CN114619235A - 螺丝锁附设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺丝锁附设备，该设备包括驱动单元、压紧单元、锁附单元和控制单元，锁附单元与驱动单元连接，驱动单元用于驱动锁附单元至锁附位置，压紧单元用于压紧工件，锁附单元包括锁丝机构和距离传感器，距离传感器用于监测距离，距离传感器的感应方向与锁丝机构的锁附方向相对应；控制单元用于控制驱动单元运动，控制单元还用于控制压紧单元调节压紧位置，并且控制单元还用于控制锁丝机构执行锁附。距离传感器的感应位置与锁丝机构的锁附位置相对应，使得锁丝机构移动至锁附位置的同时，距离传感器同步完成孔位和高度确认，自适应调整锁丝机构至最佳工况，在处理多变的定制厚度板材或有表面变形的板材时提高锁附效率和质量。

Description

螺丝锁附设备

技术领域

本发明涉及锁附技术领域，尤其涉及一种螺丝锁附设备。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

在柜体板自动螺丝锁附过程中，一方面柜体板本身厚度会直接决定电批头起步高度，决定锁附行程。另一方面，因为家具板材本身硬度有限，过度受力、受潮、受热等原因都会引发柜体板的翘曲、变形，这都导致传统基于图纸或预设加工路径程序的机构会因为无法根据板材的局部变形做出自适应调整而影响锁附质量。

发明内容

本发明的目的是至少解决在板材锁附时，由于板材厚度变化影响锁附质量和效率的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提出了一种螺丝锁附设备，所述螺丝锁附设备包括：

驱动单元；

压紧单元，所述压紧单元用于压紧工件；

锁附单元，与所述驱动单元连接，所述驱动单元用于驱动所述锁附单元至锁附位置，所述锁附单元包括锁丝机构和距离传感器，所述锁丝机构用于对工件进行锁附，所述距离传感器用于监测自身与所述工件之间的距离，所述距离传感器的感应方向与所述锁丝机构的锁附方向相对应；

控制单元，分别与所述驱动单元、所述压紧单元和所述锁附单元电连接，所述控制单元用于控制所述驱动单元运动，所述控制单元还用于控制所述压紧单元调节压紧位置，并且所述控制单元还用于控制所述锁丝机构执行锁附。

根据本发明的螺丝锁附设备通过在锁附单元加设距离传感器，并且距离传感器的感应位置与锁丝机构的锁附位置相对应，使得设备在螺丝锁附过程中，锁丝机构移动至锁附位置的同时，通过距离传感器同步获得实时深度（高度）信息，同时完成孔位和高度确认，并通过对板材待锁附区域厚度的智能判断，自适应调整锁丝机构行动路径，根据测量结果调节锁丝头至最佳工作高度，在处理多变的定制厚度板材或有表面变形的板材时提高锁附效率和质量。

另外，根据本发明的螺丝锁附设备，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述螺丝锁附设备还包括视觉传感器和全局相机，所述控制单元分别与所述全局相机和所述控制单元电连接，所述视觉传感器用于识别所述工件的锁附位置，所述视觉传感器的监测方向与所述锁丝机构的锁附方向相交，所述全局相机用于识别所述工件的锁附位置。

在本发明的一些实施例中，所述锁丝机构包括：

电机；

轴系组件，所述轴系组件的一端与所述电机的输出端传动连接；

批头，与所述轴系组件的另一端连接。

在本发明的一些实施例中，所述轴系组件包括：

套筒，所述套筒的一端与所述电机的输出端传动连接，所述套筒的内部设有内花键；

花键轴，与所述内花键啮合，所述花键轴远离所述套筒的一端与所述批头连接；

并且，所述锁丝机构还包括：

批头轴套，所述批头轴套以可转动的方式套设在所述批头的外侧，所述批头轴套和所述批头之间设有轴向限位结构；

气缸，所述气缸的气缸杆与所述批头轴套连接并且平行设置，所述气缸与所述控制单元电连接。

在本发明的一些实施例中，所述锁丝机构还包括第一光电传感器、第二光电传感器和感应件，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器设置在所述驱动单元上，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器分别与所述控制单元电连接，所述感应件设置在所述锁丝机构上，所述第一光电传感器设置在所述第二光电传感器沿竖直方向的上方，所述感应件对应所述第一光电传感器所在的竖直方向设置。

