CN115446584B - 一种基于机器人的螺栓连接一体化工具及连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开为了一种基于机器人的螺栓连接一体化工具及连接方法。其中，基于机器人的螺栓连接一体化工具，包括机器人、安装平台以及安装在所述安装平台上的螺栓连接工具执行单元和用于安装预装螺栓和预装螺母的预安装架，所述安装平台固定安装在所述机器人上，所述螺栓连接工具执行单元用于同时从两侧拧紧相配合的预装螺栓和预装螺母，从而使得预装螺栓拧入预装螺母中。本发明提供的一种基于机器人的螺栓连接一体化工具及连接方法，能够实现对位于两侧的螺栓和螺母的连接，解决了需要人工在高风险的立体空间里完成螺栓与螺母旋紧的技术问题，便于在产业上进行推广和使用。

Description

一种基于机器人的螺栓连接一体化工具及连接方法

技术领域

本发明涉及机器人装备技术领域，尤其涉及一种基于机器人的螺栓连接一体化工具及连接方法。

背景技术

随着机器人技术的发展以及高温、高空、强辐射等特殊环境的组装施工行业安全性要求的不断提高，以智能化设备代替人工作业的需求越来越高，而螺栓紧固又是常见的组装施工作业之一。

目前，机器人拧螺栓作业只能实现单侧的螺钉对准拧紧，而无法适用于需要完成螺栓和螺母一体化连接的高强度连接，所以，开发一种可用于机器人作业的一体化连接工具很有必要，因此，如何取代人工在高风险的立体空间里完成螺栓与螺母的旋紧则成为了研究重点。

发明内容

针对背景技术中提出的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于机器人的螺栓连接一体化工具及连接方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

第一方面

本发明提供了一种基于机器人的螺栓连接一体化工具，包括机器人、安装平台以及安装在所述安装平台上的螺栓连接工具执行单元和用于安装预装螺栓和预装螺母的预安装架，所述安装平台固定安装在所述机器人上，所述螺栓连接工具执行单元用于同时从两侧拧紧相配合的预装螺栓和预装螺母，从而使得预装螺栓拧入预装螺母中。

其中，还包括用于调节螺栓连接工具执行单元位置的方位调节滑台，所述螺栓连接工具执行单元通过所述方位调节滑台安装在所述安装平台上。

其中，通过所述方位调节滑台能够对所述调节螺栓连接工具执行单元的位置进行前后、左右、上下六个方向上的调节。

其中，所述方位调节滑台包括底座块、X向移动块和Y向移动块、Z向移动块、连接端块，所述底座块安装在安装平台上，所述底座块与所述X向移动块滑动连接，所述X向移动块与所述Y向移动块滑动连接，所述Y向移动块与所述Z向移动块滑动连接，所述Z向移动块通过连接端块与所述螺栓连接工具执行单元连接。

其中，所述预安装架上设置有一个或多个螺纹孔，每个螺纹孔的一端螺纹连接有预装螺栓，另一侧连接有相配合使用的预装螺母。

其中，所述螺栓连接工具执行单元包括伸缩机构、螺栓拧紧机构、螺母拧紧机构，所述螺栓拧紧机构通过伸缩机构与螺母拧紧机构连接，且通过伸缩机构调节螺栓拧紧机构和螺母拧紧机构之间的距离。

第二方面

本发明还提供了一种基于机器人的螺栓连接方法，所述方法利用上述的基于机器人的螺栓连接一体化工具进行，包括如下步骤：

步骤A：螺栓连接工具执行单元处于开合状态，通过调整方位调节滑台使螺母拧紧机构、螺栓拧紧机构，预装螺栓以及预装螺母处于同一轴线上；

步骤B：在机器人带动下，使得螺母拧紧机构前移，直到螺母拧紧机构套在预装螺母上；所述伸缩机构启动，带动螺栓拧紧机构朝向预装螺栓方向移动，直到螺栓拧紧机构套在预装螺栓上；同时启动螺母拧紧机构以及螺栓拧紧机构使预装螺栓旋入预装螺母并达到额定扭矩；

