CN111890038B - 一种用于前盖的自动装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于前盖的自动装配方法，包括装配系统，装配系统包括预定位模块、图像采集模块、预拧装置以及控制器，预拧装置设置有套筒和第一电机，方法包括如下步骤：利用图像采集模块采集预定位置处轮对轴端的图像，控制器根据所述图像计算出轮对轴端各螺纹孔的方位数据一及轮对中心轴线的高度数据；利用图像采集模块采集水平放置于预定位模块处的前盖组件的图像，并根据所述图像计算出前盖组件中各螺栓的方位数据二；控制器根据所述方位数据一和方位数据二控制放置于预定位模块的前盖组件转动，使前盖组件转动到与轮对轴端各螺纹孔相匹配的位置处；控制器根据方位数据一控制各套筒转动，使各套筒转动到与各螺纹孔相匹配的位置处。

Description

一种用于前盖的自动装配方法

技术领域

本发明涉及自动装配技术领域，具体涉及一种用于前盖的自动装配方法。

背景技术

轮对是机车上与钢轨相接触的重要部件，现有技术中，轮对通常需要与轴箱装置(简称轴箱)配合进行安装，因为轴箱装置是套在轴颈上联结轮对和转向架或二轴车车体的部件，主要用于把车体重量和载荷传递给轮对，润滑轴颈，降低运行阻力；现有的轴箱装置通常包括前盖组件，所述前盖组件包括前盖(或称为端盖、压板)、铭牌、止动片以及若干螺栓，前盖、铭牌以及止动片上对应位置处分别设置有通孔，所述螺栓分别套设于所述通孔内，如附图1所示；轮对的轴端相应地设置有螺纹孔(数目通常为三个或大于三个，且各螺纹孔分别沿一基圆的圆周方向均匀设置，相应的，前盖上各通孔也分别沿一基圆的圆周方向均匀设置，且所述两个基圆的直径相同)，所述螺栓分别套设于所述通孔中，并用于连接轮对轴端的螺纹孔。

传统工艺通常是采用人工手动将前盖组件中的螺栓对应的拧入螺纹孔中，从而实现对前盖组件中螺栓的预拧紧，以便完成前盖组件与轮对的装配；然而，采用人工手动方式装配前盖组件及预拧紧螺栓，存在装配效率低、人工成本高、装配精度低等问题；虽然，随着技术的发展，使得自动化装配系统在工业中得到了广泛的应用，但在轮对轴端前盖组件自动装配领域还未实现装配的自动化，究其原因在于，一方面，前盖组件中的螺栓数目较多，装配难度大，另一方面，轮对的停留方位与轮对轴端各螺纹孔的方位直接相关，当轮对的停留方位不同时，各螺纹孔的方位也会随之改变，从而会导致预定的前盖组件中的各螺栓不能与轮对轴端的各螺纹孔相对应，不仅会大大增加装配的难度，甚至会导致装配失效；从而使得现有的自动化装配系统在轮对轴端前盖组件的装配过程中得不到应用，亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种适用于整体装配前盖、铭牌、止动片以及螺栓的自动装配方法，可以解决轮对前盖组件的装配及螺栓的预拧紧工作，不仅装配效率高，而且人工成本低，可以有效解决现有的技术问题。

本发明所采用的技术方案：

为解决前盖组件装配过程中，轮对的停留方位会严重影响影响前盖组件中各螺栓与轮对轴端各螺纹孔的对应关系，导致装配失效的问题，提供了一种用于前盖的自动装配方法，包括装配系统，所述装配系统包括预定位模块、图像采集模块、预拧装置以及控制器，所述预拧装置设置有用于驱动前盖组件中各螺栓转动的套筒及用于驱动套筒转动的第一电机，各套筒沿同一圆的圆周方向均匀分布，所述控制器分别与所述预定位模块、第一电机及图像采集模块相连，所述方法包括如下步骤：

步骤一、利用图像采集模块采集预定位置处轮对轴端的图像，控制器根据所述图像计算出轮对轴端各螺纹孔的方位数据一及轮对中心轴线的高度数据；

利用图像采集模块采集水平放置于预定位模块处的前盖组件的图像，并根据所述图像计算出前盖组件中各螺栓的方位数据二；

步骤二、控制器根据所述方位数据一和方位数据二控制放置于预定位模块的前盖组件转动，以调节前盖组件的方位，并使前盖组件转动到与轮对轴端各螺纹孔相匹配的位置处；

控制器根据所述方位数据一控制各套筒沿所述圆的圆周方向转动，以调节各套筒的方位，并使各套筒转动到与轮对轴端各螺纹孔相匹配的位置处。在本方案中，通过设置图像采集模块可以分别采集后端轮对停留处，轮对轴端螺纹孔的实际方位，以及前端前盖组件组装位置处，前盖组件中螺栓的实际方位，控制器可以根据所述两个方位数据计算出前盖组件应该转动的角度，并可以通过预定位模块驱动前盖组件转动所述角度，此时，前端的前盖组件可以与后端的轮对轴端螺纹孔建立起对应关系，使得前盖组件在后续通过设定的方位变换后，其上的各螺栓可以准确无误的对准轮对轴端的各螺纹孔；同时，控制器可以同步调节各套筒的方位，各套筒也与后端的轮对轴端螺纹孔建立起对应关系，从而使得前盖组件、套筒以及螺纹孔具有确定的位置关系，以便后续通过三者的配合进行自动装配，从而可以有效解决前盖组件装配过程中，轮对的停留方位会严重影响影响前盖组件中各螺栓与轮对轴端各螺纹孔的对应关系，导致装配失效的问题，有利于高效、精确的完成前盖组件的自动装配任务。

为解决前盖组件的自动装配问题，进一步的，所述装配系统还包括预拧平台、翻转装置及用于转移前盖组件的转移模块，所述预拧装置和翻转装置分别设置于所述预拧平台，且各套筒分别设置有与螺栓的头部相适配的扭转部，用于驱动螺栓转动，所述翻转装置和转移模块分别与控制器相连；