在本发明的一些实施例中，所述距离传感器的感应方向与所述视觉传感器的监测方向呈V形布置，所述锁丝机构设置在所述距离传感器和所述视觉传感器之间。

在本发明的一些实施例中，所述距离传感器的感应方向与所述锁丝机构的锁附方向之间夹角的角度大于所述距离传感器的感应方向与水平方向之间夹角的角度，所述视觉传感器的监测方向与所述锁丝机构的锁附方向之间夹角的角度大于所述视觉传感器的监测方向与水平方向之间夹角的角度。

在本发明的一些实施例中，所述轴系组件包括两个所述气缸，所述两个气缸分别设置在所述批头轴套的径向外侧，所述轴系组件还包括连接件，所述连接件套设在所述批头轴套上，所述连接件的两端分别与所述两个气缸的气缸杆连接。

在本发明的一些实施例中，所述压紧单元包括：

压紧件，所述压紧件用于压紧所述工件；

驱动件，所述驱动件用于驱动所述压紧件至压紧位置或驱动所述工件使其压紧位置与所述压紧件对齐。

在本发明的一些实施例中，所述控制单元包括：

螺孔定位模块，用于对所述工件上的螺孔进行摄像定位；

压紧位置确定模块，用于根据预设策略和所述螺孔定位模块的定位结果确定最优压紧位置；

控制模块，用于控制压紧单元在所述最优压紧位置压紧所述工件。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施方式的螺丝锁附设备的结构示意图；

图2示意性地示出了根据本发明实施方式的螺丝锁附设备（底座和龙门架未示出）的第一视角的结构示意图；

图3示意性地示出了根据本发明实施方式的螺丝锁附设备（底座和龙门架未示出）的第二视角的结构示意图；

图4示意性地示出了根据本发明实施方式的锁附单元的结构示意图；

图5示意性地示出了根据本发明实施方式的距离传感器、视觉传感器和批头的布置结构示意图；

图6示意性地示出了根据本发明实施方式的压紧单元结构示意图；

图7示意性地示出了根据本发明实施方式的最优压紧位置的示意图；

附图标记如下：

10：板材；

20：底座、211：第一电机、212：第一丝杠、213：龙门架、221：第二电机、231：第三电机、232：滑轨；

30：旋转电机、31：联轴器、32：套筒、33：花键轴、34：批头、35：批头轴套、36：气缸、37：支架、38：固定板；

40：距离传感器、41：视觉传感器、42：第一光电传感器、43：第二光电传感器；

51、压辊，52、气缸，53、辊子固定块，54、固定座，55、导向轴，56、直线轴承。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面” 或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向（旋转90度或者在其它方向）并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1至图5所示，本发明的第一方面提出了一种螺丝锁附设备，螺丝锁附设备包括：

驱动单元、锁附单元和控制单元，锁附单元与驱动单元连接，驱动单元用于驱动锁附单元至锁附位置，锁附单元包括锁丝机构和距离传感器40，锁丝机构用于对工件进行锁附，距离传感器40用于监测自身与工件之间的距离，距离传感器40的感应方向（图5中a向）与锁丝机构的锁附方向（图5中c向）相对应，控制单元，分别与驱动单元、压紧单元和锁附单元电连接，控制单元用于控制驱动单元运动，控制单元还用于控制压紧单元调节压紧位置，并且控制单元还用于控制锁丝机构执行锁附。

驱动单元作为螺丝锁附设备的底盘和锁附单元的驱动装置，可通过轨道配合电机、丝杠等驱动机构实现，具体地，根据板材10外形设置轨道，例如两个平行的第一轨道，其上加设第二轨道，第二轨道上设置竖直方向的第三轨道，第二轨道通过电机驱动丝杠的方式在第一轨道上滑动，第三轨道通过电机配合齿轮的方式沿第二轨道滑动，锁丝机构设置在第三轨道，通过电机配合齿轮沿第三轨道滑动，由此实现了锁丝机构在xyz轴上的移动，使得其能够定位至锁附位置，锁丝机构的定位根据控制单元控制自动化进行。

锁附单元为锁附的执行装置，可通过电机传动连接批头34实现，锁附单元整体沿竖直方向设置便于由上至下实行锁附，电机设置在顶端，中间通过传动结构连接批头34，批头34与螺丝连接，电机带动批头34转动，同时锁附单元竖直向下移动实现对螺丝的拧紧，锁附在板材10上。

距离传感器40设置在锁丝机构的侧部，为方便其与锁丝机构的目标位置相对应，距离传感器40可相对于竖直方向呈角度设置，将距离传感器40与锁丝机构呈V形布置，使得距离传感器40的感应点对准锁丝机构的目标位置，由此，在锁丝机构移动至锁附位置时，距离传感器40可同步监测与板材10的距离信号，并传输至控制单元，控制单元根据距离信号计算获得板材10的厚度，进而对锁丝机构的高度进行调整，高效准确地完成锁附动作。