步骤C：当预装螺母与预装螺栓分别达到额定扭矩后，所述螺栓拧紧机构以及螺母拧紧机构停止工作；所述伸缩机构启动，带动螺栓拧紧机构以及螺母拧紧机构分别与预装螺栓以及预装螺母分离，检测预装螺栓以及预装螺母是否安装完毕，若未安装完毕，通过调整方位调节滑台，使所述螺栓拧紧机构和螺母拧紧机构与下一组预装螺栓以及预装螺母处于同一轴线上；

重复步骤B与C，直到安装完毕所有待拧紧的预装螺栓与预装螺母。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种基于机器人的螺栓连接一体化工具及连接方法，能够实现对位于两侧的螺栓和螺母的连接，解决了需要人工在高风险的立体空间里完成螺栓与螺母旋紧的技术问题，便于在产业上进行推广和使用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于机器人的螺栓连接一体化工具的主体结构第一示意图；

图2为本发明实施例提供的基于机器人的螺栓连接一体化工具的主体结构第二示意图；

图3为本发明实施例提供的螺栓连接工具执行单元的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的拧紧套筒机构的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的第一拧紧套筒的结构第一示意图；

图6为本发明实施例提供的第一拧紧套筒的结构第二示意图；

图7为本发明实施例提供的拧紧套筒机构的部分结构示意图；

图8为本发明实施例提供的预安装架的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的方位调节滑台的结构示意图；

图中，1-安装平台，2-螺栓连接工具执行单元，3-方位调节滑台，4-预安装架，5-带端盖套筒，6-限位柱，7-连接环，8-弹簧，21-伸缩电机，22-导向杆，23-丝杆，24-端连接块，25-带内螺纹孔套筒，26-第一安装块，27-螺母拧紧电机，28-第一拧紧套筒，29-第二拧紧套筒，210-螺栓拧紧电机，211-第二安装块，31-底座块，32-X向移动块，33-Z向移动块，34-连接端块，35-Y向移动块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

本发明提供的一种基于机器人的螺栓连接一体化工具属于非标准特种装备，在设计上具有独特的针对性。

请参阅图1-图9所示，为本发明提供的一种实施例结构。

实施例1

本实施例提供了一种基于机器人的螺栓连接一体化工具，包括机器人(图中未画出)、安装平台1以及安装在所述安装平台1上的螺栓连接工具执行单元2和用于安装预装螺栓和预装螺母的预安装架4，所述安装平台固定安装在所述机器人上，所述螺栓连接工具执行单元2用于同时从两侧拧紧相配合的预装螺栓和预装螺母，从而使得预装螺栓拧入预装螺母中。

需要说明的是，本实施例中的机器人能够自行移动或根据操控进行移动，从而带动安装平台、螺栓连接工具执行单元、预安装架、方位调节滑台等移动，其采用现有技术中的机器人，例如爬塔机器人等，对于其结构及其原理等不再详述。

需要说明的是，预安装架上预安装有多组预装螺栓和预装螺母，模拟电力铁塔的实际情况。

在优选的实施例中，本发明还包括用于调节螺栓连接工具执行单元2位置的方位调节滑台3，所述螺栓连接工具执行单元2通过所述方位调节滑台3安装在所述安装平台1上。

需要说明的是，通过方位调节滑台3能够调节螺栓连接工具执行单元2的位置，从而能够对多组不同位置的预装螺栓和预装螺母进行拧紧操作。

在优选的实施例中，通过所述方位调节滑台3能够对所述调节螺栓连接工具执行单元2的位置进行前后、左右、上下六个方向上的调节。具体地，方位调节滑台3的结构如下：

所述方位调节滑台3包括底座块31、X向移动块32和Y向移动块35、Z向移动块33、连接端块34，所述底座块31安装在安装平台1上，所述底座块31与所述X向移动块32滑动连接，所述X向移动块32与所述Y向移动块35滑动连接，所述Y向移动块35与所述Z向移动块33滑动连接，所述Z向移动块33通过连接端块34与所述螺栓连接工具执行单元2连接。