所述方法还包括，

步骤三、控制器控制所述转移模块将放置于预定位模块的前盖组件抓取到所述翻转装置处，并利用翻转装置夹紧前盖组件；

步骤四、控制器控制所述翻转装置将前盖组件沿竖直方向翻转90度，使前盖组件的中心轴线与预拧装置中各套筒所在圆的中心轴线共线，并使各套筒分别与各螺栓的头部配合在一起；

步骤五、控制器根据所述高度数据调节所述预拧平台的高度，和/或调节所述预拧平台的位置，以使前盖组件中的各螺栓分别对准轮对的各螺纹孔。在本方案中，设置翻转装置的目的是按预定的轨迹变换前盖组件的方位，使得前盖组件中的各螺栓可以与预拧装置中的各套筒一一对准，以便利用套筒驱动螺栓转动，而当套筒与螺栓对齐后，通过预拧平台整体调节预拧装置和翻转装置的位置，使得套筒、螺栓以及螺纹孔可以相互对准，而套筒可以通过扭转部驱动螺栓转动，使得螺栓可以拧入对应的螺纹孔中，从而解决前盖组件的自动装配问题。

为提高装配效率，进一步的，将所述翻转装置设置于所述预拧装置的一侧，使得在步骤四中，当翻转装置在控制器的控制下翻转到竖直方位时，前盖组件的中心轴线与各套筒所在圆的中心轴线共线。即，当前盖组件在翻转装置的带动下从水平方位翻转到竖直方位时，前盖组件的中心轴线刚好可以与各套筒所在圆的中心轴线共线，从而使得各套筒正好分别对应各螺栓，以便二者相互配合，而无需再调节前盖组件的方位以进行套筒与螺栓的对齐工作，非常的方便、高效，可以有效提高装配效率。

为解决套筒的方位与轮对轴端各螺纹孔的方位一致(对齐)问题，优选的，所述步骤二中，调节各套筒方位的方法是，

所述预拧装置还包括安装架和第二电机，所述安装架通过安装轴活动安装于所述预拧平台，各套筒分别安装于用于传动的转轴，所述转轴设置于安装架并与所述第一电机相连，并使得各套筒沿安装轴的中心轴线的圆周方向均匀分布，且使得各套筒所在圆的半径等于前盖组件中各螺栓所在基圆的半径；

所述控制器与所述第二电机相连，控制器根据所述方位数据一控制安装架转动，以使各套筒的方位分别与轮对轴端各螺纹孔的方位一致。在本方案中，通过将各套筒安装于一可以在电机的驱动下转动的安装架，并使得各套筒沿安装架的转动中心的圆周方向均匀分布，且使得各套筒所在圆的半径等于前盖组件中各螺栓所在基圆的半径，从而可以利用电机驱动安装架转动，以便有效调节安装架上各套筒的方位，从而有效解决套筒的方位与轮对轴端各螺纹孔的方位一致问题，以便后续实现套筒、螺栓以及螺纹孔三者的对准。

为解决各套筒中扭转部的方位与各螺栓头部的方位一致的问题，进一步的，所述步骤四中，使各套筒分别与各螺栓的头部配合在一起的方法是，

将套筒活动安装于所述转轴，并在套筒与转轴之间设置弹簧，使套筒具有沿转轴的中心轴线方向移动的自由度；

当翻转装置在控制器的控制下翻转到竖直方位时，使得套筒的端部与螺栓的头部相接触，并使二者之间产生所设定的压力，且弹簧处于压缩状态；

然后利用第一电机驱动各套筒绕各自的中心轴线相对于螺栓转动。本方案中，通过在套筒与转轴之间设置弹簧，且使套筒具有沿转轴的中心轴线方向移动的自由度，当套筒的端部与螺栓的头部相接触并产生所设定的压力时，弹簧必然处于压缩状态，具有使套筒与转轴相互分离的弹力；由于套筒与螺栓处于对准状态，利用第一电机驱动各套筒绕各自的中心轴线转动，可以使得套筒相对于螺栓的头部转动，从而不断改变套筒中扭转部的方位，而当套筒中扭转部的方位与螺栓头部的方位一致时，在弹簧的弹力作用下，套筒可以相对于转轴移动，并自动卡入螺栓的头部，从而有效解决各套筒中的扭转部与各螺栓的头部相互配合问题，以便套筒所传递的扭矩可以通过扭转部传递给螺栓的头部，从而带动螺栓转动。

为解决预定位模块中前盖组件的定位、方位调节问题，优选的，所述预定位模块包括工装台、用于放置前盖的支撑台和用于驱动所述支撑台转动的第三电机，所述第三电机与所述控制器相连，所述支撑台活动安装于所述工装台，且支撑台的上部设置有若干定位孔，所述定位孔分别沿支撑台中心轴线的圆周方向均匀分布，用于容纳和定位前盖组件中的螺栓。在本方案中，前盖组件中的前盖可以放置于支撑台，而前盖组件中的铭牌和止动片可以依次放置于前盖的上方，而螺栓可以从上方装入前盖的通孔中，并插入下方的定位孔中，既可以完成前盖组件的组装，又可以利用螺栓与定位孔的配合约束前盖组件，达到准确定位前盖组件的目的，以便利用第三电机驱动支撑台与前盖组件同步转动，从而精确调整前盖组件的方位。

为解决前盖组件的转移问题，优选的，所述转移模块包括机械手和设置于机械手的夹具，所述机械手和夹具分别与所述控制器相连，夹具用于在控制器的控制下张开/闭合，以释放前盖或夹持前盖。由于在预定位模块中，前盖组件处于水平放置状态，通过设置夹具夹持前盖即可实现整个前盖组件的转移，非常的方便，而通过设置机械手，使得夹具具有足够的空间自由度，以便顺利的将前盖组件从预定位模块转移到翻转装置处。

