CN113894517A - 基于视觉的螺钉自动扶正及拧紧装置 - Google Patents

Abstract

一种基于视觉的螺钉自动扶正及拧紧装置，包括：设置于平台框架上方的摄像头和用于提供螺钉拧紧和扶正的动力的拧螺钉及扶正驱动单元以及设置于平台框架下方的拧螺钉结构和用于倾斜未入孔的螺钉的扶正机构，本装置能够自动识别螺钉倾斜姿态、位置，并通过自动扶正机构对螺钉进行扶正，自动拧紧装置实现自动拧紧的机器人。该装置前部设置于摄像头和光源，可通过几何特征识定位螺钉的位置和姿态，并自动实现扶正并完成螺钉拧紧作业并达到设定的扭矩。本发明适用于任意自动拧螺钉作业中螺钉的扶正。

Description

基于视觉的螺钉自动扶正及拧紧装置

技术领域

本发明涉及的是一种机器人领域的技术，具体是一种基于视觉的螺钉自动扶正及拧紧 装置。

背景技术

采用机器人或者自动拧紧装置拧紧螺钉时，时常出现螺钉初始姿态倾斜，导致自动拧 紧机构无法正确与螺钉接触，从而无法拧紧导致功能失效。本本明针对螺钉初始姿态倾斜下 需要扶正的作业需求，采用视觉自动识别螺钉的姿态，并通过扶正装置实现螺钉的自动扶 正。在此基础上实现自动螺钉拧紧作业。本发明提高了自动拧螺钉作业的成功率，提高了生 产效率和质量。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于视觉的螺钉自动扶正及拧紧装 置，能够自动识别螺钉倾斜姿态、位置，并通过自动扶正机构对螺钉进行扶正，自动拧紧装 置实现自动拧紧的机器人。该装置前部设置于摄像头和光源，可通过几何特征识定位螺钉的 位置和姿态，并自动实现扶正并完成螺钉拧紧作业并达到设定的扭矩。本发明适用于任意自 动拧螺钉作业中螺钉的扶正。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种可设置于机器人及任意运动平台上的基于视觉导引的自动拧螺钉及扶 正装置，包括：设置于平台框架上方的摄像头和用于提供螺钉拧紧和扶正的动力的拧螺钉及 扶正驱动单元以及设置于平台框架下方的拧螺钉结构和用于倾斜未入孔的螺钉的扶正机构， 其中：平台框架设置于机器人或者平台的末端，拧螺钉及扶正驱动单元和拧螺钉结构同轴连 接，拧螺钉结构和扶正装置相互啮合，摄像头和光源设置于装置前部用于进行螺钉的特征识 别并精确定位其位置和姿态，同时可提供被测特征的图像信息给操作人员，拧螺钉结构通过 控制驱动电机的力矩模式控制螺钉的拧紧力矩。

技术效果

本发明整体解决了现有技术在螺钉倾斜时无法及时扶正导致无法拧紧或拧紧效果较差 的问题；

与现有技术相比，本发明采用摄像头自动搜索箱内螺钉头的形状特征，并自动调整螺 丝刀到螺钉头的中心，采用电机驱动拧紧刀头及压簧实现螺钉头的Z向顺应运动；采用控制 伺服电机的电流控制拧紧力矩，从而满足拧螺钉的固定力矩需求；当螺钉发生倾斜时，采用 扶正装置实现螺钉的自动扶正。该发明提高了生产效率和质量，提升了自动化和智能化水 平。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：101摄像头、102拧螺钉及扶正驱动单元、103平台框架、104拧螺钉结构、 105扶正机构；

