CN111015195A - 一种螺母自动装配系统及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种螺母自动装配系统及装配方法，装配系统包括机架和安装于机架上的动力装置、压紧装置、夹紧装置、拧紧装置、视觉检测装置；动力装置上设有装配工位，装配工位处为通孔结构，夹紧装置设于装配工位下方，拧紧装置设于装配工位一侧，压紧装置设于装配工位上方，视觉检测装置设于装配工位上方。装配方法是先由夹紧装置将装配体夹紧固定于装配工位上，视觉检测装置配合外置的机械手将螺母放置于装配体上；压紧装置运动，将螺母压紧在装配体上；随后拧紧装置运动，夹紧螺母，并在动力装置的驱动下，带动螺母旋转，从而完成螺母在装配体上的装配工作。本发明可实现螺母在装配体上的自动、快速、精准装配。

Description

一种螺母自动装配系统及装配方法

技术领域

本发明涉及机械工程装备的自动化装配技术领域，特别涉及一种螺母自动装配系统及装配方法。

背景技术

螺母的装配在机械装备中普遍存在，且数量繁多。目前，常用的旋紧螺母的方法有两大类：第一类是手工旋紧，即操作人员通过扳手等辅助工具进行旋紧，这种方法简单易行，但需要耗费大量的人力和时间，其工作效率和经济效益非常低，影响设备装配效率。第二类是将电机、传动轴、旋螺帽器等组件同轴连接形成旋紧装置，使用时需将该装置与所旋螺母放置在同一轴线上，但该方法应用时，在装置的轴线方向上需要较大的空间，且装置本身较为笨重，所以在轴线方向空间有限的情况下并不适用，且容易发生旋紧过渡而造成螺纹损坏的现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种螺母自动装配系统，该系统的应用可有效克服目前手工装配螺母效率低下的缺点，同时改善同轴装配螺母所需轴向空间大的问题，还能避免自动化装配螺母可能带来的螺纹损伤的问题，在提高装配效率的同时，简化装配系统结构。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述装配系统实现的螺母自动装配方法，该方法可实现螺母在装配体上的自动、快速、精准装配。

本发明的技术方案为：一种螺母自动装配系统，包括机架、动力装置、压紧装置、夹紧装置、拧紧装置和视觉检测装置，动力装置、压紧装置、夹紧装置、拧紧装置和视觉检测装置分别安装于机架上；

动力装置上设有装配工位，装配工位处为通孔结构，夹紧装置设于装配工位下方，拧紧装置设于装配工位一侧，压紧装置设于装配工位上方，视觉检测装置设于装配工位上方。其中，动力装置为压紧装置、夹紧装置、拧紧装置提供相应的动力，使其实现相应的动作；夹紧装置利用其顶舌的开合动作，将装配件夹紧固定于装配工位上；压紧装置利用其压杆的升降运动及旋转运动，将螺母压紧于装配件相应的位置上；拧紧装置利用其U型扳手的开合动作夹紧螺母，并在动力装置的带动下进行旋转，实现将螺母拧紧于装配件上的过程。

所述动力装置包括主动齿轮、从动齿轮和驱动电机，驱动电机的输出端与主动齿轮连接，主动齿轮与从动齿轮啮合连接，从动齿轮的中部设有第一通孔，第一通孔处为装配工位。其中，从动齿轮与装配体同轴设置，从动齿轮除了起到动力传动的作用外，主要还作为装配平台，利用其转动带动拧紧装置及螺母进行转动，实现将螺母拧紧于装配件上。

所述动力装置中，驱动电机为伺服电机，驱动电机的外周设有第一电机固定支架，驱动电机的输出端与主动齿轮之间还设有相连接的联轴器和力矩传感器。其中，力矩传感器可实时向螺母自动装配系统的控制系统反馈装配式产生的力矩，使动力装置依据这些数据实时进行调整和控制，从而准确完成装配。

所述动力装置还包括气动机构，气动机构包括通孔旋转接头、套筒、进气管和出气管，通孔旋转接头中部带有第二通孔，第二通孔位于第一通孔下方，且第二通孔与第一通孔相通，进气管设于通孔旋转接头的外侧，套筒设于通孔旋转接头的外周，出气管设于从动齿轮上。出气管外接下述夹紧机构中的夹紧气缸、压紧机构中的无杆气缸、拧紧装置中的拧紧气缸等，为各气缸的动作提供动力。通孔旋转接头与套筒之间还设有气动旋转滑环，该结构与现有通用的气动机构相同。