为解决前盖组件的翻转调节问题，优选的，所述翻转装置包括用于夹持前盖中前盖的夹持部、用于驱动夹持部翻转的翻转部、连接架以及第四电机，

所述翻转部活动安装于所述连接架，所述夹持部固定于所述翻转部，所述第四电机和夹持部分别与控制器相连，

夹持部用于在控制器的控制下张开/夹闭，

第四电机固定于连接架，用于在控制器的控制下的驱动翻转部相对于所述连接架转动，以驱动夹持部从水平位置翻转到竖直位置。在前盖组件的装配过程中，当前盖组件从上一工位转移到本翻转装置处时，夹持部可以在控制器的控制下实现对前盖组件的夹持，然后在控制器的作用下，可以控制翻转部翻转所设定的角度，从而同步带动夹持部及夹持于夹持部的前盖组件翻转所设定的角度，从而达到准确、高效的调整前盖组件方位的目的。

为解决螺栓与套筒发生刚性碰撞的问题，进一步的，所述翻转部包括翻转轴，所述翻转轴通过轴承座固定于所述连接架，所述夹持部安装于所述翻转轴，所述第四电机通过第一带传动机构与所述翻转轴相连，用于驱动翻转轴转动。在本方案中，利用第一带传动机构进行传动，不仅可以传递动力，而且可以实现柔性传动，即，当前盖组件在第四电机的驱动下翻转到既定方位之前(如竖直方位)时，前盖组件中螺栓的头部就会与套筒开始接触，随着翻转轴的继续转动，螺栓与套筒之间的挤压力逐渐增加，但当所述挤压力达到所设定的安全数值时，所述传动机构中的传动带可以打滑，既可以维持螺栓的头部压紧套筒，又可以确保螺栓与套筒之间的挤压力保持不变，且该挤压力可以设计为小于破坏螺栓所需的力，从而可以有效保护螺栓，避免损坏螺栓表面的保护层，还可以有效防止烧电机，达到保护电机的目的。

为提高装配效率，优选的，所述预拧装置还包括第二带传动机构，所述第二带传动机构包括设置于各转轴的从动带轮、与所述第一电机相连的主动带轮、传动带以及张紧机构，所述主动带轮通过所述传动带与各从动带轮相连，且各从动带轮分别位于所述传动带的内侧，传动带通过张紧机构张紧；

和/或，还包括齿轮传动机构，所述齿轮传动机构包括设置于各转轴的从动齿轮、与各从动齿轮啮合的主动齿轮，所述第一电机用于驱动所述主动齿轮转动。在本方案中，通过设置带传动机构或齿轮传动机构均可以驱动各转轴的同步转动，从而到达同步预紧各螺栓的目的。

为便于与螺栓的头部相适配，优选的，所述扭转部为与所述螺栓的头部相适配的六角孔、十二角孔、六棱柱、十二棱柱、一字型凸起或十字形凸起。以便适配不同型号的螺栓，通用性更好。

为解决转轴与套筒之间的扭力传递问题，进一步的，所述套筒的一端设置有导向通道，所述转轴的一端设置于所述导向通道内，并与所述套筒构成移动副，所述弹簧设置于所述导向通道内，并分别与转轴及套筒相连；

所述导向通道内还设置有若干导向槽，所述转轴的外侧设置有与所述导向槽相适配的导向键。通过导向槽与导向键的配合，不仅使得套筒可以相对于转轴移动，而且使得套筒可以与转轴同步转动，以便传递扭力。

优选的，所述预拧平台包括底座、底部滑台、支撑架、上部滑台、以及分别用于驱动上部滑台、支撑架以及底部滑台的第一驱动机构、第二驱动机构以及第三驱动机构，第一驱动机构、第二驱动机构以及第三驱动机构分别与所述控制器相连，

所述预拧装置和翻转装置固定安装于所述上部滑台，所述上部滑台活动安装于所述支撑架，并与支撑架构成沿竖直方向的移动副，所述第一驱动机构用于在控制器的控制下驱动上部滑台沿竖直方向移动；

所述支撑架活动安装于所述底部滑台，并与底部滑台构成沿横方向的移动副，所述第二驱动机构用于在控制器的控制下驱动支撑架沿横方向移动；

所述底部滑台活动安装于所述底座，并与底座构成沿纵方向的移动副，所述第三驱动机构用于在控制器的控制下驱动底部滑台沿纵方向移动。在本方案中，上部滑台具有沿竖直方向、横方向、纵方向三个方向的自由度，而所述预拧装置和翻转装置分别固定安装于上部滑台，从而可以在控制器的控制下有效调节预拧装置和翻转装置的位置，以便与预定位模块及放置于预定位置处的轮对相互配合。

优选的，所述图像采集模块包括第一相机和第二相机，所述第一相机和第二相机分别与所述控制器相连，第一相机用于采集轮对轴端的图像，第二相机用于采集预定位模块中前盖组件的俯视图像。

与现有技术相比，本发明提供的一种用于前盖的自动装配方法，可以解决轮对前盖组件的装配及螺栓的预拧紧工作，不仅装配效率高，而且人工成本低，可以有效解决现有的技术问题，与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为前盖组件的结构示意图。