根据本发明的螺丝锁附设备通过在锁附单元加设距离传感器40，并且距离传感器40的感应位置与锁丝机构的锁附位置相对应，使得设备在螺丝锁附过程中，锁丝机构移动至锁附位置的同时，通过距离传感器40同步获得实时深度（高度）信息，同时完成孔位和高度确认，并通过对板材10待锁附区域厚度的智能判断，自适应调整锁丝机构行动路径，根据测量结果调节锁丝头至最佳工作高度，在处理多变的定制厚度板材10或有表面变形的板材10时提高锁附效率和质量。

在本发明的一些实施例中，螺丝锁附设备还包括视觉传感器41和全局相机，控制单元分别与全局相机和控制单元电连接，视觉传感器41用于识别工件的锁附位置，视觉传感器41的监测方向（图5中b向）与锁丝机构的锁附方向相对应，全局相机用于识别工件的锁附位置。视觉传感器41设置在锁丝机构的侧部，与控制单元电连接实现数据传输，其功能是对锁附孔进行识别，确定锁附的目标孔和孔的规格尺寸，视觉传感器41对板材10的局部区域进行视觉感知，将视觉信号传递给控制单元，控制单元内置的识别模块通过算法软件对视觉信号进行分析实现对锁附孔的识别。全局相机则设置在螺丝锁附设备的高处，其用于对工件的整体进行监控，将监控信号传递给控制单元，控制单元根据监控信号初步判断锁附孔的位置，然后将锁丝机构移动至判断出的初步位置再通过视觉传感器41进行进一步确定锁附孔的精确位置和规格尺寸。

在本发明的一些实施例中，锁丝机构包括旋转电机30、轴系组件和批头34，轴系组件的一端与旋转电机30的输出端传动连接；批头34与轴系组件的另一端连接。锁丝机构通过支架37与第三驱动机构连接，旋转电机30设置在支架37的顶端，轴系组件包括联轴器31、输出轴、套筒32等传动件，通过设置轴系组件以实现旋转电机30稳定输出至批头34，批头34用于连接需要锁附的螺丝。

在本发明的一些实施例中，轴系组件包括套筒32和花键轴33，套筒32的一端与旋转电机30的输出端传动连接，套筒32的内部设有内花键；批头34与内花键啮合，花键轴33远离套筒32的一端与批头34连接。

并且，锁丝机构还包括批头轴套35和气缸36，批头轴套35以可转动的方式套设在批头34的外侧，批头轴套35和批头34之间设有轴向限位结构，气缸36的气缸36杆与批头轴套35连接并且平行设置，气缸36与控制单元电连接。

锁丝机构进行锁丝动作时，旋转电机30旋转，通过联轴器31带动套筒32转动，套筒32呈中空结构，套筒32的内部设计有内花键，花键轴33可在套筒32内部上下滑动。当套筒32旋转时，花键轴33同时跟着转动。花键轴33与批头34硬连接，两者中间连接处安装有批头轴套35，批头34可在轴套中转动；批头轴套35两侧分别连接一个气缸轴。当气缸36动作，将气缸轴伸出时，带动批头轴套35沿Z方向（垂直方向）向下运动，间接带动批头34和花键轴33沿Z方向向下运动，同时还保持旋转状态。反之当气缸36动作，将气缸轴缩回时，带动批头轴套35沿Z方向向上运动，间接带动批头34和花键轴33沿Z方向向上运动，同时还保持旋转状态，使得批头34能够通过气缸36和z轴驱动机构实现两段式竖直运动，在执行锁附时能够更加精确，并且提高适用性。

在本发明的一些实施例中，锁丝机构还包括第一光电传感器42、第二光电传感器43和感应件，第一光电传感器42和第二光电传感器43设置在固定板38上，第一光电传感器42和第二光电传感器43分别与控制单元电连接，感应件设置在锁丝机构上，第一光电传感器42设置在第二光电传感器43沿竖直方向的上方，感应件对应第一光电传感器42的所在竖直方向的设置。第一光电传感器42、第二光电传感器43和感应件可选用常规光电传感器和感应件，通过设置第一光电传感器42、第二光电传感器43和感应件，当锁丝机构沿竖直方向移动时，第一光电传感器42作为锁丝机构的位移上限，能够在锁丝机构到达预设上限位置时，通过第一光电传感器42感应到感应片，控制单元接收第一光电传感器42的信号，控制锁丝机构不再继续上移；同理，第二光电传感器43作为锁丝机构的位移下限，能够在锁丝机构到达预设下限位置时，通过第二光电传感器43感应到感应片，控制单元接收第二光电传感器43的信号，控制锁丝机构不再继续下移，简单便捷地实现了锁丝机构的竖直方向限位，提高了锁附动作的精确性和可靠性。

