CN112388656A - 一种使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构，属于自动化铆接设备技术领域，用于解决现有拉丝铆钉装配效率低、铆接质量差的技术问题。本发明包括机械臂、铆钉装配机构和工业摄像机，铆钉装配机构安装在机械臂的末端，工业摄像机固定在铆钉装配机构上，拉丝铆钉放置在铆钉盘中，铆钉装配机构包括基座、保护外壳、竖直气缸和夹持机构，保护外壳与基座可拆连接，竖直气缸与保护外壳通过螺栓连接，竖直气缸的下部滑动设置有活塞，夹持机构固定在活塞的下端，保护外壳的底部开设有定位孔，夹持机构包括固定抓手和活动抓手；本自动装配机构既能实现对拉丝铆钉的精确定位，又可以高效高精度的完成铆钉装配任务，铆接质量高。

Description

一种使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构

技术领域

本发明属于自动化铆接设备技术领域，涉及一种使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构。

背景技术

拉丝铆钉也叫口杯型抽芯铆钉，它是一种结构型抽芯铆钉，分为内锁和外锁。材质主要有全不锈钢拉丝铆钉、全铝拉丝铆钉、全铁拉丝铆钉。拉丝铆钉具有良好的填充孔的性能、气密性好、铆接强度高；拉丝铆钉适用于表面要求高、铆接强度要求高，对密封性能要求高的铆接领域。

目前在多个制造行业大量使用拉丝铆钉装配技术，因此拉丝铆钉装配机构的需求量也日益增加。现有的拉丝铆钉装配装置需要消耗大量的人力和时间，装配效率低，且操作过程中使用的力的大小由操作者根据自身经验而定，不能够保证一定的铆接质量，继而可能造成工件损坏甚至可能造成安全事故。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构，该装置要解决的技术问题是：如何实现拉丝铆钉的自动化装配提高，提高加工效率和铆接质量。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构，包括机械臂、铆钉装配机构、工业摄像机、工件、铆钉盘和拉丝铆钉，铆钉装配机构安装在机械臂的末端，工业摄像机通过螺栓固定在铆钉装配机构上，拉丝铆钉放置在铆钉盘中；铆钉装配机构包括基座、保护外壳、竖直气缸和夹持机构，保护外壳由对称的两部分组成，保护外壳与基座可拆连接，竖直气缸、活塞和夹持机构均设置在保护外壳的内部，竖直气缸与保护外壳通过螺栓固定连接，竖直气缸的下部滑动设置有活塞，夹持机构固定在活塞的下端，保护外壳的底部开设有用于拉丝铆钉穿过的定位孔，夹持机构包括固定抓手和活动抓手，固定抓手和活动抓手安装在活塞的下端。

本发明的工作原理是：机械臂通过工业摄像机进行自动搜索定位，控制机械臂运动，机械臂带动安装在机械臂末端的铆钉装配机构进行定位和铆接工作，工业摄像机的视觉反馈控制机械臂运动，使定位孔移动到铆钉盘上方，定位孔对准其中一个拉丝铆钉，机械臂驱动铆钉装配机构向下运动使拉丝铆钉的钉芯从定位孔穿过进入铆钉装配机构的内部，夹持机构运行，活动抓手与固定抓手配合夹紧钉芯，摄像机继续定位工件，机械臂驱动铆钉装配机构运动到工件上方，定位工件上的铆接孔，使拉丝铆钉进入铆接孔，然后用铆钉压紧部位压紧铆钉，竖直气缸出气，使活塞带动夹持机构向上运动，带动钉芯从铆壳中拉出，实现拉丝铆钉的装配。

所述机械臂为KUKA六关节机械臂，采用伺服电机来控制,其控制器包括主电源、计算机供电单元、计算机控制模块、输入和输出板、用户连接端口、示教器接线端接口、各轴计算机板、各轴伺服电机的驱动单元等组成；KUKA六关节机械臂为多自由度、高精准的工业化机械机械臂，其定位精准、操控便捷，被广泛应用于智能化高精度生产场合使用。

