CN113695895B - 一种针对筒件圆柱面的自动螺钉锁付机器人系统 - Google Patents

Abstract

一种针对筒件圆柱面的自动螺钉锁付机器人系统，包括水平台（2），其特征在于，水平台（2）上设有至少1组工作机构，工作机构至少包括协作机器人（1）和末端旋拧执行器（9），在水平台（2）上还设有工件转台（7）、控制箱（3）、螺钉物料盘（4）、胶水盘（5）和吸胶棉布（6）；本发明解决了现有技术中无法在筒件圆柱面上自动进行螺纹锁付的问题，以及现有技术中存在的生产效率低、装配质量与一致性差、过程无法监测与追溯的技术问题。

Description

一种针对筒件圆柱面的自动螺钉锁付机器人系统

技术领域

本发明是一种针对筒件圆柱面的自动螺钉锁付机器人系统，属于自动螺钉装配领域，特别涉及针对筒件圆柱面的自动螺钉锁付机器人系统。

背景技术

在我国制造业，特别是航空、航天、汽车等领域的产品制造装配中，存在大量的筒状工件，装配时需要在其圆柱面上进行螺钉锁付，此工序具有工作量大，重复性强的特点。

目前存在的一些自动螺钉锁付装备，只能在平面上对螺钉进行锁付，且工作范围小，通用性差，应用范围十分有限。

对于筒件圆柱面上的螺钉锁付作业，目前大部分还是由人工完成的，通常由工人一只手持电动螺丝刀，另一只手取螺钉并对准螺纹孔，继而进行锁付，对于尺寸较大的筒件，还需要多人协作在锁付过程中对工件进行转动，耗时耗力。并且，人工作业时主要依靠工人的经验判断拧紧螺钉的力矩是否合适，装配质量和一致性无法保证，过程无法数据化，无法追溯生产过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对筒件圆柱面的自动螺钉锁付机器人系统，以克服现有技术装配质量差，装配一致性差，装置过程无法监测与追溯的技术问题。

一种针对筒件圆柱面的自动螺钉锁付机器人系统，包括水平台2，其特征在于，水平台2上设有至少1组工作机构，工作机构至少包括协作机器人1和末端旋拧执行器9，在水平台2上还设有工件转台7、控制箱3、螺钉物料盘4、胶水盘5和吸胶棉布6；

末端旋拧执行器9通过末端执行器连接板905安装在协作机器人法兰上，丝杠滑轨910通过丝杠滑轨连接板904安装于末端执行器连接板905远离协作机器人1法兰的一侧，丝杠滑轨电机902通过丝杠滑轨电机固定板903安装于丝杠滑轨910的后端，自动拧紧枪901通过拧紧枪连接板911安装于丝杠滑轨910的滑块上，在末端旋拧执行器9的最前端，吸钉头909通过吸钉头连接板908安装于末端执行器连接板905上，工业相机907通过相机连接板906安装于末端执行器连接板904靠近协作机器人1法兰的一侧；

控制箱3内部设有机器人控制系统和PLC控制器，机器人控制系统的功能是实现对协作机器人1的控制，PLC控制器的功能是完成除控制协作机器人1之外所有的控制功能；

自动拧紧枪901包括枪头901a、枪身901b和电缆接头901c，枪头901a的轴心线通过结构设计保证与吸钉头909的轴心线重合，且平行于滑轨，自动拧紧枪901通过电缆接头901c与控制箱3相连接，控制箱3中的PLC控制器通过电缆接头901c控制自动拧紧枪901的动作，同时自动拧紧枪901工作过程中产生数据通过电缆接头901c传输回PLC控制器进行监测、存储和处理等操作。工件转台7包括三爪卡盘701、蜗轮蜗杆减速器702、转台伺服电机703、转台电机固定板704和转台安装板705，转台安装板705固定于水平台2上，转台伺服电机703通过转台电机固定板704安装于转台安装板705的侧面，转台伺服电机703的输出轴与蜗轮蜗杆减速器702的输入轴通过联轴器相连，三爪卡盘701的底部中心通过螺纹连接在蜗轮蜗杆减速器702的输出轴上，待加工的筒件8放置并夹紧于三爪卡盘701上。