在本发明的一些实施例中，距离传感器40的感应方向与视觉传感器41的监测方向呈V形布置，锁丝机构设置在距离传感器40和视觉传感器41之间。锁丝机构居中设置，距离传感器40和视觉传感器41分别布置在锁丝机构的两侧，距离传感器40和视觉传感器41可通过卡接或者螺接的方式固定在锁丝机构上，例如将距离传感器40和视觉传感器41固定在固定板38上，相对于竖直方向倾斜布置，使得距离传感器40的感应方向和视觉传感器41的监测方向与锁丝机构的锁丝位置相对应，在批头34移动到孔位上方时，已经同步完成测距，可实时启动锁附操作，使螺丝锁附装置能够在锁丝机构移动至目标孔位的同时检测板材10厚度和对目标孔进行识别，加快锁附效率和精度。

在本发明的一些实施例中，距离传感器40的感应方向与锁丝机构的锁附方向之间夹角的角度大于距离传感器40的感应方向与水平方向之间夹角的角度，视觉传感器41的监测方向与锁丝机构的锁附方向之间夹角的角度大于视觉传感器41的监测方向与水平方向之间夹角的角度。使得距离传感器40的感应方向和视觉传感器41的监测方向更加接近于垂直板材，如此设置能够使距离传感器40和视觉传感器41在感应时避免板材上孔壁的干扰伸入至目标孔内，同时接近垂直角度的感应使得传感器的检测效果更加精确。具体地，可在固定板38上设置传感器座，用于固定视觉传感器41和距离传感器40，并且传感器座可转动，以实现调节感应角度。

在本发明的一些实施例中，轴系组件包括两个气缸36，两个气缸36分别设置在批头轴套35的径向外侧，轴系组件还包括连接件，连接件套设在批头轴套35上，连接件的两端分别与两个气缸36的气缸杆连接。通过设置左右两个气缸36驱动批头轴套35沿竖直方向运动，使得批头轴套35的竖直运动更加稳定。连接件的设置加强了批头轴套35与气缸杆之间的连接可靠性。具体地，连接件可设置为平片型，其中部设有通孔，批头轴套35穿设并卡接在通孔中实现固定，连接件的两端通过卡接或者螺接的方式与气缸杆连接。

在本发明的一些实施例中，压紧单元包括压紧件和驱动件，压紧件用于压紧工件，驱动件用于驱动压紧件至压紧位置或驱动工件使其压紧位置与压紧件对齐。

具体地，如图6所示，压紧件可包括：压辊51、气缸52、辊子固定块53、固定座54、导向轴55以及直线轴承56。压紧件包括压辊51、气缸52、辊子固定块53、导向轴55以及直线轴承56，连接件包括固定座54，驱动件可选用直线运动机构驱动固定座54运动以调整压紧位置，直线运动机构可以是丝杠机构或者电动推杆机构或者齿轮齿条机构等等。其中，压辊51安装在辊子固定块53上，直线轴承56穿过导向轴55，也安装在辊子固定块53上，气缸52的缸体安装在固定座54上，气缸52的气缸轴与辊子固定块53连接。当电磁阀动作，气缸轴伸出时，带动辊子固定块53向下运动，压辊51一并动作，将工件压紧；当电磁阀动作，气缸轴缩回时，带动辊子固定块53向上运动，压辊51一并动作，将压辊51抬离工件，实现对工件（如家具板材）的压紧固定，压紧件还可以是其他可执行压紧操作的机构。

当压紧位置确定模块根据预设策略和所述螺孔定位模块的定位结果确定最优压紧位置后，驱动件可驱动压紧件运动至最优压紧位置对工件进行压紧，驱动件还可以驱动工件使得工件的最优压紧位置与压紧件对齐，从而实现在最优压紧位置压紧工件。具体地，驱动件可以是直线运动机构的形式，例如丝杠机构、电动推杆机构或者齿条齿轮机构等，将压紧件的支架与驱动件的运动部连接，驱动件可驱动压紧件在水平方向上移动以调节压紧件与工件的相对位置。驱动件还可以是传送带的形式，布置两个运动方向相互垂直的传送带，压紧件固定在一处，将工件放置在传送带上，全局相机与传送带联动，控制单元确定最佳压紧位置后，传送带驱动工件运动，将工件的最佳压紧位置与压紧件对齐，或者驱动件采用滚轮机构，工件放置在滚轮上，滚轮转动即可驱动工件在水平方向运动，实现将工件的最佳压紧位置与压紧件对齐。