需要说明的是，本申请中的方位调节滑台3未详尽描述的结构，均采用公知技术的结构，此处不再详述。

在优选的实施例中，所述预安装架4上设置有一个或多个螺纹孔，每个螺纹孔均安装一组预装螺栓和预装螺母，每个螺纹孔的一端螺纹连接有预装螺栓，另一侧连接有相配合使用的预装螺母。

在优选的实施例中，所述螺栓连接工具执行单元2包括伸缩机构、螺栓拧紧机构、螺母拧紧机构，所述螺栓拧紧机构通过伸缩机构与螺母拧紧机构连接，通过伸缩机构调节螺栓拧紧机构和螺母拧紧机构之间的距离。

具体地，所述伸缩机构包括伸缩电机21、丝杆23、导向杆22、带内螺纹孔套筒25；所述螺栓拧紧机构包括螺栓拧紧电机210以及与所述螺栓拧紧电机210连接的螺栓拧紧套筒机构；所述螺母拧紧机构包括螺母拧紧电机27以及与所述螺母拧紧电机27连接的螺母拧紧套筒机构；所述伸缩电机21以及螺栓拧紧电机210安装在第二安装块211上，所述伸缩电机21的输出轴与丝杆23连接，所述丝杆23与所述带内螺纹孔套筒25螺纹连接，所述带内螺纹孔套筒25一端安装在端连接块24上，另一端连接在第一安装块26上，所述第一安装块26上安装有螺母拧紧电机27。所述第二安装块211和端连接块24之间设置有与丝杆23平行设置的导向杆22，导向杆22的一端固定连接于第二安装块211上，导向杆22的另一端穿过所述端连接块24且滑动连接。所述第一安装块26与连接端块34固定连接。伸缩电机旋转的时候，带动丝杆旋转，从而使得伸缩电机向带内螺纹孔套筒一侧移动，进而带动螺栓拧紧套筒机构向螺栓一侧移动，使得螺栓拧紧套筒机构套在螺栓上。

另外，所述螺栓拧紧套筒机构以及螺母拧紧套筒机构结构相同且相对称、同轴设置。所述螺栓拧紧套筒机构包括第二拧紧套筒29，所述螺母拧紧套筒机构包括第一拧紧套筒28，所述第一拧紧套筒28和第二拧紧套筒29结构相同。

所述螺栓拧紧套筒机构还包括带端盖套筒5、限位柱6、连接环7、弹簧8，所述螺栓拧紧电机210的输出轴固定套接有带端盖套筒5，所述带端盖套筒5上套接有弹簧8，所述弹簧8的一侧端连接有滑动套接在带端盖套筒5上的连接环7，所述带端盖套筒5上套接有第二拧紧套筒29，所述第二拧紧套筒29的一端设置有与螺栓相适应的六角形结构，所述第二拧紧套筒29上还设置有沿同一圆周设置的、间隔对称的两个结构相同的螺旋槽，限位柱6沿径向穿过所述带端盖套筒5两侧壁，且从两侧露出，露出的部分分别插入第二拧紧套筒29相应侧的螺旋槽中。

当进给结构或机械臂将螺栓连接工具执行单元2的第二拧紧套筒29朝向螺栓头部或螺母时，沿着轴向直线进给，当第二拧紧套筒29与螺栓头部或螺母接触后，由于轴向外力作用，第二拧紧套筒29的螺旋槽在限位柱6的导向作用下，绕着带端盖套筒5进行圆周转动，并克服弹簧8的反作用力，实现轴向滑动，直到第二拧紧套筒29的内六角形结构与螺栓头部或螺母的外六角结构能够自适应嵌入，当螺栓拧紧电机210运行时，通过限位柱6将旋转扭矩传递给第二拧紧套筒29，实现对螺栓或螺母的拧紧。同理，螺栓连接工具执行单元2的伸缩机构进行直线进给时，第一拧紧套筒28的工作原理相同