所述工业摄像机通过螺栓固定在套筒上，工业摄像机能够拍摄到铆钉装配机构的工作部位以及待铆接的工件，工业摄像机采集图像，将图像传输至PC机，通过PC机对图像进行处理后，PC机给机械臂发送运动信号，实现机械臂通过视觉伺服自主工作。

所述活动抓手包括活动夹爪、水平气缸和水平气缸支架，活动夹爪固定在水平气缸的伸缩端处，水平气缸安装在水平气缸支架上，活塞的下端开设有两个对称的螺栓孔，水平气缸支架和固定抓手通过螺栓与活塞进行连接，水平气缸的一侧设置有用于连接气管的第二气孔。

采用以上结构，水平气缸进气带动活动夹爪水平移动，活动夹爪与固定抓手配合夹紧拉丝铆钉的钉芯。

所述保护外壳上开设有第二气管孔，水平气缸的输气管穿过第二气管孔与第二气孔连接。

所述基座包括法兰和固定套筒，保护外壳的上端插入固定套筒中并通过螺栓固定连接，保护外壳的上端开设有第一螺栓孔，套筒上开设有与第一螺栓孔配合的第一螺纹孔，法兰与机械臂进行连接。

采用以上结构，铆钉装配机构和机械臂通过法兰进行连接，保护外壳与基座通过螺栓进行连接，拆装方便，便于维护。

所述保护外壳的下端设置有铆钉压紧部位，铆钉压紧部位位于定位孔的下端。

采用以上结构，铆钉压紧部位能够保证在铆钉装配机构工作时压紧拉丝铆钉使其不随便移动，若不压紧铆钉，可能会导致铆钉脱落，从而导致铆钉装配失败。

所述竖直气缸上设置有第一气孔，保护外壳上开设有与第一气孔相配合的第一气管孔，竖直气缸的输气管穿过第一气管孔与第一气孔连通，竖直气缸内设置有竖直滑槽，活塞的上端设置在竖直滑槽内，竖直气缸上开设有第二螺纹孔，保护外壳上开设有与第二螺纹孔相配合的第二螺栓孔。

采用以上结构，竖直气缸进出气带动活塞在竖直方向上下移动，活塞带动夹持机构上下移动，铆钉装配机构工作时，竖直气缸出气使活塞带动夹持机构向上运动，夹持机构带动拉丝铆钉的钉芯从铆壳中拉出，实现工件上拉丝铆钉的铆接工作。

所述工件包括第一铆接件和第二铆接件，第一铆接件和第二铆接件上均开设有用于拉丝铆钉插入的铆钉孔。

工件进行铆接时，第一铆接件和第二铆接件通过人工放在工作台上，机械臂从铆钉盘自动抓取拉丝铆钉，然后机械臂带动铆钉装配机构进行装配作业，将第一铆接件和第二铆接件铆接在一起。

与现有技术相比，本使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构具有以下优点：

1、通过工业摄像机的视觉反馈控制机械臂带动铆接机构自动完成拉丝铆钉的装配工作，铆钉装配机构采用竖直气缸控制精确的距离，能够使钉芯顶紧到位，同时又保证不把产品顶胀壳，采用水平气缸控制活动抓手与固定抓手配合夹紧拉丝铆钉，夹持稳定。

2、既能实现对拉丝铆钉的精确定位，又可以高效高精度的完成铆钉装配任务，铆接质量高，作业过程中不需要有人工的参与，避免人工进行铆钉作业效率低下且不安全的问题，从而使铆钉装配工作快速高效的完成，提高了生产效率、降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中铆钉装配机构的三维结构示意图；