在本发明的一些实施例中，驱动单元包括底座20、y轴滑动组件、x轴滑动组件和z轴滑动组件，y轴滑动组件可相对滑动地设置于底座20上，x轴滑动组件可相对滑动地设置于y轴滑动组件上，z轴滑动组件可相对滑动地设置于x轴滑动组件上，锁附单元与z轴滑动组件连接，控制单元分别与x轴滑动组件、y轴滑动组件、z轴滑动组件电连接。底座20包括导轨，y轴滑动组件坐落在导轨上，y轴滑动组件可通过电机驱动齿轮沿底座20的齿轨移动，也可是底座20上的丝杠与y轴滑动组件传动连接，通过电机驱动丝杠转动进而带动y轴滑动组件沿y轴移动。x轴滑动组件也通过电机配合齿轮与齿轨的方式沿y轴滑动组件移动，或者通过电机驱动丝杠的方式沿y轴滑动组件移动。x轴滑动组件和y轴滑动组件构成水平面上位置调整功能结构，使得锁附单元能够通过x轴滑动组件和y轴滑动组件在水平方向上调整位置，移动至板材10的锁附位置。z轴滑动组件的作用是在竖直方向上调整锁附单元的位置，z轴滑动组件同样可通过电机齿轮齿条机构或者丝杠机构实现竖直滑动。

在本发明的一些实施例中，底座20包括两个平行设置的底轨和第一驱动机构，y轴滑动组件包括龙门架213，龙门架213架设在两个底轨上，第一驱动机构与龙门架213连接，第一驱动机构驱动龙门架213沿底轨的长度方向滑动。第一驱动机构包括第一电机211和第一丝杠212，第一丝杠212沿底轨的长度方向设置在底轨上，龙门架213与第一丝杠212传动连接，第一电机211设置在底轨的端部并且与第一丝杠212传动连接，使得第一电机211能够驱动第一丝杠212转动进而带动龙门架213沿底轨滑动，实现锁附单元的y轴位置调整。

在本发明的一些实施例中，x轴滑动组件包括固定板38和第二驱动机构，第二驱动机构与固定板38连接，第二驱动机构驱动固定板38沿龙门架213的长度方向滑动，z轴滑动组件包括第三驱动机构和滑轨232，滑轨232沿固定板38的高度方向设置，第三驱动机构与锁附单元连接，第三驱动机构包括第三电机231和滑轨232，第三电机231驱动锁附单元沿滑轨232滑动。第二驱动机构包括第二电机221和第二丝杠，第二丝杠沿龙门架213的长度方向设置在龙门架213上，第二电机221设置在龙门架213的端部并且与第二丝杠传动连接，固定板38作为锁附单元的装配板，其作用是用于固定锁附单元，固定板38与第二丝杠传动连接，使得第二电机221能够驱动第二丝杠转动进而带动固定板38沿龙门架213滑动，实现锁附单元的x轴位置调整。

在本发明的一些实施例中，控制单元包括：

螺孔定位模块，用于对工件上的螺孔进行摄像定位；

压紧位置确定模块，用于根据预设策略和螺孔定位模块的定位结果确定最优压紧位置；

控制模块，用于控制压紧单元在最优压紧位置压紧工件。

其中，螺孔定位模块包括全局相机和局部双目立体相机，各相机通过对工件（例如板材）进行拍摄，并传输拍摄信号给压紧位置确定模块，压紧位置确定模块包括处理器和存储器，存储器用于存储预存数据和计算数据，处理器用于接收拍摄信号，并根据存储器的预存策略，结合拍摄信号确定最佳压紧位置，控制模块对压紧单元进行控制，使其移动至最佳压紧位置对工件进行压紧。

控制单元的控制逻辑如下：

S101、根据全局相机和局部双目立体相机对板材上的螺孔进行定位。

面向定制化柜体板自动锁螺丝需求，提出基于多视觉传感及双目视觉技术的螺孔精准定位方法。通过多视觉传感技术高效实现工件孔位分布识别，局部相机运动路径规划和精准孔位识别。通过双目视觉技术，排除其中已经锁付的圆形工件，准确定位需要锁付的螺孔位。