图2为X向平移及拧螺钉机构图；

图中：201连接法兰、202齿轮、203刀座、204导向杆、205压簧、206轴端挡板、 207刀杆；

图3为螺钉扶正装置图：

图中：301第一端盖、302轴承座、303支撑框架、304外套筒、305内套筒、306轴 承、307传动杆、308齿轮、309离合器法兰盘、310离合器定子、311离合器动盘、312曲杆、 313连杆、314扶正执行器、315连接板、316离合器传动轴、317第二端盖、318轴承盖、 319轴承、320螺杆、321中心轴、322螺母。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及一种可设置于机器人及任意运动平台上的基于视觉导引 的自动拧螺钉及扶正装置，包括：设置于平台框架103上方的摄像头101和用于提供螺钉拧 紧和扶正的动力的拧螺钉及扶正驱动单元102以及设置于平台框架103下方的拧螺钉结构 104和用于倾斜未入孔的螺钉的扶正机构105，其中：平台框架103设置于机器人或者平台 的末端，拧螺钉及扶正驱动单元102和拧螺钉结构104同轴连接，拧螺钉结构104和扶正机 构105相互啮合，摄像头101和光源设置于装置前部用于进行螺钉的特征识别并精确定位其 位置和姿态，同时可提供被测特征的图像信息给操作人员，拧螺钉结构104通过控制驱动电 机的力矩模式控制螺钉的拧紧力矩。

所述的拧螺钉及扶正驱动单元102包括伺服电机、减速器、编码器。

所述的扶正机构105中的离合器用于将动力从驱动单元传递到扶正执行器，当拧螺钉 作业时，离合器断开；当扶正作业时，离合器接通。

如图2所示，所述的拧螺钉结构104包括：依次相连的连接法兰201、刀座203、轴 端挡板206以及设置于刀座203内的导向杆204、压簧205和刀杆207，其中：驱动单元 102的安装端面与刀座203之间通过连接法兰201连接，在连接法兰上加工有齿轮202，用 于将驱动单元的动力传递给扶正装置，刀杆17在螺丝刀座13内腔通过压簧15顶紧，并通过 轴端挡板16封装在螺丝刀座5内并可沿Z向沿着导向杆14导向，当进行拧螺钉作业时，可 通过控制电机的电流控制螺钉的拧紧力。

如图3所示，所述的扶正机构105设置于支撑框架303上，具体包括：传动杆307以及由上而下依次设置于传动杆307上的第一端盖301、轴承座302、齿轮308、离合器法兰盘309、离合器定子310、离合器动盘311、离合器传动轴316和第二端盖317、中心轴321以 及设置于中心轴321上的螺杆320、中心轴321、螺母322、曲杆312、连杆313和扶正执行 器314，其中：轴承座302通过螺钉与支撑框架303固定连接，传动杆307通过内套筒305 和轴承306的内圈连接，轴承306的外圈通过外套筒304和轴承座302相连，齿轮308与拧 螺钉结构104上的齿轮啮合，将拧螺钉的动力同时传递到扶正装置上，传动杆307和离合器 传动轴316通过键连接，第二端盖317通过螺钉与传动杆307固定连接，离合器动盘311分 别与轴承盖318通过螺钉固定连接，与螺杆320通过螺钉固定连接；当离合器接合时，可将 动力传递到螺杆上，在支撑框架上设置于连接板315，连接板315和离合器法兰盘8以及离 合器定子通过螺钉连接，在连接板315上开有一长槽，在螺杆21上设置于螺母322，螺母 322上焊接一限位杆，该限位杆只能在连接板315的长槽里做上下平动，从而限制螺母的旋 转运动。在螺母322上固定铰接点按照120度间隔设置3个曲杆312，螺杆19内部安装中心 轴321，同时在心轴上的固定铰接点上按照120度间隔设置于3根连杆313，连杆和曲杆通 过销铰接。在曲杆的末端有三个扶正执行器314，当螺母上下运动时，将带动扶正执行器做向 心开合运动，从而实现螺钉的扶正。