图3是本发明中铆钉装配机构的爆炸结构示意图；

图4是本发明中铆钉装配机构的主视结构示意图；

图5是图4中A截面的结构示意图；

图6是本发明中工件的铆接结构示意图；

图中：1-机械臂、2-铆钉装配机构、201-基座、202-保护外壳、203-第一螺栓孔、204-第二螺栓孔、205-法兰、206-固定套筒、207-竖直气缸、208-第一气孔、209-活塞、210-定位孔、211-固定抓手、212-活动抓手、213-活动夹爪、214-第一气管孔、215-第二气管孔、216-竖直滑槽、217-水平气缸支架、218-第二气孔、219-水平气缸、220-第二螺纹孔、221-第一螺纹孔、222-铆钉压紧部位、3-工业摄像机、4-工件、401-第一铆接件、402-第二铆接件、403-铆接孔、5-铆钉盘、6-拉丝铆钉。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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专利和简化描述，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专利的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

请参阅图1-6，本实施例提供了一种使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构，包括机械臂1、铆钉装配机构2、工业摄像机3、工件4、铆钉盘5和拉丝铆钉6，铆钉装配机构2安装在机械臂1的末端，工业摄像机3通过螺栓固定在铆钉装配机构2上，拉丝铆钉6放置在铆钉盘5中；铆钉装配机构2包括基座201、保护外壳202、竖直气缸207和夹持机构，保护外壳202由对称的两部分组成，保护外壳202与基座201可拆连接，竖直气缸207、活塞209和夹持机构均设置在保护外壳202的内部，竖直气缸207与保护外壳202通过螺栓固定连接，竖直气缸207的下部滑动设置有活塞209，夹持机构固定在活塞209的下端，保护外壳202的底部开设有用于拉丝铆钉6穿过的定位孔210，夹持机构包括固定抓手211和活动抓手212，固定抓手211和活动抓手212安装在活塞209的下端；机械臂1通过工业摄像机3进行自动搜索定位，控制机械臂1运动，机械臂1带动安装在机械臂1末端的铆钉装配机构2进行定位和铆接工作，工业摄像机3的视觉反馈控制机械臂1运动，使定位孔210移动到铆钉盘5上方，定位孔210对准其中一个拉丝铆钉，机械臂1驱动铆钉装配机构2向下运动使拉丝铆钉的钉芯从定位孔210穿过进入铆钉装配机构2的内部，夹持机构运行，活动抓手212与固定抓手211配合夹紧钉芯，摄像机3继续定位工件4，机械臂1驱动铆钉装配机构2运动到工件4上方，定位工件4上的铆接孔403，使拉丝铆钉6进入铆接孔403，然后用铆钉压紧部位222压紧铆钉，竖直气缸207出气，使活塞203带动夹持机构向上运动，带动钉芯从铆壳中拉出，实现拉丝铆钉的装配。

机械臂1为KUKA六关节机械臂，采用伺服电机来控制,其控制器包括主电源、计算机供电单元、计算机控制模块、输入和输出板、用户连接端口、示教器接线端接口、各轴计算机板、各轴伺服电机的驱动单元等组成；KUKA六关节机械臂为多自由度、高精准的工业化机械机械臂，其定位精准、操控便捷，被广泛应用于智能化高精度生产场合使用。

工业摄像机3通过螺栓固定在套筒206上，工业摄像机3能够拍摄到铆钉装配机构2的工作部位以及待铆接的工件4，工业摄像机3采集图像，将图像传输至PC机，通过PC机对图像进行处理后，PC机给机械臂1发送运动信号，实现机械臂通过视觉伺服自主工作。

活动抓手212包括活动夹爪213、水平气缸219和水平气缸支架217，活动夹爪213固定在水平气缸219的伸缩端处，水平气缸219安装在水平气缸支架217上，活塞209的下端开设有两个对称的螺栓孔，水平气缸支架217和固定抓手211通过螺栓与活塞209进行连接，水平气缸219的一侧设置有用于连接气管的第二气孔218；水平气缸219进气带动活动夹爪213水平移动，活动夹爪213与固定抓手211配合夹紧拉丝铆钉6的钉芯。