在一种可能的实现方式中，首先，根据全局相机获取的全局图像进行板材边缘检测，得到板材边缘区域坐标范围；在板材边缘区域坐标范围内进行螺孔区域定位，得到在板材边缘区域坐标范围内的螺孔区域位置特征；基于螺孔区域位置特征划分多工位各自的工作区域；分别对每个工位的工作区域内的所有螺孔规划锁付路径；分别基于规划的螺孔锁付路径引导载有双目立体相机的电批头移动，并采集各自移动区域内每个螺孔的局部图像；对每个螺孔的局部图像进行轮廓提取，得到每个螺孔的深度图像轮廓图；根据每个螺孔的深度图像轮廓图定位螺孔圆心，得到每个螺孔的图像圆心坐标。根据每个螺孔的图像圆心坐标进行空间坐标的转换，以使得电批头根据螺孔空间圆心坐标进行锁付。

其中，根据全局相机获取的全局图像进行板材边缘检测，得到板材边缘区域坐标，包括：对全局相机获取的全局图像进行灰度处理；对灰度处理后的全局图像使用X轴、Y轴方向模板分别沿着X轴、Y轴做卷积，将方向模板的中心和图像上的某个像素重合，并将该像素周围的点与模板上的系数相乘，再进行梯度运算，以得到板材边缘区域坐标。

其中，所述在所述板材边缘区域坐标范围内进行螺孔区域定位，得到在板材边缘区域坐标范围内的螺孔区域位置特征，包括：在所述板材边缘区域坐标范围通过连通域分析，提取各个区域的链码表和线性表；根据链码表和线性表分别计算出区域边界轮廓的长度、周长、面积及中心；根据所述区域边界轮廓的长度、周长、面积及中心，进行螺孔区域定位，得到螺孔区域位置特征。

其中，所述基于所述螺孔区域位置特征划分多工位各自的工作区域，包括：将螺孔转化为网络中的节点，螺孔圆心之间的路径为网络中的边，螺孔圆心间距离为边的权值，得到节点集；根据权值矩阵，将节点中的边按权值从大到小排序；选择权值最大的节点作为各工位工作范围的种子节点；在未归属节点中寻找与种子节点产生最小权值的节点，将所述最小权值的节点归属于该种子节点所在工作区域，并标记为已归属节点，直至所有节点都已标记为已归属节点，得到划分后多工位各自的工作区域。

其中，所述分别对每个工位的工作区域内的所有螺孔规划锁付路径，包括：利用蚁群算法计算电批头遍历工作区域内的每个螺孔圆心坐标并返回原处的最短距离，作为每个螺孔的螺孔锁付路径。

其中，所述根据每个螺孔的深度图像轮廓图定位螺孔圆心，得到每个螺孔的图像圆心坐标，包括：在每个螺孔的深度图像轮廓图的圆心坐标和半径的最大值和最小值之间建立离散的参数空间，在参数空间对目标检测的候选区域内的每一点做变换，分别计算所有的点的圆心坐标和半径的值，得到螺孔的个数和每个螺孔的图像圆心坐标。

通过该步骤，可以对不同形状的板材上的螺孔进行自动定位。

S102、根据定位后的螺孔形成网络图，并根据网络图以及预设的网络分割算法确定最优压紧位置。

基于多视觉传感及双目视觉技术进行螺孔精准定位之后，仅定位是无法完成螺钉锁附操作的，工件的装夹和固定也是锁附操作的一个重要前提。因此，根据定位后的螺孔形成网络图，并根据网络图以及预设的网络分割算法确定最优压紧位置。

首先，根据定位后的螺孔构造网络图G，将螺孔作为网络图中的节点，节点位置即螺孔圆心坐标，将螺孔圆心之间的连线作为网络图中的边，将螺孔圆心之间的距离作为网络图中边的权重。图中节点集为C（G）。

进一步地，将构造的网络图划分为多个子网络。

具体地，确定待划分的子网络的数量，可根据采用的机械臂的数量确定待划分的子网络的数量，例如，采用两个机械臂时划分两个子网络，采用四个机械臂时，划分4个子网络，可根据实际情况设定，本申请实施例不做具体限定。

将网络图中的边按照权重从大到小排序，得到排序后的数组EdgeList，将排在前面的相应数量条权重较大的边对应的两个节点作为种子节点，种子节点的数量与子网络的数量相等，因此，可根据种子节点与子网络的数量相等，确定选取权重较大的边的数量。以设定两个子网络为例，需要两个种子节点，只选取权重最大的一条边即可，选取权值最大的边EdgeList[0]，表示为e(c₁,c₂)，代表节点c₁和c₂产生的权值最大，选择c₁和c₂作为两个子网络的种子节点。