所述夹紧装置包括顶舌、装配底座、夹紧气缸、气缸延伸支架、第一气缸固定支架和固定底座，夹紧装置通过固定底座安装于机架上，装配底座位于装配工位处，顶舌的顶端位于装配底座外周，夹紧气缸通过第一气缸固定支架安装于固定底座上，装配底座固定安装于第一气缸固定支架顶部，夹紧气缸的活动端与气缸延伸支架连接，顶舌的下端与气缸延伸支架铰接，第一气缸固定支架上还设有活动支点，顶舌的中部铰接于活动支点处。

所述夹紧装置中，顶舌有两个，对称设于装配底座的两侧；气缸延伸支架呈横杆状，夹紧气缸的输出端与气缸延伸支架的中部固定连接，两个顶舌的下端分别与气缸延伸支架的两端铰接。

夹紧装置利用顶舌的开合动作来实现装配件的夹紧或放松，夹紧气缸带动气缸延伸支架动作，使各顶舌绕其与气缸延伸支架两端的铰接处及第一气缸固定支架上的活动支点摆动，从而实现打开或闭合的动作，但在该过程中，顶舌的上端始终位于上述从动齿轮的第一通孔内。

所述压紧装置包括无杆气缸、第二气缸固定支架、旋转电机、第二电机固定支架、安装支架、压杆、连杆、第一导轨和第一滑块，压紧装置通过安装支架设于机架上，无杆气缸通过第二气缸固定支架固定于安装支架上，无杆气缸的一端与旋转电机连接，旋转电机的输出端通过连杆与压杆连接，旋转电机固定于第二电机固定支架上，第二电机固定支架与第一滑块固定连接，第一导轨设于安装支架上，第一滑块与第一导轨配合相接。

所述压紧装置中，连杆和压杆形成绕旋转电机输出端旋转的L型结构，连杆的一端与旋转电机的输出端连接，连杆的另一端与压杆连接。

为了使压紧装置中压杆所产生的压力与螺母的需求相适应，无杆气缸的一侧还设有压力调节阀，可方便对无杆气缸的压力进行实时调节。

连杆及压杆绕旋转电机输出端旋转时，为了避免其转动幅度过大而发生碰撞现象，在旋转电机输出端一侧的案子支架上还设有缓冲限位件。

压紧装置利用其压杆的升降运动及旋转运动，将螺母压紧于装配件相应的位置上。当螺母放置于装配件上之后，启动旋转电机，使压杆转动至螺母正上方，然后再启动无杆气缸，使旋转电机、第二电机固定支架、连杆和压杆都随着第一滑块的滑动下降至压杆末端压紧于螺母上为止。

所述拧紧装置包括拧紧气缸、第三气缸固定支架、滑块驱动器、第二滑块和U型扳手，装配工位相对的两侧各设有一个U型扳手，各U型扳手分别通过一个第二滑块与滑块驱动器连接，滑动驱动器与拧紧气缸的输出端连接，拧紧气缸通过第三气缸固定支架安装于动力装置上装配工位的一侧。需要拧紧螺母时，拧紧气缸动作后，通过滑块驱动器带动其一端的第二滑块滑动，使相应的U型扳手向另一端的U型扳手靠拢从而夹紧螺母，再利用从动齿轮的转动将螺母拧紧；或者滑块驱动器带动其两端的第二滑块同时向中心滑动，使两个U形扳手靠拢夹紧螺母，再利用从动齿轮的转动将螺母拧紧。其中，滑块驱动器采用市面通用的滑块驱动元件即可。

所述视觉检测装置的主要作用是配合外置的机械手将螺母放置于装配体上，确保螺母放置位置精准。在本申请中，视觉检测装置可采用市面通孔的监控装置，连接螺母自动装配系统外置的控制系统使用即可。

本发明通过上述装配系统实现一种螺母自动装配方法，具体为：先由夹紧装置将装配体夹紧固定于装配工位上，视觉检测装置配合外置的机械手将螺母放置于装配体上；压紧装置运动，将螺母压紧在装配体上；随后拧紧装置运动，夹紧螺母，并在动力装置的驱动下，带动螺母旋转，从而完成螺母在装配体上的装配工作。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本螺母自动装配系统及装配方法实现了全自动装配，无需人工操作，可有效克服目前手工装配螺母效率低下的缺点，实现螺母在装配体上的自动、快速、精准装配，提高工作效率，且避免了操作人员直接接触零件和设备，能够有效保障精密仪器的清洁；同时，改善在轴向布置螺母装配机器需要较大的空间的问题，还能避免自动化装配螺母可能带来的螺纹损伤的问题，在提高装配效率的同时，简化装配系统结构。