图2为本发明实施例中提供的一种装配系统的结构示意图。

图3为本发明实施例中提供的一种装配系统中，预定位模块的结构示意图。

图4为本发明实施例中提供的一种装配系统中，预拧平台、翻转装置以及预拧装置的结构示意图。

图5为本发明实施例中提供的一种装配系统中，气动三抓气缸处的局部结构示意图。

图6为本发明实施例中提供的一种装配系统中，翻转装置夹持前盖组件后，处于水平位置的示意图。

图7为本发明实施例中提供的一种装配系统，翻转装置夹持前盖组件并翻转到竖直方位后与预拧装置相配合的示意图。

图8为本发明实施例中提供的一种装配系统中，翻转装置的局部剖视图之一。

图9为本发明实施例中提供的一种装配系统中，翻转装置的局部剖视图之二。

图10为本发明实施例中提供的一种装配系统中，翻转装置与预拧装置相配合在一起时的示意图。

图11为本发明实施例中提供的一种装配系统中，预拧装置的结构示意图。

图12为本发明实施例中提供的一种预拧装置中，一种轴承座的结构示意图。

图13为图11中，套筒与调节部件之间位置处的横截面示意图。

图14为图11中，传动带处的横截面示意图。

图15为本发明实施例中提供的一种装配系统中，转轴与套筒的示意图。

图中标记说明

前盖组件100、前盖101、铭牌102、止动片103、螺栓104

预定位模块200、工装台201、支撑台202、定位孔203、第三电机204、

转移模块300、机械手301、气动三抓气缸302、

翻转装置400、夹持动力401、夹爪402、翻转轴403、连接架404、第四电机405、

预拧装置500、安装架501、套筒502、转轴503、轴承座504、从动带轮 505、传动带506、主动带轮507、第一电机508、圆509、扭转部510、安装轴 511、弹簧512、导向通道513、导向键514、导向槽515、调节部件516、限位槽517、握持部518、张紧轮519、条状凸起520、滑槽521

预拧平台600、底座601、底部滑台602、支撑架603、上部滑台604、导轨 605、滑块606、丝杆607、螺母608、

第一相机701。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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1

现有的一种前盖组件100如附图1所示，螺栓104的数目通常可以是三，也可以大于三，而各螺栓104所在基圆的半径应该等于轮对轴端各螺纹孔所在基圆的半径，且当前盖组件100的型号发生变化时，各螺栓104所在基圆的半径会发生相应的变化，在本实施例，先将所要进行装配的前盖、铭牌、止动片以及螺栓组装到一起，构成一个组件，可以称为前盖组件，以便利用本装配方法将前盖组件整体装配到轮对轴端，以提高装配效率。

现有技术中，因为轮对较重，通常是放置于轨道上的，装配系统可以设置于轨道的一侧，当轮对停留在轨道上的设定位置处时，轮对轴端各螺纹孔的方位通常是随机、不一致的；基于此，为解决前盖组件100装配过程中，轮对的停留方位会严重影响影响前盖组件100中各螺栓104与轮对轴端各螺纹孔的对应关系，导致装配失效的问题，本实施例提供了一种可以实现前盖组件100与轮对自动装配的装配方法，包括用于进行装配的装配系统，如图2-图11所示，所述装配系统包括预定位模块200、预拧平台600、用于转移前盖组件100的转移模块300、图像采集模块以及控制器，

如图2、图4、图6、图7、图10及图11所示，在本实施例中，所述预拧平台600设置有预拧装置500和翻转装置400，所述预拧装置500设置有用于驱动前盖组件100中各螺栓104转动的套筒502及用于驱动套筒502转动的第一电机508，各套筒502沿同一圆509(可以理解，该圆509不是真实存在的，是各套筒502的中心轴线所围成的圆)的圆周方向均匀分布，

所述控制器分别与所述预定位模块200、预拧平台600、第一电机508、翻转装置400、转移模块300以及图像采集模块相连(电连接，以便传输信号)，所述方法包括如下步骤：

步骤一、利用图像采集模块采集预定位置处轮对轴端的图像，控制器根据所述图像计算出轮对轴端各螺纹孔的方位数据一及轮对中心轴线的高度数据 (可以采用现有技术中常用的图像识别算法实现，这里不再赘述)；可以通过设置一个参考来确定所述高度数据，例如，可以以轨道的上表面作为参考来计算轮对中心轴线的高度数据；

利用图像采集模块采集水平放置于预定位模块200处的前盖组件100的图像，并根据所述图像计算出前盖组件100中各螺栓104的方位数据二，以便驱动前盖组件100的中各螺栓104的实际方位；

步骤二、控制器根据所述方位数据一和方位数据二计算出所需的调节角度，从而可以控制放置于预定位模块200的前盖组件100转动，以调节前盖组件100 的方位，使得前盖组件100可以转动到与轮对轴端各螺纹孔相匹配的位置处；

控制器根据所述方位数据一控制各套筒502沿所述圆509的圆周方向转动，以调节各套筒502的方位，并使各套筒502转动到与轮对轴端各螺纹孔相匹配的位置处；从而使得前盖组件100、套筒502以及螺纹孔具有确定的位置关系，以便后续通过三者的配合进行自动装配，从而可以有效解决前盖组件100装配过程中，轮对的停留方位会严重影响影响前盖组件100中各螺栓104与轮对轴端各螺纹孔的对应关系，导致装配失效的问题，有利于高效、精确的完成前盖组件100的自动装配任务；

为实现前盖组件100的自动装配，在进一步的方案中，所述套筒502设置有与螺栓104的头部相适配的扭转部510，如图10及图11所示，扭转部510用于驱动螺栓104转动，故本实施例所提供的装配方法还包括，

步骤三、控制器控制所述转移模块300将放置于预定位模块200的前盖组件100抓取到所述翻转装置400处，以便利用转移模块300实现对前盖组件100 的转移，从而可以利用翻转装置400夹紧前盖组件100，以保持前盖组件100的方位不变；

步骤四、控制器控制所述翻转装置400动作，利用翻转装置400将前盖组件100沿竖直方向翻转90度，从而使得前盖组件100的中心轴线与预拧装置500 中各套筒502所在圆509的中心轴线共线，并使各套筒502分别与各螺栓104 的头部配合在一起；在这个过程中，预拧装置500与翻转装置400之间的位置关系直接关系到套筒502与螺栓104头部的配合，例如，在本实施例所提供的一种方案中，当翻转装置400带动前盖组件100翻转90度后，前盖组件100中各螺栓104的头部可以正好与各套筒502相接触并压紧，如图6、图7及图10 所示，从而达到相互配合的目的；在另一种可行的方案中，当翻转装置400带动前盖组件100翻转90度后，前盖组件100中各螺栓104的头部与各套筒502 之间可以具有所设定的间距，当前盖组件100翻转到位后，再调节各套筒502 与前盖组件100中各螺栓104的间距即可，从而使得各套筒502可以与各螺栓 104配合到一起。