在剩余未归属节点中找到与种子节点相连时权重最小的节点，且种子节点对应的子网络内节点的数量小于预设阈值，则将该节点归属于种子节点对应的子网络，并标记该节点为已归属节点。若归属后，该子网络内节点的数量达到阈值，则将剩余未归属节点归属到其他种子节点所属的子网络。

例如，在剩余未归属节点中找到与种子节点c₁，c₂产生最小权值的节点

，假设c_k和c₂产生最小权值，并且

，将c_k归属种子节点c₂所在子网络Region_List[2]，标记c_k为已归属节点；若归属后

，则不再将节点c₂作为种子节点。

重复执行节点归属的步骤，直到剩余节点都标记为已归属节点，得到划分的多个子网络Region_List。

其中，

表示第i个子网络内节点的数量，n表示子网络的数量，n-1表示压紧条的数量，m表示螺孔的数量，

，其中

。E表示网络的权值矩阵，即螺孔间距离矩阵，

表示节点i和节点j之间边的权值，

，

，需说明的是

和

等价。Region_List表示划分后的子网络列表，各子网络内的节点/螺孔列表, Region_List[i]代表第i个子网络。

进一步地，根据相邻子网络间边界点的中位线确定最优压紧位置。选择中位线的原因是为了尽量保证押紧位置两侧压力均衡，并且确保押紧位置距离边界节点的距离足够大。

首先，对每个子网络内的节点根据X轴坐标升序排序，将排序后的第一个节点作为该子网络的左临界节点，将排序后的最后一个节点作为该子网络的右临界节点。根据相邻子网络中x轴坐标较小的一个子网络的右临界节点和另一个子网络的左临界节点间的中位线，得到每个压紧条的最优压紧位置。

例如，第i个子网络的右临界节点的x轴坐标表示为

，左临界节点的x轴坐标表示为

，那么第i个压紧条的最优压紧位置是x轴坐标为

的位置。重复该步骤，直到第n-1个压紧位置都计算完毕。算法结束。

图7是根据一示例性实施例示出的一种最优压紧位置的示意图，如图7所示，找到不规则板材需锁附的子网络的边界孔位，根据两个边界孔位的连线的中位线得到最优压紧位置。

S103、控制压紧机构在最优压紧位置压紧固定板材。

得到算法计算出来的最优压紧位置之后，控制压紧单元在预定位置压紧固定板材。

本申请实施例提供的锁螺钉自适应压紧方法，对板材的全局图像完成螺孔的定位后，将螺孔看作网络中的节点，螺孔圆心之间的路径看作网络中的边，路径长度代表边的权值，以此形成螺孔的网络图。将寻找最优压紧位置的问题抽象为基于网络分割的结果计算最优位置的问题。具体为首先将网络划分为指定数量的子网络，然后在相邻子网络的边界点间寻找中位线作为最优压紧位置。然后控制压紧机构在最优压紧位置压紧固定板材。

该方法无需制作专业夹具，加工成本明显降低，效率提升。无需在加工前人工调整夹具，效率提升，设备易用性提升。且结合视觉感知算法，可实现不同尺寸、形状板材的压紧固定。

需要说明的是，上述实施例提供的压紧单元在执行锁螺钉自适应压紧方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

压紧板材之后即可执行螺丝锁附，螺丝锁附根据本发明提出的螺丝锁附装置来实施，螺丝锁附包括以下步骤：

S1：接收螺孔位置信号；

S2：根据螺孔位置信号，控制驱动单元将锁附单元移动至目标孔位，并实时接收测距传感器的工件厚度信号；

S3：接收视觉传感器41的孔位特征信号；

S4：根据孔位特征信号，控制驱动单元将视觉传感器41的视野中心调整至目标孔位，控制距离传感器40的激光投影点中心与锁丝机构的锁附圆心点相交；

S5：根据螺孔位置信号、孔位特征信号、工件厚度信号和预设板材10参数信息控制锁丝机构执行锁丝动作。

螺丝锁附的具体实施流程如下：

首先，根据全局相机识别的螺孔初步位置（或图纸标注位置），将压紧单元移动至压紧位置，然后控制自适应压紧单元压紧工件，控制单元控制驱动单元推动锁丝机构向目标孔位移动，并通过距离传感器40实时测量板材10厚度，通过视觉传感器41识别并捕捉视野内的孔位特征并传回控制单元的计算模块，当控制单元确认相关特征为待锁附螺孔时，控制单元控制驱动单元，将视觉传感器41的视野中心调整到目标孔位，此时相机的视野中心点、测距传感器的激光投影点及锁头锁附圆心点相交，焦点位于被测孔内（被测孔轴线或者底部中点处），相关传感器传回位置和深度信息，确定为待锁附孔位，并综合前期的板材10表面高度信息校准锁附位置，开始锁丝动作，本发明相较于现有的方案，在批头34移动至孔位上方时，已经同步完成测距，批头34一次到位，可提高锁附的效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种螺丝锁附设备，其特征在于，所述螺丝锁附设备包括：