本装置在曲杆长度为34mm及15mm(与水平线夹角30度)，连杆长度为24mm时， 扶正机构的水平运动范围为：26.2mm～6mm，张开角度取决于螺杆运动角度，与现有技术相 比，本装置可适应多种尺寸螺钉的多种倾斜方向，具有良好的鲁棒性。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式 对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范 围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (7)

1.一种可设置于机器人及任意运动平台上的基于视觉导引的自动拧螺钉及扶正装置，其特征在于，包括：设置于平台框架上方的摄像头和用于提供螺钉拧紧和扶正的动力的拧螺钉及扶正驱动单元以及设置于平台框架下方的拧螺钉结构和用于倾斜未入孔的螺钉的扶正机构，其中：平台框架设置于机器人或者平台的末端，拧螺钉及扶正驱动单元和拧螺钉结构同轴连接，拧螺钉结构和扶正机构相互啮合，摄像头和光源设置于装置前部用于进行螺钉的特征识别并精确定位其位置和姿态，同时可提供被测特征的图像信息给操作人员，拧螺钉结构通过控制驱动电机的力矩模式控制螺钉的拧紧力矩。

2.根据权利要求1所述的自动拧螺钉及扶正装置，其特征是，所述的拧螺钉及扶正驱动单元包括伺服电机、减速器、编码器。

3.根据权利要求1所述的自动拧螺钉及扶正装置，其特征是，所述的拧螺钉结构包括：依次相连的连接法兰、刀座、轴端挡板以及设置于刀座内的导向杆、压簧和刀杆，其中：驱动单元的安装端面与刀座之间通过连接法兰连接，在连接法兰上加工有齿轮，用于将驱动单元的动力传递给扶正装置，刀杆在螺丝刀座内腔通过压簧顶紧，并通过轴端挡板封装在螺丝刀座内并可沿Z向沿着导向杆导向，当进行拧螺钉作业时，可通过控制电机的电流控制螺钉的拧紧力。

4.根据权利要求1所述的自动拧螺钉及扶正装置，其特征是，所述的扶正机构设置于支撑框架上，具体包括：传动杆以及由上而下依次设置于传动杆上的第一端盖、轴承座、齿轮、离合器法兰盘、离合器定子、离合器动盘、离合器传动轴和第二端盖、中心轴以及设置于中心轴上的螺杆、中心轴、螺母、曲杆、连杆和扶正执行器，其中：轴承座通过螺钉与支撑框架固定连接，传动杆通过内套筒和轴承的内圈连接，轴承的外圈通过外套筒和轴承座相连，齿轮与拧螺钉结构上的齿轮啮合，将拧螺钉的动力同时传递到扶正装置上，传动杆和离合器传动轴通过键连接，第二端盖通过螺钉与传动杆固定连接，离合器动盘分别与轴承盖通过螺钉固定连接，与螺杆通过螺钉固定连接；当离合器接合时以将动力传递到螺杆上，在支撑框架上设置于连接板，连接板和离合器法兰盘以及离合器定子通过螺钉连接，在连接板上开有一长槽，在螺杆上设置于螺母，螺母上焊接一限位杆，该限位杆只能在连接板的长槽里做上下平动，从而限制螺母的旋转运动。

5.根据权利要求4所述的自动拧螺钉及扶正装置，其特征是，所述的螺母上固定铰接点按照度间隔设置3个所述的曲杆，螺杆内部安装中心轴，同时在心轴上的固定铰接点上按照度间隔设置于根连杆，连杆和曲杆通过销铰接。

6.根据权利要求4所述的自动拧螺钉及扶正装置，其特征是，所述的曲杆的末端有三个扶正执行器，当螺母上下运动时，将带动扶正执行器做向心开合运动，从而实现螺钉的扶正。

7.根据权利要求4所述的自动拧螺钉及扶正装置，其特征是，所述的离合器用于将动力从驱动单元传递到扶正执行器，当拧螺钉作业时，离合器断开；当扶正作业时，离合器接通。

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