步骤五、控制器根据所述高度数据调节所述预拧平台600的高度，和/或，调节所述预拧平台600的位置，以使前盖组件100中的各螺栓104可以分别对准轮对的各螺纹孔。在本实施例中，设置翻转装置400的目的是按预定的轨迹变换前盖组件100的方位，使得前盖组件100中的各螺栓104可以与预拧装置 500中的各套筒502一一对准，以便利用套筒502驱动螺栓104转动，而当套筒 502与螺栓104对齐后，通过预拧平台600整体调节预拧装置500和翻转装置 400的位置，使得套筒502、螺栓104以及螺纹孔可以相互对准，而套筒502可以通过扭转部510驱动螺栓104转动，使得螺栓104可以拧入对应的螺纹孔中，从而解决前盖组件100的自动装配问题。

如图2、图4所示，为提高装配效率，在进一步的方案中，将翻转装置400 设置于预拧装置500的一侧，使得在步骤四中，当翻转装置400在控制器的控制下翻转到竖直方位时，前盖组件100的中心轴线与各套筒502所在圆509的中心轴线共线，此时，各套筒502可以分别与前盖组件100中的各螺栓104一一对准，以便二者相互配合，而无需再调节前盖组件100的方位以进行套筒502 与螺栓104的对齐工作，非常的方便、高效，可以有效提高装配效率。

为使得套筒502的方位与轮对轴端各螺纹孔的方位一致(对齐)，在本实施中，所述步骤二中，调节各套筒502方位的方法是，

如图6、图7及图11所示，所述预拧装置500还包括安装架501和第二电机，所述安装架501通过安装轴511活动安装于所述预拧平台600，各套筒502 分别安装于用于传动的转轴503，所述转轴503设置于安装架501并与所述第一电机508相连，并使各套筒502沿安装轴511的中心轴线的圆周方向均匀分布，且使得各套筒502所在圆509的半径等于前盖组件100中各螺栓104所在基圆的半径；作为优选，如图11-图14所示，所述转轴503可以通过轴承座504固定于所述安装架501，

所述控制器与所述第二电机相连，控制器根据所述方位数据一控制安装架 501转动，以使各套筒502的方位分别与轮对轴端各螺纹孔的方位一致。通过将各套筒502安装于一可以在电机的驱动下转动的安装架501，并使得各套筒502 沿安装架501的转动中心的圆周方向均匀分布，且使得各套筒502所在圆509 的半径等于前盖组件100中各螺栓104所在基圆的半径，从而可以利用电机驱动安装架501转动，以便有效调节安装架501上各套筒502的方位，从而有效解决套筒502的方位与轮对轴端各螺纹孔的方位一致问题，以便后续实现套筒 502、螺栓104以及螺纹孔三者的对准。

为使得各套筒502中扭转部510的方位与各螺栓104头部的方位一致，在进一步的方案中，所述步骤四中，使各套筒502分别与各螺栓104的头部配合在一起的方法是，

将套筒502活动安装于所述转轴503，并在套筒502与转轴503之间设置弹簧512，如图11-图15所示，使套筒502具有沿转轴503的中心轴线方向移动的自由度；

如图6、图7及图10所示，当翻转装置400在控制器的控制下翻转到竖直方位时，使得套筒502的端部与螺栓104的头部相接触，并使二者之间产生所设定的压力，且弹簧512处于压缩状态；

然后利用第一电机508驱动各套筒502绕各自的中心轴线相对于螺栓104 转动；在本实施例中，通过在套筒502与转轴503之间设置弹簧512，且使套筒 502具有沿转轴503的中心轴线方向移动的自由度，当套筒502的端部与螺栓 104的头部相接触并产生所设定的压力时，弹簧512必然处于压缩状态，具有使套筒502与转轴503相互分离的弹力；由于套筒502与螺栓104处于对准状态，利用第一电机508驱动各套筒502绕各自的中心轴线转动，可以使得套筒502 相对于螺栓104的头部转动，从而不断改变套筒502中扭转部510的方位，而当套筒502中扭转部510的方位与螺栓104头部的方位一致时，在弹簧512的弹力作用下，套筒502可以相对于转轴503移动，并自动卡入螺栓104的头部，从而有效解决各套筒502中的扭转部510与各螺栓104的头部相互配合问题，以便套筒502所传递的扭矩可以通过扭转部510传递给螺栓104的头部，从而带动螺栓104转动。

可以理解，套筒502和螺栓104头部之间的摩擦力与螺栓104头部和前盖 101之间的摩擦力存在差异，通过合理的设置套筒502与螺栓104之间的压力，可以使得套筒502相对于螺栓104转动，即使存在螺栓104跟转的情况，套筒 502的转速也会大于螺栓104的转速，从而达到套筒502与螺栓104相对转动的目的。

为使得本实施例所提供的装配方法更便于实施，本实施例进一步提供了装配系统的一些具体结构，构思如下：

如图2及图3所示，所述预定位模块200包括用于起支撑作用的工装台201、用于放置前盖101的支撑台202和用于驱动所述支撑台202转动的第三电机204，第三电机204可以通传动带506与支撑台202相连，所述第三电机204与所述控制器相连，所述支撑台202活动安装于所述工装台201，例如，支撑台202可以通过轴承安装于工装台201，且支撑台202的上部设置有若干定位孔203，所述定位孔203分别沿支撑台202中心轴线的圆周方向均匀分布，用于容纳和定位前盖组件100中的螺栓104，如图3所示，定位孔203的数目为三，与前盖组件100中的三个螺栓104相对应；在本实施例中，前盖组件100中的前盖101 可以放置于支撑台202，如图3所示，而前盖组件100中的铭牌和止动片可以依次放置于前盖101的上方，而螺栓104可以从上方装入前盖101的通孔中，并插入下方的定位孔203中，既可以完成前盖组件100的组装，又可以利用螺栓 104与定位孔203的配合约束前盖组件100，达到准确定位前盖组件100的目的，以便利用第三电机204驱动支撑台202与前盖组件100同步转动，从而精确调整前盖组件100的方位。