控制箱3上设有指示灯，指示灯的电路与控制箱3内的PLC控制器连接。

本发明解决了现有技术中无法在筒件圆柱面上自动进行螺纹锁付的问题，以及现有技术中存在的生产效率低、装配质量与一致性差、过程无法监测与追溯的技术问题。

附图说明

图1、为本发明的立体结构图；

图2、为本发明中末端旋拧执行器9的结构示意图；

图3、为本发明中工件转台7的结构示意图。

图中：1为协作机器人，2为水平台，3为控制箱，4为螺钉物料盘，5为胶水盘，6为吸胶棉布，7为工件转台，8为筒件，9为末端旋拧执行器，701为三爪卡盘，702为涡轮蜗杆减速器，703为转台伺服电机，704为转台电机固定板，705为转台安装板， 901为自动拧紧枪，901a为枪头，901b为枪身，901c为电缆接头，902为丝杠滑轨电机，903为丝杠滑轨电机固定板，904为丝杠滑轨连接板，905为末端执行器连接板，906为相机连接板，907为工业相机，908为吸钉头连接板，909 为吸钉头，910为丝杠滑轨，911为拧紧枪连接板。

具体实施方式

本发明的目的是这样实现的：一种针对筒件圆柱面的自动螺钉锁付机器人系统，包括水平台，所述水平台尺寸至少足够安装一组工作机构，所述工作机构至少包括协作机器人，末端旋拧执行器，工件转台，螺钉物料盘，胶水盘，吸胶棉布。所述协作机器人上可拆卸的连接有末端旋拧执行器，所述末端旋拧执行器至少包括自动拧紧枪、丝杠滑轨组件、工业相机，所述自动拧紧枪安装于所述丝杠滑轨组件上，可沿滑轨方向在一定范围内移动，自动拧紧枪的枪头可绕自身轴心线转动，所述工件转台至少包括底座、蜗轮蜗杆减速器、三爪卡盘，通过底座固定于水平台上，所述料盘组件包括螺钉物料盘，胶水盘和吸胶棉布，料盘组件固定于水平台上的合适位置。

本发明进行工作时，首先将筒件固定于工件转台上，继而机器人运动到高于筒件上端面的一个固定位置，即初始位置，此位置处工业相机的轴心线垂直相交于筒件的轴心线，即工业相机正对于筒件，且工业相机的视野涵盖筒件的整个高度范围。此时控制工业相机开始并持续拍照，同时控制工件转台开始带动筒件缓慢转动。当工业相机拍摄到的图像显示某一螺纹孔的轴心线与工业相机的轴心线平行时，说明此时圆柱面上近机器人侧与相机轴心线垂直相交的母线上有待安装螺钉的螺纹孔。此时控制工件转台停止转动，筒件保持静止，控制机器人末端竖直向下慢速移动，同时相机持续拍照，直至拍到形状为正圆的螺纹孔，机器人暂停运动且相机给出此孔圆心在机器人坐标系下的坐标，传输给机器人控制系统进行存储，之后控制机器人继续竖直向下运动，重复识别正圆和传输圆心坐标的过程，直至拍摄完此条母线的全部位置。在得到圆柱面此条母线上所有螺纹孔的坐标后，机器人生成涵盖所得到坐标点的路径程序。机器人开始进行此条母线上的螺纹锁付。首先机器人移动至螺钉物料盘上方，吸钉头垂直正对于待安装的螺钉头中心，机器人末端向下移动至吸钉头恰好与待安装螺钉接触，所述吸钉头，其轴心线依赖结构设计与枪头轴心线重合，吸钉头通气，将螺钉吸起，再控制机器人末端移动至胶水盘上方，垂直向下运动到固定位置，使螺钉的螺纹段蘸取规定长度的胶水，随后机器人末端移动至吸胶棉布的上方，垂直向下移动至螺钉与棉布接触，使棉布吸取多余的胶水，然后机器人按照拍摄所得螺纹孔位置坐标所生成的程序，移动至筒段圆柱面母线上待拧螺钉的螺纹孔处，此过程控制枪头轴心线与螺纹孔轴心线重合，使吸钉头上的螺钉与螺纹孔恰好接触，控制滑轨带动拧紧枪向前运动，同时枪头高速转动，两个运动相结合，将螺钉拧紧螺纹孔。此过程中，自动拧紧枪的拧紧力矩通过电缆接头实时传输到PLC控制器中，当PLC控制器检测到自动拧紧枪的拧紧力矩达到规定力矩时，PLC发出指令，控制滑轨与枪头均停止运动，恢复至拧螺钉前的状态，吸钉头断气，此螺钉锁付完成。之后重复吸钉、蘸胶、打钉过程，直至安装完此条母线上所有螺钉。之后机器人运动到初始位置，重复以上从转台缓慢转动至螺钉锁付完成的全部操作，直至完成整个圆柱面上的螺钉锁付作业。