保护外壳202上开设有第二气管孔215，水平气缸219的输气管穿过第二气管孔215与第二气孔218连接。

基座201包括法兰205和固定套筒206，保护外壳202的上端插入固定套筒206中并通过螺栓固定连接，保护外壳202的上端开设有第一螺栓孔203，套筒206上开设有与第一螺栓孔203配合的第一螺纹孔221，法兰205与机械臂1进行连接；铆钉装配机构和机械臂1通过法兰205进行连接，保护外壳202与基座201通过螺栓进行连接，拆装方便。

保护外壳202的下端设置有铆钉压紧部位222，铆钉压紧部位222位于定位孔210的下端；铆钉压紧部位222能够保证在铆钉装配机构2工作时压紧拉丝铆钉6使其不随便移动，若不压紧铆钉，可能会导致铆钉脱落，从而导致铆钉装配失败。

竖直气缸207上设置有第一气孔208，保护外壳202上开设有与第一气孔208相配合的第一气管孔214，竖直气缸207的输气管穿过第一气管孔214与第一气孔208连通，竖直气缸207内设置有竖直滑槽216，活塞209的上端设置在竖直滑槽216内，竖直气缸207上开设有第二螺纹孔220，保护外壳202上开设有与第二螺纹孔220相配合的第二螺栓孔204；竖直气缸207进出气带动活塞209在竖直方向上下移动，活塞209带动夹持机构上下移动，铆钉装配机构2工作时，竖直气缸207出气使活塞209带动夹持机构向上运动，夹持机构带动拉丝铆钉6的钉芯从铆壳中拉出，实现工件4上拉丝铆钉6的铆接工作。

工件4包括第一铆接件401和第二铆接件402，第一铆接件401和第二铆接件402上均开设有用于拉丝铆钉6插入的铆钉孔403；工件4进行铆接时，第一铆接件401和第二铆接件402通过人工放在工作台上，机械臂1从铆钉盘5自动抓取拉丝铆钉6，然后机械臂1带动铆钉装配机构2进行装配作业，将第一铆接件401和第二铆接件402铆接在一起。

本发明的工作原理：

在对工件4进行铆接工作时，将工件4放在工作台上，机械臂1通过工业摄像机3进行自动搜索定位，控制机械臂1运动，机械臂1带动安装在机械臂1末端的铆钉装配机构2进行定位和铆接工作；首先，工业摄像机3的视觉反馈控制机械臂1运动，使定位孔210移动到铆钉盘5上方，定位孔210对准铆钉盘5中的一个拉丝铆钉，机械臂1驱动铆钉装配机构2向下运动使拉丝铆钉的钉芯从定位孔210穿过进入铆钉装配机构2的内部，水平气缸219进气带动活动夹爪213水平移动，活动夹爪213与固定抓手211配合夹紧拉丝铆钉6的钉芯，机械臂1驱动铆钉装配机构2上移将拉丝铆钉6从铆钉盘5中抽出，摄像机3继续定位工件4，机械臂1驱动铆钉装配机构2运动到工件4上方，定位工件4上的铆接孔403，机械臂1驱动铆钉装配机构2下移使拉丝铆钉6插入铆接孔403中，然后用铆钉压紧部位222压紧拉丝铆钉，竖直气缸207出气，使活塞203带动夹持机构向上运动，从而带动钉芯从铆壳中拉出，实现拉丝铆钉的自动化装配。