如图2及图5所示，所述转移模块300包括机械手301和设置于机械手301 的夹具，所述机械手301和夹具分别与所述控制器相连，夹具用于在控制器的控制下张开/闭合，以释放前盖101或夹持前盖101，而所述机械手301可以采用现有技术中常用的机械手301、多关节机器人等；由于在预定位模块200中，前盖组件100处于水平放置状态，通过设置夹具夹持前盖101即可实现整个前盖组件100的转移，非常的方便，而通过设置机械手301，使得夹具具有足够的空间自由度，以便顺利的将前盖组件100从预定位模块200转移到翻转装置400 处。

所述夹具也可以采用现有技术中常用的夹具，在本实施例中，所述夹具包括气动三抓气缸302以及三根分别安装于气动三抓气缸302的夹爪402，如图5 所示，气动三抓气缸302与控制器相连，用于在控制器的控制下张开/夹闭，以便放松/夹紧前盖101。

如图8、图9所示，在本实施例中，所述翻转装置400包括用于夹持前盖101中前盖101的夹持部、用于驱动夹持部翻转的翻转部、连接架404以及第四电机405，

所述翻转部活动安装于所述连接架404，所述夹持部固定于所述翻转部，所述第四电机405和夹持部分别与控制器相连，

夹持部用于在控制器的控制下张开/夹闭，

第四电机405固定于连接架404，用于在控制器的控制下的驱动翻转部相对于所述连接架404转动，以驱动夹持部从水平位置翻转到竖直位置。在前盖组件100的装配过程中，当前盖组件100从上一工位转移到本翻转装置400处时，夹持部可以在控制器的控制下实现对前盖组件100的夹持，然后在控制器的作用下，可以控制翻转部翻转所设定的角度，从而同步带动夹持部及夹持于夹持部的前盖组件100翻转所设定的角度，从而达到准确、高效的调整前盖组件100 方位的目的。

如图6-图9所示，为避免螺栓104与套筒502发生刚性碰撞，在进一步的方案中，所述翻转部包括翻转轴403，所述翻转轴403通过轴承座固定于所述连接架404，所述夹持部安装于所述翻转轴403，所述第四电机405通过第一带传动机构与所述翻转轴403相连，用于驱动翻转轴403转动。第一传动机构具有多种实施方式，所述第一带传动机构包括第一带轮、第二带轮以及传动带506，所述第一带轮设置于所述翻转轴403，所述第二带轮与所述第四电机405相连，第一带轮与第二带轮之间通过传动带506相连；在本实施例中，利用第一带传动机构进行传动，不仅可以传递动力，而且可以实现柔性传动，即，当前盖组件100在第四电机405的驱动下翻转到既定方位之前(如竖直方位)时，前盖组件100中螺栓104的头部就会与套筒502开始接触，随着翻转轴403的继续转动，螺栓104与套筒502之间的挤压力逐渐增加，但当所述挤压力达到所设定的安全数值时，所述传动机构中的传动带506可以打滑，既可以维持螺栓104 的头部压紧套筒502，又可以确保螺栓104与套筒502之间的挤压力保持不变，且该挤压力可以设计为小于破坏螺栓104所需的力，从而可以有效保护螺栓104，避免损坏螺栓104表面的保护层，还可以有效防止烧电机，达到保护电机的目的。

在本实施例中，所述夹持部可以采用现有技术中常用的夹持部件，作为举例，如图8及图9所示，在本实施例中，所述夹持部包括夹持动力401和两个对称设置的夹爪402，所述夹持动力401可以优先采用手指气缸，夹持动力401 与夹爪402相连，并固定于翻转部，夹持动力401与控制器相连，用于在控制器的控制下驱动所述两个夹爪402张开/夹闭，以便利用控制器控制两个夹爪402 同步动作，实现对前盖组件100的夹紧和放松。

如图11、图14所示，在本实施所提供的一种实施方式中，所述预拧装置 500还包括第二带传动机构，所述第二带传动机构包括设置于各转轴503的从动带轮505、与所述第一电机508相连的主动带轮507、传动带506以及张紧机构，所述主动带轮507通过所述传动带506与各从动带轮505相连，且各从动带轮 505分别位于所述传动带506的内侧，如图所示，传动带506通过张紧机构张紧，所述张紧机构可以采用现有技术中常用的张紧轮519；

在另一种实施方式中，所述预拧装置500还包括齿轮传动机构，所述齿轮传动机构包括设置于各转轴503的从动齿轮、与各从动齿轮啮合的主动齿轮，所述第一电机508用于驱动所述主动齿轮转动。通过设置带传动机构或齿轮传动机构均可以驱动各转轴503的同步转动，从而到达同步预紧各螺栓104的目的。

为适用于装配不同大小的前盖组件100，在进一步的方案中，还包括调节部件516，如图11及图13所示，调节部件516转动安装于安装架501中各转轴503的内侧，调节部件516还设置有向外延伸的握持部518，以便通过握持部518 驱动调节部件516转动，调节部件516的圆周方向设置有至少两组沿圆周方向均匀分布的卡持部，各组卡持部分别包括至少三个沿圆周方向均匀分布并用于约束转轴503或轴承座504的限位槽517，且各组卡持部中的限位槽517与各转轴503所在圆的中心轴线之间的间距不同，如图11及图13所示，安装转轴503的轴承座504活动安装于安装座，并与安装架501构成沿径向分布的移动副(例如，轴承座504的侧面设置有条状卡槽，安装架501设置有滑槽521，安装架 501设置有条状凸起520，条状凸起520卡入滑槽521中构成移动副)，通过传动带506与限位槽517之间的配合可以有效约束轴承座504和转轴503，而通过转动调节部件516，可以将各转轴503从一组卡持部的限位槽517中换到另一组卡持部的限位槽517中，从而达到同步调节各转轴503位置的目的，以便适用于不同型号的前盖组件100。