本发明还包括控制箱，所述机器人控制系统和PLC控制器设于控制箱内。所述控制箱上还设有指示灯，所述指示灯与PLC控制器电连接。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1～3所示的一种针对筒件圆柱面的自动螺钉锁付机器人系统，包括水平台2，水平台2上设有至少1组工作机构，工作机构至少包括协作机器人1，末端旋拧执行器9，工件转台7，螺钉物料盘4，胶水盘5，吸胶棉布6。末端旋拧执行器9通过末端执行器连接板905安装在协作机器人法兰上，丝杠滑轨910通过丝杠滑轨连接板904安装于末端执行器连接板905远离协作机器人1法兰的一侧，丝杠滑轨电机902通过丝杠滑轨电机固定板903安装于丝杠滑轨910的后端，自动拧紧枪901通过拧紧枪连接板911安装于丝杠滑轨910的滑块上，在末端旋拧执行器9的最前端，吸钉头909通过吸钉头连接板908安装于末端执行器连接板905上，工业相机907通过相机连接板906安装于末端执行器连接板904靠近协作机器人1法兰的一侧。自动拧紧枪901优选为马头拧紧枪，包括枪头901a、枪身901b和电缆接头901c，枪头901a的轴心线通过结构设计保证与吸钉头909的轴心线重合，且平行于滑轨，自动拧紧枪901通过电缆接头901c与控制箱3相连接，将数据传输给PLC控制器，实现拧紧枪数据的监测、采集和存储。

本发明中，工件转台7通过转台安装板705固定于水平台2的合适位置，转台伺服电机703通过转台电机固定板704安装于转台安装板705的侧面，转台伺服电机703的输出轴与蜗轮蜗杆减速器702的输入轴通过联轴器相连，蜗轮蜗杆减速器702的输出轴通过螺纹连接于三爪卡盘701的底部中心，待加工的筒件8放置并夹紧于三爪卡盘701上。

本发明还包括螺钉物料盘4，胶水盘5和吸胶棉布6，根据需求可以以任何方式固定于水平台上，螺钉物料盘4用于放置待旋拧的螺钉，胶水盘5用于放置螺纹胶水，吸胶棉布5用于将螺钉上蘸取的多余螺纹胶水吸掉。