综上，本发明通过工业摄像机3的视觉反馈控制机械臂1带动铆接机构2自动完成拉丝铆钉的装配工作，铆钉装配机构2采用竖直气缸207控制精确的距离，能够使钉芯顶紧到位，同时又保证不把产品顶胀壳，采用水平气缸219控制活动抓手212与固定抓手211配合夹紧拉丝铆钉6，夹持稳定；本发明既能实现对拉丝铆钉的精确定位，又可以高效高精度的完成铆钉装配任务，铆接质量高，作业过程中不需要有人工的参与，避免人工进行铆钉作业效率低下且不安全的问题，从而使铆钉装配工作快速高效的完成，提高了生产效率、降低了生产成本。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构，包括机械臂（1）、铆钉装配机构（2）、工业摄像机（3）、工件（4）、铆钉盘（5）和拉丝铆钉（6），其特征在于，所述铆钉装配机构（2）安装在机械臂（1）的末端，工业摄像机（3）通过螺栓固定在铆钉装配机构（2）上，拉丝铆钉（6）放置在铆钉盘（5）中；铆钉装配机构（2）包括基座（201）、保护外壳（202）、竖直气缸（207）和夹持机构，保护外壳（202）由对称的两部分组成，保护外壳（202）与基座（201）可拆连接，竖直气缸（207）、活塞（209）和夹持机构均设置在保护外壳（202）的内部，竖直气缸（207）与保护外壳（202）通过螺栓固定连接，竖直气缸（207）的下部滑动设置有活塞（209），夹持机构固定在活塞（209）的下端，保护外壳（202）的底部开设有用于拉丝铆钉（6）穿过的定位孔（210），夹持机构包括固定抓手（211）和活动抓手（212），固定抓手（211）和活动抓手（212）安装在活塞（209）的下端。

2.根据权利要求1所述的一种使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构，其特征在于，所述机械臂（1）为KUKA六关节机械臂，采用伺服电机来控制,其控制器包括主电源、计算机供电单元、计算机控制模块、输入和输出板、用户连接端口、示教器接线端接口、各轴计算机板、各轴伺服电机的驱动单元等组成。

3.根据权利要求1所述的一种使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构，其特征在于，所述工业摄像机（3）通过螺栓固定在套筒（206）上。

4.根据权利要求1所述的一种使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构，其特征在于，所述活动抓手（212）包括活动夹爪（213）、水平气缸（219）和水平气缸支架（217），活动夹爪（213）固定在水平气缸（219）的伸缩端处，水平气缸（219）安装在水平气缸支架（217）上，活塞（209）的下端开设有两个对称的螺栓孔，水平气缸支架（217）和固定抓手（211）通过螺栓与活塞（209）进行连接，水平气缸（219）的一侧设置有用于连接气管的第二气孔（218）。

5.根据权利要求4所述的一种使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构，其特征在于，所述保护外壳（202）上开设有第二气管孔（215），水平气缸（219）的输气管穿过第二气管孔（215）与第二气孔（218）连接。

6.根据权利要求1所述的一种使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构，其特征在于，所述基座（201）包括法兰（205）和固定套筒（206），保护外壳（202）的上端插入固定套筒（206）中并通过螺栓固定连接，保护外壳（202）的上端开设有第一螺栓孔（203），套筒（206）上开设有与第一螺栓孔（203）配合的第一螺纹孔（221），法兰（205）与机械臂（1）进行连接。

7.根据权利要求6所述的一种使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构，其特征在于，所述保护外壳（202）的下端设置有铆钉压紧部位（222），铆钉压紧部位（222）位于定位孔（210）的下端。

8.根据权利要求1所述的一种使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构，其特征在于，所述竖直气缸（207）上设置有第一气孔（208），保护外壳（202）上开设有与第一气孔（208）相配合的第一气管孔（214），竖直气缸（207）的输气管穿过第一气管孔（214）与第一气孔（208）连通，竖直气缸（207）内设置有竖直滑槽（216），活塞（209）的上端设置在竖直滑槽（216）内，竖直气缸（207）上开设有第二螺纹孔（220），保护外壳（202）上开设有与第二螺纹孔（220）相配合的第二螺栓孔（204）。

9.根据权利要求1所述的一种使用机械臂的拉丝铆钉自动装配机构，其特征在于，所述工件（4）包括第一铆接件（401）和第二铆接件（402），第一铆接件（401）和第二铆接件（402）上均开设有用于拉丝铆钉（6）插入的铆钉孔（403）。

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