本螺母自动装配系统中，动力装置采用力矩传感器和齿轮组传动的结构形式，其运动平稳精确，能够准确完成螺母的装配任务，避免螺纹损伤。

此外，本螺母自动装配系统中的各个气缸均可采用festo 100洁净级气缸，可用于有洁净度限制场合。

附图说明

图1为本螺母自动装配系统的结构示意图。

图2为动力装置的结构示意图。

图3为图2所示动力装置的俯视图。

图4为图3的A-A截面视图。

图5为夹紧装置的结构示意图。

图6为图5所示夹紧装置的平面视图。

图7为压紧装置的结构示意图。

图8为图7所示压紧装置的俯视图。

图9为图8的B方向视图。

图10为拧紧装置的结构示意图。

图11为图10所示拧紧装置的俯视图。

上述各图中，各附图标记所示部件如下：1为机架，2为动力装置，2-1为主动齿轮，2-2为从动齿轮，2-3为驱动电机，2-4为第一通孔，2-5为第一电机固定支架，2-6为联轴器，2-7为力矩传感器，2-8为通孔旋转接头，2-9为套筒，2-10为进气管，2-11为出气管，2-12为第二通孔，3为压紧装置，3-1为无杆气缸，3-2为第二气缸固定支架，3-3为旋转电机，3-4为第二电机固定支架，3-5为安装支架，3-6为压杆，3-7为连杆，3-8为第一导轨，3-9为第一滑块，3-10为缓冲限位件，4为夹紧装置，4-1为顶舌，4-2为装配底座，4-3为夹紧气缸，4-4为气缸延伸支架，4-5为第一气缸固定支架，4-6为固定底座，4-7为活动支点，5为拧紧装置，5-1为拧紧气缸，5-2为第三气缸固定支架，5-3为滑块驱动器，5-4为第二滑块，5-5为U型扳手，6为视觉检测装置。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例一种螺母自动装配系统，如图1所示，主要包括机架1、动力装置2、压紧装置3、夹紧装置4、拧紧装置5和视觉检测装置6，动力装置、压紧装置、夹紧装置、拧紧装置和视觉检测装置分别安装于机架上。其中，动力装置上设有装配工位，装配工位处为通孔结构，夹紧装置设于装配工位下方，拧紧装置设于装配工位一侧，压紧装置设于装配工位上方，视觉检测装置设于装配工位上方。动力装置为压紧装置、夹紧装置、拧紧装置提供相应的动力，使其实现相应的动作；夹紧装置利用其顶舌的开合动作，将装配件夹紧固定于装配工位上；压紧装置利用其压杆的升降运动及旋转运动，将螺母压紧于装配件相应的位置上；拧紧装置利用其U型扳手的开合动作夹紧螺母，并在动力装置的带动下进行旋转，实现将螺母拧紧于装配件上的过程。

各组成机构的具体结构如下：

(1)动力装置

如图2至图4所示，动力装置包括主动齿轮2-1、从动齿轮2-2和驱动电机2-3，驱动电机的输出端与主动齿轮连接，主动齿轮与从动齿轮啮合连接，从动齿轮的中部设有第一通孔2-4，第一通孔处为装配工位。其中，从动齿轮与装配体同轴设置，从动齿轮除了起到动力传动的作用外，主要还作为装配平台，利用其转动带动拧紧装置及螺母进行转动，实现将螺母拧紧于装配件上。该结构中，驱动电机为伺服电机，驱动电机的外周设有第一电机固定支架2-5，驱动电机的输出端与主动齿轮之间还设有相连接的联轴器2-6和力矩传感器2-7。其中，力矩传感器可实时向螺母自动装配系统的控制系统反馈装配式产生的力矩，使动力装置依据这些数据实时进行调整和控制，从而准确完成装配。

动力装置还包括气动机构，气动机构包括通孔旋转接头2-8、套筒2-9、进气管2-10和出气管2-11，通孔旋转接头中部带有第二通孔2-12，第二通孔位于第一通孔下方，且第二通孔与第一通孔相通，进气管设于通孔旋转接头的外侧，套筒设于通孔旋转接头的外周，出气管设于从动齿轮上。出气管外接下述夹紧机构中的夹紧气缸、压紧机构中的无杆气缸、拧紧装置中的拧紧气缸等，为各气缸的动作提供动力。通孔旋转接头与套筒之间还设有气动旋转滑环，该结构与现有通用的气动机构相同。