本发明进行工作时，首先将筒件8固定于工件转台7的三爪卡盘701上，继而协作机器人1运动到高于筒件8上端面的一个固定位置，定义为初始位置，此位置处工业相机907的轴心线垂直相交于筒件8的轴心线，定义为工业相机907正对于筒件8，且在此位置时，工业相机907的视野覆盖筒件8的整个高度范围。处于初始位置后，控制箱3控制工业相机907开始并持续拍照，同时控制工件转台7上的转台伺服电机703开始转动，经蜗轮蜗杆减速器702减速后，开始带动三爪卡盘701与筒件8缓慢转动，控制箱3持续接收所拍摄是图像并进行处理。当工业相机907拍摄到的图像显示圆柱面上某一螺纹孔的轴心线与工业相机907的轴心线平行时，说明此时圆柱面上近机器人侧与相机轴心线垂直相交的母线上有待安装螺钉的螺纹孔，此时控制箱3发出指令控制工件转台7停止转动，筒件8随之保持静止，之后，控制协作机器人1末端竖直向下慢速移动，同时工业相机907持续拍照，直至拍到形状为正圆的螺纹孔，协作机器人7暂停运动且工业相机907拍摄到的图像经控制箱3中的PLC控制器处理后，给出此孔圆心在机器人坐标系下的坐标，并传输给机器人控制系统进行存储，之后控制协作机器人1的末端继续竖直向下运动，重复识别正圆和传输圆心坐标的过程，直至拍摄完此条母线的全部位置。在得到圆柱面此条母线上所有螺纹孔的坐标后，协作机器人1生成涵盖所得到孔位坐标点的路径程序。协作机器人1开始进行此条母线上的螺纹锁付。首先协作机器人1移动至螺钉物料盘4的上方，吸钉头909垂直正对于待安装的螺钉头的中心，协作机器人1末端向下移动至吸钉头909恰好与待安装螺钉接触，控制箱3控制吸钉头909通气，将螺钉吸起，随后协作机器人1末端移动至胶水盘5上方，垂直向下运动到固定位置，使螺钉的螺纹段蘸取规定长度的胶水，随后协作机器人1末端移动至吸胶棉布6的上方，垂直向下移动至螺钉与棉布接触，使棉布吸取多余的胶水，然后机器人按照工业相机907拍摄的图像信息给出的螺纹孔位置坐标所生成的程序运行，移动至筒件8圆柱面上待拧螺钉的螺纹孔处，控制箱3控制此时枪头901a的轴心线与螺纹孔轴心线重合，使吸钉头909上的螺钉与螺纹孔恰好接触，控制箱3控制丝杠滑轨电机902带动丝杠滑轨910带动自动拧紧枪901向前运动，同时枪头901a高速转动，两个运动相结合，将螺钉拧紧螺纹孔。自动拧紧枪901的拧紧力矩通过电缆接头901c传输到控制箱3中的PLC控制器中，当PLC控制器检测到拧紧力矩达到规定力矩时，发出指令控制丝杠滑轨910与枪头901a均停止运动，恢复至拧螺钉前的状态，吸钉头909断气，此螺钉锁付完成。之后重复吸钉、蘸胶、打钉过程，直至安装完此条母线上所有螺钉。之后协作机器人1运动到初始位置，重复以上从工件转台7缓慢转动至螺钉锁付完成的全部操作，直至完成整个圆柱面上的螺钉锁付作业。

本发明专利并不局限于上述实例，在本发明专利公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明专利的保护范围内。

一种针对筒件圆柱面的自动螺钉锁付机器人系统，系统至少包括水平台，协作机器人，末端旋拧执行器，工件转台，螺钉物料盘，胶水盘，吸胶棉布。所述末端旋拧执行器至少包括自动拧紧枪、丝杠滑轨、工业相机，通过可拆卸的执行器连接板安装于协作机器人上，所述工件转台至少包括转台底座、伺服电机、蜗轮蜗杆减速器和三爪卡盘，所述底座固定于水平台上。

所述丝杠滑轨通过滑轨安装板连接于执行器连接板上；所述自动拧紧枪通过拧紧枪连接板安装于丝杠滑轨上，可沿滑轨做直线运动。

所述末端旋拧执行器上还包括吸钉头，所述吸钉头通过吸钉头连接板安装于丝杠滑轨连接板上，吸钉头的轴心恰好与自动拧紧枪枪头的轴心重合。

所述工件转台的运动受到工业相机所采图像信号与协作机器人信号的协同控制。

还包括控制箱，所述控制箱内设有机器人控制系统和PLC控制器。

本发明提供了自动螺钉装配领域内的一种针对筒件圆柱面的自动螺钉锁付机器人系统，系统至少包括水平台，协作机器人，末端旋拧执行器，工件转台，螺钉物料盘，胶水盘，吸胶棉布。本发明中以末端旋拧执行器作为旋拧动作的直接工具，至少包括自动拧紧枪，丝杠滑轨和工业相机。本发明以工件转台作为安装筒件的机构，至少包括三爪卡盘，涡轮蜗杆减速器和伺服电机。本发明在工作时，由工业相机引导协作机器人部分运功，与末端旋拧执行器的动作及工件转台的运动相互配合，完成螺纹孔位置坐标识别、吸取螺钉、螺钉蘸胶、吸取多余胶水、螺钉锁付过程。本发明改进了现有设备难以在较大型筒件圆柱面上完成自动螺钉锁付的问题，生产效率高，数字化程度高。

Claims (2)

1.一种针对筒件圆柱面的自动螺钉锁付机器人系统，包括水平台（2），其特征在于，水平台（2）上设有至少1组工作机构，工作机构至少包括协作机器人（1）和末端旋拧执行器（9），在水平台（2）上还设有工件转台（7）、控制箱（3）、螺钉物料盘（4）、胶水盘（5）和吸胶棉布（6）；