为便于与螺栓104的头部相适配，作为优选，所述扭转部510可以为与所述螺栓104的头部相适配的六角孔、十二角孔、六棱柱、十二棱柱、一字型凸起或十字形凸起。以便适配不同型号的螺栓104，如外六角螺栓104、内六角螺栓104、一字型螺栓104以及十字形螺栓104等，通用性更好。

为使得转轴503与套筒502之间可以传递扭力，在进一步的方案中，所述套筒502的一端设置有导向通道513，如图15所示，所述转轴503的一端设置于所述导向通道513内，并与所述套筒502构成移动副，所述弹簧512设置于所述导向通道513内，并分别与转轴503及套筒502相连；

如图15所示，所述导向通道513内还设置有若干导向槽515，所述转轴503 的外侧设置有与所述导向槽515相适配的导向键514。通过导向槽515与导向键 514的配合，不仅使得套筒502可以相对于转轴503移动，而且使得套筒502可以与转轴503同步转动，以便传递扭力。

在本实施例中，所述预拧平台600可以现有技术中具有三个方向自由度的移动平台，作为优选，如图2及图4所示，所述预拧平台600包括底座601、底部滑台602、支撑架603、上部滑台604、以及分别用于驱动上部滑台604、支撑架603以及底部滑台602的第一驱动机构、第二驱动机构以及第三驱动机构，第一驱动机构、第二驱动机构以及第三驱动机构分别与所述控制器相连，

所述预拧装置500和翻转装置400固定安装于所述上部滑台604，所述上部滑台604活动安装于所述支撑架603，并与支撑架603构成沿竖直方向的移动副，所述第一驱动机构用于在控制器的控制下驱动上部滑台604沿竖直方向移动；如图4所示，所述第一驱动机构包括沿竖直方向设置有螺旋传动机构及导向部件，所述螺旋传动机构包括动力电机、竖直设置的丝杆607以及套设于丝杆607 的螺母608，所述螺母608固定于上部滑台604，丝杆607固定于支撑架603，并与动力电机相连，所述导向部件可以为竖直设置于支撑架603的导向杆，上部滑台604设置有与所述导向杆相适配的导向孔，也可以导轨-滑块机构，导轨 605竖直固定于支撑架603，滑块606固定于上部滑台604，以便为上部滑台604 的移动导向；

所述支撑架603活动安装于所述底部滑台602，并与底部滑台602构成沿横方向(或称为x方向)的移动副，所述第二驱动机构用于在控制器的控制下驱动支撑架603沿横方向移动；所述第二驱动机构可以是现有技术中常用的直线模组，作为举例，如图2及图4所示，所述第二驱动机构包括导轨-滑块机构和动力机构，导轨-滑块机构中的导轨605固定于底部滑台602，滑块606固定于支撑架603，动力机构可以是气缸或电推杆或电机与螺旋传动机构的配合等；

所述底部滑台602活动安装于所述底座601，并与底座601构成沿纵方向的移动副，所述第三驱动机构用于在控制器的控制下驱动底部滑台602沿纵方向移动(或称为y方向)；所述第三驱动机构可以是现有技术中常用的直线模组，作为举例，如图2及图4所示，所述第三驱动机构包括导轨-滑块机构和动力机构，导轨605-滑块606机构中的导轨605固定于底座601，滑块606固定于底部滑台602，动力机构可以是气缸或电推杆或电机与螺旋传动机构的配合等；在本实施例中，上部滑台604具有沿竖直方向、横方向、纵方向三个方向的自由度，而所述预拧装置500和翻转装置400分别固定安装于上部滑台604，从而可以在控制器的控制下有效调节预拧装置500和翻转装置400的位置，以便与预定位模块200及放置于预定位置处的轮对相互配合。

在本实施例中，图像采集模块包括第一相机701和第二相机，所述第一相机701和第二相机分别与所述控制器相连，第一相机701用于采集轮对轴端的图像，第二相机用于采集预定位模块200中前盖组件100的俯视图像；第一相机701可以安装于所述底部滑台602，如图2或图4所示，而所述第二相机可以安装于所述机械手301，以便采集前盖组件100的俯视图像。

为实现精确的自动控制，在本实施例中，所述控制器可以优先采用单片机、 ARM芯片、STM芯片或PLC，不仅成本低，而且响应速度快，有利于实现精确的自动控制；可以理解，在本实施例中，所述预拧(或称为预拧紧)是螺栓104 装配过程中的常用手段，这里不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于前盖的自动装配方法，其特征在于，包括装配系统，所述装配系统包括预定位模块、图像采集模块、预拧装置、控制器、预拧平台、翻转装置及用于转移前盖组件的转移模块，所述预拧装置设置有用于驱动前盖组件中各螺栓转动的套筒及用于驱动套筒转动的第一电机，各套筒沿同一圆的圆周方向均匀分布，所述控制器分别与所述预定位模块、第一电机及图像采集模块相连，所述预拧装置和翻转装置分别设置于所述预拧平台，且各套筒分别设置有与螺栓的头部相适配的扭转部，用于驱动螺栓转动，所述翻转装置和转移模块分别与控制器相连；所述方法包括如下步骤：

步骤一、利用图像采集模块采集预定位置处轮对轴端的图像，控制器根据所述图像计算出轮对轴端各螺纹孔的方位数据一及轮对中心轴线的高度数据；

利用图像采集模块采集水平放置于预定位模块处的前盖组件的图像，并根据所述图像计算出前盖组件中各螺栓的方位数据二；

步骤二、控制器根据所述方位数据一和方位数据二控制放置于预定位模块的前盖组件转动，以调节前盖组件的方位，并使前盖组件转动到与轮对轴端各螺纹孔相匹配的位置处；

控制器根据所述方位数据一控制各套筒沿所述圆的圆周方向转动，以调节各套筒的方位，并使各套筒转动到与轮对轴端各螺纹孔相匹配的位置处；

步骤三、控制器控制所述转移模块将放置于预定位模块的前盖组件抓取到所述翻转装置处，并利用翻转装置夹紧前盖组件；

步骤四、控制器控制所述翻转装置将前盖组件沿竖直方向翻转90度，使前盖组件的中心轴线与预拧装置中各套筒所在圆的中心轴线共线，并使各套筒分别与各螺栓的头部配合在一起；