(2)夹紧装置

如图5或图6所示，夹紧装置包括顶舌4-1、装配底座4-2、夹紧气缸4-3、气缸延伸支架4-4、第一气缸固定支架4-5和固定底座4-6，夹紧装置通过固定底座安装于机架上，装配底座位于装配工位处，顶舌的顶端位于装配底座外周，夹紧气缸通过第一气缸固定支架安装于固定底座上，装配底座固定安装于第一气缸固定支架顶部，夹紧气缸的活动端与气缸延伸支架连接，顶舌的下端与气缸延伸支架铰接，第一气缸固定支架上还设有活动支点4-7，顶舌的中部铰接于活动支点处。

该夹紧装置中，顶舌有两个，对称设于装配底座的两侧；气缸延伸支架呈横杆状，夹紧气缸的输出端与气缸延伸支架的中部固定连接，两个顶舌的下端分别与气缸延伸支架的两端铰接。

夹紧装置利用顶舌的开合动作来实现装配件的夹紧或放松，夹紧气缸带动气缸延伸支架动作，使各顶舌绕其与气缸延伸支架两端的铰接处及第一气缸固定支架上的活动支点摆动，从而实现打开或闭合的动作，但在该过程中，顶舌的上端始终位于上述从动齿轮的第一通孔内。

(3)压紧装置

如图7至图9所示，压紧装置包括无杆气缸3-1、第二气缸固定支架3-2、旋转电机3-3、第二电机固定支架3-4、安装支架3-5、压杆3-6、连杆3-7、第一导轨3-8和第一滑块3-9，压紧装置通过安装支架设于机架上，无杆气缸通过第二气缸固定支架固定于安装支架上，无杆气缸的一端与旋转电机连接，旋转电机的输出端通过连杆与压杆连接，旋转电机固定于第二电机固定支架上，第二电机固定支架与第一滑块固定连接，第一导轨设于安装支架上，第一滑块与第一导轨配合相接。

该压紧装置中，连杆和压杆形成绕旋转电机输出端旋转的L型结构，连杆的一端与旋转电机的输出端连接，连杆的另一端与压杆连接。为了使压紧装置中压杆所产生的压力与螺母的需求相适应，无杆气缸的一侧还设有压力调节阀(图中未示出)，可方便对无杆气缸的压力进行实时调节。

连杆及压杆绕旋转电机输出端旋转时，为了避免其转动幅度过大而发生碰撞现象，在旋转电机输出端一侧的案子支架上还设有缓冲限位件3-10。

压紧装置利用其压杆的升降运动及旋转运动，将螺母压紧于装配件相应的位置上。当螺母放置于装配件上之后，启动旋转电机，使压杆转动至螺母正上方，然后再启动无杆气缸，使旋转电机、第二电机固定支架、连杆和压杆都随着第一滑块的滑动下降至压杆末端压紧于螺母上为止。

(4)拧紧装置

如图10或图11所示，所述拧紧装置包括拧紧气缸5-1、第三气缸固定支架5-2、滑块驱动器5-3、第二滑块5-4和U型扳手5-5，装配工位相对的两侧各设有一个U型扳手，各U型扳手分别通过一个第二滑块与滑块驱动器连接，滑动驱动器与拧紧气缸的输出端连接，拧紧气缸通过第三气缸固定支架安装于动力装置上装配工位的一侧。需要拧紧螺母时，拧紧气缸动作后，通过滑块驱动器带动其一端的第二滑块滑动，使相应的U型扳手向另一端的U型扳手靠拢从而夹紧螺母，再利用从动齿轮的转动将螺母拧紧；或者滑块驱动器带动其两端的第二滑块同时向中心滑动，使两个U形扳手靠拢夹紧螺母，再利用从动齿轮的转动将螺母拧紧。其中，滑块驱动器采用市面通用的滑块驱动元件即可，其驱动原理也与现有滑块驱动元件相同。

(5)视觉检测装置

如图1所示，视觉检测装置的主要作用是配合外置的机械手将螺母放置于装配体上，确保螺母放置位置精准。在本实施例中，视觉检测装置可采用市面通孔的监控装置，连接螺母自动装配系统外置的控制系统使用即可。

