品的待锁付螺孔，对应不同产品规划锁付路径，一台螺丝机可加工多种产品，灵活度极高，节省成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例中图像采集区的结构示意图；

图3是本发明实施例中锁付机构的结构示意图；

图4是本发明实施例中机械臂的结构示意图；

图5是本发明实施例中固定座的内部结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。

参照图1，本发明的一种面向柔性制造的新型自动锁螺丝机，包括支架100，所述支架100上设置有锁付平台110；图像采集区200，所述图像采集区200设置于所述锁付平台110之上；螺丝供料区300，所述螺丝供料区300设置于图像采集区200一侧，用于储存待锁付螺丝；锁付工作区400，所述锁付工作区400设置于螺丝供料区300一侧，包括用于螺丝锁付的锁付机构410和带动所述锁付机构410的机械臂420；中央控制区，包括设置于所述锁付平台110底部的处理器510，所述处理器510连接所述图像采集区200和所述锁付工作区400。工作时，图像采集区200对产品进行图像采集和螺孔识别，采集到的信息传入处理器510进行分析，采用三维重构标定螺孔位置，采用蚁群算法规划锁付路线，得到的结果传入锁付工作区400协助机械臂420带动锁付机构410完成对螺丝的锁付，全程自动化，代替人工锁付，提高了锁付的效率，而且图像识别区可识别多种产品的待锁付螺孔，对应不同产品规划锁付路径，一台螺丝机可加工多种产品，灵活度极高，节省成本。

对产品进行图像采集，还可以对图像中的物体进行数据的归一化处理后，传入设计的深度学习模型，进行物体目标的位置识别，在初步滤除掉无关信息和背景信息后，对保留的图像信息进一步处理，将深度学习运用到螺丝机中，只要收集可以快速完成产品的识别，提高工作效率

作为上述技术方案的改进，所述图像采集区200包括采集平台210，所述采集平台210四周设置有固定支架220，所述固定支架220上设置摄像头组件230，所述摄像头组件230包括垂直面向采集平台210的垂直摄像头231和倾斜面对采集平台210的倾斜摄像头232，所述摄像头组件230连接所述处理器510。在工作中，抽样单个产品，将其放置于采集平台210上，通过摄像头的拍摄，进行产品多个角度的图像数据采集，并可以进行多次采集并覆盖。拍摄得到的数据传输至处理器510中，通过三维重构技术对螺丝孔坐标进行定位。在充分采集待锁付产品的图像数据和标定坐标系以后，能够通过点源滤析确定产品的立体平面中螺丝孔的作为坐标位置。这一装置机构简单，对硬件和识别环境要求较低，而且对不规则产品的识别结果较好。采用摄像头组件230进行不同角度的拍摄，进而获得多个不同角度的二维图像。由该物体的同一个点拍摄到多幅不同角度的二维图像，在处理器510中经过图像预处理，特征选取及立体投影成像把图像拆分成多个点源，多个点源在线性方程规划下进行重新组合排列，从而实现物体的三维重构；再通过特征匹配和相机标定等处理，利用视差计算出该点的三维位置，和得到螺丝孔的位置坐标。

作为上述技术方案的进一步改进，所述固定支架220上设置有滑道221，所述滑道221中设置有滑块222，所述摄像头组件230固定于所述滑块222上。将摄像头组件230通过滑块222固定于固定支架220上，可随时调整摄像头的位置，便于完成对不规则产品所有平面的覆盖，使装置整体更为灵活；同时也可减少一定数量的摄像机，节省成本。

进一步，所述锁付机构410包括垂直固定板411和设置于所述垂直固定板411顶部的水平固定板412，所述水平固定板412顶部设置有连接所述机械臂420的主轴413，所述水平固定板412底部固定有电螺丝批组件，所述垂直固定板411相对于电螺丝批组件另一侧固定有气爪组件。工作时，主动带动整个机构移动至取螺丝区，气爪组件完成螺丝的抓取，然后主轴413将整个机构移动至锁付区，气爪组件先将螺丝放入螺孔中，然后电螺丝批组件完成螺丝的锁付，依此循环。由于气爪和电螺丝批分别分布在垂直固定板411两侧，在螺丝机的运作过程中，可以实现抓取、锁付动作一体连续操作，占用空间小，机构简单，减少了成本。

进一步，所述电螺丝批组件包括用于锁付螺丝的电螺丝批414和用于驱动所述电螺丝批414的电机415，所述气爪组件包括用于夹持螺丝的气爪416和用于驱动所述气爪416的气缸417。电机415可驱动电螺丝批414完成锁付，气缸417驱动气爪416进行螺丝的夹取，而且将气缸417与气爪416集成与垂直固定板411一侧，将电机415与电螺丝批414集成与垂直固定板411另一侧，减少了空间的占用，节省了空间成本。