控制箱（3）内部设有机器人控制系统和PLC控制器，机器人控制系统的功能是实现对协作机器人（1）的控制，PLC控制器的功能是完成除控制协作机器人（1）之外所有的控制功能；

所述的末端旋拧执行器（9）通过末端执行器连接板（905）安装在协作机器人法兰上，丝杠滑轨（910）通过丝杠滑轨连接板（904）安装于末端执行器连接板（905）远离协作机器人（1）法兰的一侧，丝杠滑轨电机（902）通过丝杠滑轨电机固定板（903）安装于丝杠滑轨（910）的后端，自动拧紧枪（901）通过拧紧枪连接板（911）安装于丝杠滑轨（910）的滑块上，在末端旋拧执行器（9）的最前端，吸钉头（909）通过吸钉头连接板（908）安装于末端执行器连接板（905）上，工业相机（907）通过相机连接板（906）安装于末端执行器连接板（904）靠近协作机器人（1）法兰的一侧；

所述的自动拧紧枪（901）包括枪头（901a）、枪身（901b）和电缆接头（901c），枪头（901a）的轴心线通过结构设计保证与吸钉头（909）的轴心线重合，且平行于滑轨，自动拧紧枪（901）通过电缆接头（901c）与控制箱（3）相连接，控制箱（3）中的PLC控制器通过电缆接头（901c）控制自动拧紧枪（901）的动作，同时自动拧紧枪（901）工作过程中产生数据通过电缆接头（901c）传输回PLC控制器进行监测、存储和处理的操作；工件转台（7）包括三爪卡盘（701）、蜗轮蜗杆减速器（702）、转台伺服电机（703）、转台电机固定板（704）和转台安装板（705），转台安装板（705）固定于水平台（2）上，转台伺服电机（703）通过转台电机固定板（704）安装于转台安装板（705）的侧面，转台伺服电机（703）的输出轴与蜗轮蜗杆减速器（702）的输入轴通过联轴器相连，三爪卡盘（701）的底部中心通过螺纹连接在蜗轮蜗杆减速器（702）的输出轴上，待加工的筒件（8）放置并夹紧于三爪卡盘（701）上；

进行工作时，首先将筒件（8）固定于工件转台（7）的三爪卡盘（701）上，继而协作机器人（1）运动到高于筒件（8）上端面的一个固定位置，定义为初始位置，此位置处工业相机（907）的轴心线垂直相交于筒件（8）的轴心线，定义为工业相机（907）正对于筒件（8），且在此位置时，工业相机（907）的视野覆盖筒件（8）的整个高度范围；处于初始位置后，控制箱（3）控制工业相机（907）开始并持续拍照，同时控制工件转台（7）上的转台伺服电机（703）开始转动，经蜗轮蜗杆减速器（702）减速后，开始带动三爪卡盘（701）与筒件（8）缓慢转动，控制箱（3）持续接收所拍摄是图像并进行处理；当工业相机（907）拍摄到的图像显示圆柱面上某一螺纹孔的轴心线与工业相机（907）的轴心线平行时，说明此时圆柱面上近机器人侧与相机轴心线垂直相交的母线上有待安装螺钉的螺纹孔，此时控制箱（3）发出指令控制工件转台（7）停止转动，筒件（8）随之保持静止，之后，控制协作机器人（1）末端竖直向下慢速移动，同时工业相机（907）持续拍照，直至拍到形状为正圆的螺纹孔，协作机器人（1 ）暂停运动且工业相机（907）拍摄到的图像经控制箱（3）中的PLC控制器处理后，给出此孔圆心在机器人坐标系下的坐标，并传输给机器人控制系统进行存储，之后控制协作机器人（1）的末端继续竖直向下运动，重复识别正圆和传输圆心坐标的过程，直至拍摄完此条母线的全部位置；在得到圆柱面此条母线上所有螺纹孔的坐标后，协作机器人（1）生成涵盖所得到孔位坐标点的路径程序；协作机器人（1）开始进行此条母线上的螺纹锁付。

2.根据权利要求1所述的一种针对筒件圆柱面的自动螺钉锁付机器人系统，其特征在于，控制箱（3）上设有指示灯，指示灯的电路与控制箱（3）内的PLC控制器连接。

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