步骤五、控制器根据所述高度数据调节所述预拧平台的高度，和/或调节所述预拧平台的位置，以使前盖组件中的各螺栓分别对准轮对的各螺纹孔。

2.根据权利要求1所述的用于前盖的自动装配方法，其特征在于，将所述翻转装置设置于所述预拧装置的一侧，使得在步骤四中，当翻转装置在控制器的控制下翻转到竖直方位时，前盖组件的中心轴线与各套筒所在圆的中心轴线共线。

3.根据权利要求1所述的用于前盖的自动装配方法，其特征在于，所述步骤二中，调节各套筒方位的方法是，

所述预拧装置还包括安装架和第二电机，所述安装架通过安装轴活动安装于所述预拧平台，各套筒分别安装于用于传动的转轴，所述转轴设置于安装架并与所述第一电机相连，并使得各套筒沿安装轴的中心轴线的圆周方向均匀分布，且使得各套筒所在圆的半径等于前盖组件中各螺栓所在基圆的半径；

所述控制器与所述第二电机相连，控制器根据所述方位数据一控制安装架转动，以使各套筒的方位分别与轮对轴端各螺纹孔的方位一致。

4.根据权利要求3所述的用于前盖的自动装配方法，其特征在于，所述步骤四中，使各套筒分别与各螺栓的头部配合在一起的方法是，

将套筒活动安装于所述转轴，并在套筒与转轴之间设置弹簧，使套筒具有沿转轴的中心轴线方向移动的自由度；

当翻转装置在控制器的控制下翻转到竖直方位时，使得套筒的端部与螺栓的头部相接触，并使二者之间产生所设定的压力，且弹簧处于压缩状态；

然后利用第一电机驱动各套筒绕各自的中心轴线相对于螺栓转动。

5.根据权利要求4所述的用于前盖的自动装配方法，其特征在于，

所述预定位模块包括工装台、用于放置前盖的支撑台和用于驱动所述支撑台转动的第三电机，所述第三电机与所述控制器相连，所述支撑台活动安装于所述工装台，且支撑台的上部设置有若干定位孔，所述定位孔分别沿支撑台中心轴线的圆周方向均匀分布，用于容纳和定位前盖组件中的螺栓；

和/或，

所述转移模块包括机械手和设置于机械手的夹具，所述机械手和夹具分别与所述控制器相连，夹具用于在控制器的控制下张开/闭合，以释放前盖或夹持前盖；

和/或，

所述翻转装置包括用于夹持前盖中前盖的夹持部、用于驱动夹持部翻转的翻转部、连接架以及第四电机，

所述翻转部活动安装于所述连接架，所述夹持部固定于所述翻转部，所述第四电机和夹持部分别与控制器相连，

夹持部用于在控制器的控制下张开/夹闭，

第四电机固定于连接架，用于在控制器的控制下的驱动翻转部相对于所述连接架转动，以驱动夹持部从水平位置翻转到竖直位置；

所述图像采集模块包括第一相机和第二相机，所述第一相机和第二相机分别与所述控制器相连，第一相机用于采集轮对轴端的图像，第二相机用于采集预定位模块中前盖组件的俯视图像；

和/或，

所述预拧平台包括底座、底部滑台、支撑架、上部滑台、以及分别用于驱动上部滑台、支撑架以及底部滑台的第一驱动机构、第二驱动机构以及第三驱动机构，第一驱动机构、第二驱动机构以及第三驱动机构分别与所述控制器相连，

所述预拧装置和翻转装置固定安装于所述上部滑台，所述上部滑台活动安装于所述支撑架，并与支撑架构成沿竖直方向的移动副，所述第一驱动机构用于在控制器的控制下驱动上部滑台沿竖直方向移动；

所述支撑架活动安装于所述底部滑台，并与底部滑台构成沿横方向的移动副，所述第二驱动机构用于在控制器的控制下驱动支撑架沿横方向移动；

所述底部滑台活动安装于所述底座，并与底座构成沿纵方向的移动副，所述第三驱动机构用于在控制器的控制下驱动底部滑台沿纵方向移动。

6.根据权利要求5所述的用于前盖的自动装配方法，其特征在于，所述翻转部包括翻转轴，所述翻转轴通过轴承座固定于所述连接架，所述夹持部安装于所述翻转轴，所述第四电机通过第一带传动机构与所述翻转轴相连，用于驱动翻转轴转动。

7.根据权利要求1-6任一所述的用于前盖的自动装配方法，其特征在于，

所述预拧装置还包括第二带传动机构，所述第二带传动机构包括设置于各转轴的从动带轮、与所述第一电机相连的主动带轮、传动带以及张紧机构，所述主动带轮通过所述传动带与各从动带轮相连，且各从动带轮分别位于所述传动带的内侧，传动带通过张紧机构张紧；

和/或，还包括齿轮传动机构，所述齿轮传动机构包括设置于各转轴的从动齿轮、与各从动齿轮啮合的主动齿轮，所述第一电机用于驱动所述主动齿轮转动。

8.根据权利要求1-6任一所述的用于前盖的自动装配方法，其特征在于，所述扭转部为与所述螺栓的头部相适配的六角孔、十二角孔、六棱柱、十二棱柱、一字型凸起或十字形凸起。

9.根据权利要求4-6任一所述的用于前盖的自动装配方法，其特征在于，所述套筒的一端设置有导向通道，所述转轴的一端设置于所述导向通道内，并与所述套筒构成移动副，所述弹簧设置于所述导向通道内，并分别与转轴及套筒相连；

所述导向通道内还设置有若干导向槽，所述转轴的外侧设置有与所述导向槽相适配的导向键。

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