进一步，所述电螺丝批414的输出端设置有传感器组件418，所述传感器组件418输出端连接处理器510，所述传感器组件418包括力矩传感器和转速传感器。把锁付螺丝批与传感器组件418相结合，组成一个扭力反馈装置。螺丝在锁付过程中，以螺丝批作为物理感知体，物理信息变化会引起通过扭力反馈装置反馈的脉冲，实时感知螺丝锁付中所受力矩大小。通过其变化的幅度和大小，中央控制系统会让螺丝批依次对扭力和转速进行相应的适应变化，以追求最优的锁付效果，避免滑钉、爆钉现象。

进一步，所述机械臂420包括机座421，所述机座421上通过第一转轴422连接有第一伸展臂423，所述第一伸展臂423末端通过第二转轴424连接有第二伸展臂425，所述第二伸展臂425底部连接有用于螺丝锁付的电螺丝批414，所述机座421内设置有驱动所述第一转轴422和第二转轴424的第一驱动装置。工作时，第一驱动装置驱动第一伸展臂423，第二驱动装置驱动第二伸展臂425，使固定于第二伸展臂425上的电螺丝批414可以较快地到达最远距离内的所有位置，完成螺孔的锁付。采用了双伸展臂结构后，整个装置结构紧凑，动作灵活，运动速度和位置精度都较高，特别适合不规则产品的螺孔锁付。它的使用大大提高了整个装置对复杂装配任务的适应性，同时也降低了加工时间，提高了工作空间和时间的利用率。

进一步，所述第二伸展臂425上设置有固定座426，所述固定座426内设置有连接所述电螺丝批414的丝杠427，所述丝杠427在第二驱动装置的驱动下可上下移动。设置丝杠427后，连接于丝杠427上的电螺丝批414可在丝杠427的作用下上下移动，完成在垂直方向上的位移，这一设计使整个装置更为灵活，只需丝杠427动作即完成垂直动作，结构简单，节省了成本。

进一步，所述中央控制区还包括设置于锁付平台110之上的触控显示屏，所述触控显示屏连接所述处理器510，设置可方便操作者对装置进行操控并对标定结果锁付力矩等数据进行观察。

进一步，所述图像采集区200和锁付工作区400之间设置有用于运送产品的滑轨240，方便产品在图像采集区200和锁付工作区400间的运输，节省人力。

以上具体结构和尺寸数据是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种面向柔性制造的新型自动锁螺丝机，其特征在于：包括

支架，所述支架上设置有锁付平台；

图像采集区，所述图像采集区设置于所述锁付平台之上，所述图像采集区包括采集平台，所述采集平台四周设置有固定支架，所述固定支架上设置摄像头组件，所述摄像头组件包括垂直面向采集平台的垂直摄像头和倾斜面对采集平台的倾斜摄像头，所述固定支架上设置有滑道，所述滑道中设置有滑块，所述摄像头组件固定于所述滑块上；

螺丝供料区，所述螺丝供料区设置于图像采集区一侧，用于储存待锁付螺丝；

锁付工作区，所述锁付工作区设置于螺丝供料区一侧，包括用于螺丝锁付的锁付机构和带动所述锁付机构的机械臂；

中央控制区，包括设置于所述锁付平台底部的处理器，所述处理器连接所述图像采集区和所述锁付工作区，所述摄像头组件通信连接所述处理器。

2.根据权利要求1所述的面向柔性制造的新型自动锁螺丝机，其特征在于：所述锁付机构包括垂直固定板和设置于所述垂直固定板顶部的水平固定板，所述水平固定板顶部设置有连接所述机械臂的主轴，所述水平固定板底部固定有电螺丝批组件，所述垂直固定板相对于所述电螺丝批组件另一侧固定有气爪组件。

3.根据权利要求2所述的面向柔性制造的新型自动锁螺丝机，其特征在于：所述电螺丝批组件包括用于锁付螺丝的电螺丝批和用于驱动所述电螺丝批的电机，所述气爪组件包括用于夹持螺丝的气爪和用于驱动所述气爪的气缸。

4.根据权利要求2所述的面向柔性制造的新型自动锁螺丝机，其特征在于：所述电螺丝批的输出端设置有传感器组件，所述传感器组件输出端连接处理器，所述传感器组件包括力矩传感器和转速传感器。

5.根据权利要求1所述的面向柔性制造的新型自动锁螺丝机，其特征在于：所述机械臂包括机座，所述机座上通过第一转轴连接有第一伸展臂，所述第一伸展臂末端通过第二转轴连接有第二伸展臂，所述第二伸展臂底部连接有用于螺丝锁付的电螺丝批模组，所述机座内设置有驱动所述第一转轴和所述第二转轴的第一驱动装置。

6.根据权利要求5所述的面向柔性制造的新型自动锁螺丝机，其特征在于：所述第二伸展臂上设置有固定座，所述固定座内设置有连接所述电螺丝批模组的丝杠，所述丝杠在第二驱动装置的驱动下可上下移动。

7.根据权利要求1所述的面向柔性制造的新型自动锁螺丝机，其特征在于：所述中央控制区还包括设置于所述锁付平台之上的触控显示屏，所述触控显示屏连接所述处理器。

8.根据权利要求1所述的面向柔性制造的新型自动锁螺丝机，其特征在于：所述图像采集区和所述锁付工作区之间设置有用于运送产品的滑轨。

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