本实施例通过上述装配系统可实现一种螺母自动装配方法，具体为：先由夹紧装置将装配体夹紧固定于装配工位上，视觉检测装置配合外置的机械手将螺母放置于装配体上；压紧装置运动，将螺母压紧在装配体上；随后拧紧装置运动，夹紧螺母，并在动力装置的驱动下，带动螺母旋转，从而完成螺母在装配体上的装配工作。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种螺母自动装配系统，其特征在于，包括机架、动力装置、压紧装置、夹紧装置、拧紧装置和视觉检测装置，动力装置、压紧装置、夹紧装置、拧紧装置和视觉检测装置分别安装于机架上；

动力装置上设有装配工位，装配工位处为通孔结构，夹紧装置设于装配工位下方，拧紧装置设于装配工位一侧，压紧装置设于装配工位上方，视觉检测装置设于装配工位上方。

2.根据权利要求1所述一种螺母自动装配系统，其特征在于，所述动力装置包括主动齿轮、从动齿轮和驱动电机，驱动电机的输出端与主动齿轮连接，主动齿轮与从动齿轮啮合连接，从动齿轮的中部设有第一通孔，第一通孔处为装配工位。

3.根据权利要求2所述一种螺母自动装配系统，其特征在于，所述动力装置中，驱动电机为伺服电机，驱动电机的外周设有第一电机固定支架，驱动电机的输出端与主动齿轮之间还设有相连接的联轴器和力矩传感器。

4.根据权利要求2所述一种螺母自动装配系统，其特征在于，所述动力装置还包括气动机构，气动机构包括通孔旋转接头、套筒、进气管和出气管，通孔旋转接头中部带有第二通孔，第二通孔位于第一通孔下方，且第二通孔与第一通孔相通，进气管设于通孔旋转接头的外侧，套筒设于通孔旋转接头的外周，出气管设于从动齿轮上。

5.根据权利要求1所述一种螺母自动装配系统，其特征在于，所述夹紧装置包括顶舌、装配底座、夹紧气缸、气缸延伸支架、第一气缸固定支架和固定底座，夹紧装置通过固定底座安装于机架上，装配底座位于装配工位处，顶舌的顶端位于装配底座外周，夹紧气缸通过第一气缸固定支架安装于固定底座上，装配底座固定安装于第一气缸固定支架顶部，夹紧气缸的活动端与气缸延伸支架连接，顶舌的下端与气缸延伸支架铰接，第一气缸固定支架上还设有活动支点，顶舌的中部铰接于活动支点处。

6.根据权利要求5所述一种螺母自动装配系统，其特征在于，所述夹紧装置中，顶舌有两个，对称设于装配底座的两侧；气缸延伸支架呈横杆状，夹紧气缸的输出端与气缸延伸支架的中部固定连接，两个顶舌的下端分别与气缸延伸支架的两端铰接。

7.根据权利要求1所述一种螺母自动装配系统，其特征在于，所述压紧装置包括无杆气缸、第二气缸固定支架、旋转电机、第二电机固定支架、安装支架、压杆、连杆、第一导轨和第一滑块，压紧装置通过安装支架设于机架上，无杆气缸通过第二气缸固定支架固定于安装支架上，无杆气缸的一端与旋转电机连接，旋转电机的输出端通过连杆与压杆连接，旋转电机固定于第二电机固定支架上，第二电机固定支架与第一滑块固定连接，第一导轨设于安装支架上，第一滑块与第一导轨配合相接。

8.根据权利要求7所述一种螺母自动装配系统，其特征在于，所述压紧装置中，连杆和压杆形成绕旋转电机输出端旋转的L型结构，连杆的一端与旋转电机的输出端连接，连杆的另一端与压杆连接。

9.根据权利要求1所述一种螺母自动装配系统，其特征在于，所述拧紧装置包括拧紧气缸、第三气缸固定支架、滑块驱动器、第二滑块和U型扳手，装配工位相对的两侧各设有一个U型扳手，各U型扳手分别通过一个第二滑块与滑块驱动器连接，滑动驱动器与拧紧气缸的输出端连接，拧紧气缸通过第三气缸固定支架安装于动力装置上装配工位的一侧。

10.根据权利要求1～9任一项所述装配系统实现一种螺母自动装配方法，其特征在于，先由夹紧装置将装配体夹紧固定于装配工位上，视觉检测装置配合外置的机械手将螺母放置于装配体上；压紧装置运动，将螺母压紧在装配体上；随后拧紧装置运动，夹紧螺母，并在动力装置的驱动下，带动螺母旋转，从而完成螺母在装配体上的装配工作。

Images