驱动单元；

压紧单元，所述压紧单元用于压紧工件；

锁附单元，与所述驱动单元连接，所述驱动单元用于驱动所述锁附单元至锁附位置，所述锁附单元包括锁丝机构和距离传感器，所述锁丝机构用于对所述工件进行锁附，所述距离传感器用于监测自身与所述工件之间的距离，所述距离传感器的感应方向与所述锁丝机构的锁附方向相交；

控制单元，分别与所述驱动单元、所述压紧单元和所述锁附单元电连接，所述控制单元用于控制所述驱动单元运动，所述控制单元还用于控制所述压紧单元调节压紧位置，并且所述控制单元还用于控制所述锁丝机构执行锁附。

2.根据权利要求1所述的螺丝锁附设备，其特征在于，所述螺丝锁附设备还包括视觉传感器和全局相机，所述控制单元分别与所述全局相机和所述控制单元电连接，所述视觉传感器用于识别所述工件的锁附位置，所述视觉传感器的监测方向与所述锁丝机构的锁附方向相交，所述全局相机用于识别所述工件的锁附位置。

3.根据权利要求1所述的螺丝锁附设备，其特征在于，所述锁丝机构包括：

电机；

轴系组件，所述轴系组件的一端与所述电机的输出端传动连接；

批头，与所述轴系组件的另一端连接。

4.根据权利要求3所述的螺丝锁附设备，其特征在于，所述轴系组件包括：

套筒，所述套筒的一端与所述电机的输出端传动连接，所述套筒的内部设有内花键；

花键轴，与所述内花键啮合，所述花键轴远离所述套筒的一端与所述批头连接；

并且，所述锁丝机构还包括：

批头轴套，所述批头轴套以可转动的方式套设在所述批头的外侧，所述批头轴套和所述批头之间设有轴向限位结构；

气缸，所述气缸的气缸杆与所述批头轴套连接并且平行设置，所述气缸与所述控制单元电连接。

5.根据权利要求4所述的螺丝锁附设备，其特征在于，所述锁丝机构还包括第一光电传感器、第二光电传感器和感应件，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器设置在所述驱动单元上，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器分别与所述控制单元电连接，所述感应件设置在所述锁丝机构上，所述第一光电传感器设置在所述第二光电传感器沿竖直方向的上方，所述感应件对应所述第一光电传感器所在的竖直方向设置。

6.根据权利要求2所述的螺丝锁附设备，其特征在于，所述距离传感器的感应方向与所述视觉传感器的监测方向呈V形布置，所述锁丝机构设置在所述距离传感器和所述视觉传感器之间。

7.根据权利要求6所述的螺丝锁附设备，其特征在于，所述距离传感器的感应方向与所述锁丝机构的锁附方向之间夹角的角度大于所述距离传感器的感应方向与水平方向之间夹角的角度，所述视觉传感器的监测方向与所述锁丝机构的锁附方向之间夹角的角度大于所述视觉传感器的监测方向与水平方向之间夹角的角度。

8.根据权利要求4所述的螺丝锁附设备，其特征在于，所述轴系组件还包括两个所述气缸，所述两个气缸分别设置在所述批头轴套的径向外侧，所述轴系组件还包括连接件，所述连接件套设在所述批头轴套上，所述连接件的两端分别与所述两个气缸的气缸杆连接。

9.根据权利要求1所述的螺丝锁附设备，其特征在于，所述压紧单元包括：

压紧件，所述压紧件用于压紧所述工件；

驱动件，所述驱动件用于驱动所述压紧件至压紧位置或驱动所述工件使其压紧位置与压紧件对齐。

10.根据权利要求1至9任一项所述的螺丝锁附设备，其特征在于，所述控制单元包括：

螺孔定位模块，用于对所述工件上的螺孔进行摄像定位；

压紧位置确定模块，用于根据预设策略和所述螺孔定位模块的定位结果确定最优压紧位置；

控制模块，用于控制所述压紧单元在所述最优压紧位置压紧所述工件。

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