实施例2

本发明提供为了一种基于机器人的螺栓连接方法，所述方法利用上述的基于机器人的螺栓连接一体化工具进行：

步骤A：螺栓连接工具执行单元2处于开合状态，通过调整方位调节滑台3使螺母拧紧机构、螺栓拧紧机构，预装螺栓以及预装螺母处于同一轴线上；

需要说明的是，方位调节滑台3的调整可以人工调整，也可以利用公知技术中的智能部件进行调控等，此处不再详述。另外，在操作之前，预装螺栓旋入预安装架上的螺纹孔内，预装螺母通过焊锡或胶水粘合到预安装架的另一侧，螺纹孔的外侧。

步骤B：在机器人带动下，使得螺母拧紧机构前移，直到螺母拧紧机构套在预装螺母上；所述伸缩机构启动，带动螺栓拧紧机构朝向预装螺栓方向移动，直到螺栓拧紧机构套在预装螺栓上；同时启动螺母拧紧机构以及螺栓拧紧机构使预装螺栓旋入预装螺母并达到额定扭矩；

步骤C：当预装螺母与预装螺栓分别达到额定扭矩后，所述螺栓拧紧机构以及螺母拧紧机构停止工作；所述伸缩机构启动，带动螺栓拧紧机构以及螺母拧紧机构分别与预装螺栓以及预装螺母分离，检测预装螺栓以及预装螺母是否安装完毕，若未安装完毕，通过调整方位调节滑台，使所述螺栓拧紧机构和螺母拧紧机构与下一组预装螺栓以及预装螺母处于同一轴线上；

重复步骤B与C，直到安装完毕所有待拧紧的预装螺栓与预装螺母。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于机器人的螺栓连接一体化工具，其特征在于，包括机器人、安装平台以及安装在所述安装平台上的螺栓连接工具执行单元和用于安装预装螺栓和预装螺母的预安装架，所述安装平台固定安装在所述机器人上，所述螺栓连接工具执行单元用于同时从两侧拧紧相配合的预装螺栓和预装螺母，从而使得预装螺栓拧入预装螺母中；

所述螺栓连接工具执行单元包括伸缩机构、螺栓拧紧机构、螺母拧紧机构，所述螺栓拧紧机构通过伸缩机构与螺母拧紧机构连接，且通过伸缩机构调节螺栓拧紧机构和螺母拧紧机构之间的距离；

所述伸缩机构包括伸缩电机、丝杆、导向杆、带内螺纹孔套筒；

所述螺栓拧紧机构包括螺栓拧紧电机以及与所述螺栓拧紧电机连接的螺栓拧紧套筒机构；

所述螺母拧紧机构包括螺母拧紧电机以及与所述螺母拧紧电机连接的螺母拧紧套筒机构；

所述伸缩电机以及螺栓拧紧电机安装在第二安装块上，所述伸缩电机的输出轴与丝杆连接，所述丝杆与所述带内螺纹孔套筒螺纹连接，所述带内螺纹孔套筒一端安装在端连接块上，另一端连接在第一安装块上，所述第一安装块上安装有螺母拧紧电机；所述第二安装块和端连接块之间设置有与丝杆平行设置的导向杆，导向杆的一端固定连接于第二安装块上，导向杆的另一端穿过所述端连接块且滑动连接；所述第一安装块与连接端块固定连接；伸缩电机旋转的时候，带动丝杆旋转，从而使得伸缩电机向带内螺纹孔套筒一侧移动，进而带动螺栓拧紧套筒机构向螺栓一侧移动，使得螺栓拧紧套筒机构套在螺栓上。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器人的螺栓连接一体化工具，其特征在于，还包括用于调节螺栓连接工具执行单元位置的方位调节滑台，所述螺栓连接工具执行单元通过所述方位调节滑台安装在所述安装平台上。

3.根据权利要求2所述的一种基于机器人的螺栓连接一体化工具，其特征在于，通过所述方位调节滑台能够对所述调节螺栓连接工具执行单元的位置进行前后、左右、上下六个方向上的调节。

4.根据权利要求3所述的一种基于机器人的螺栓连接一体化工具，其特征在于，所述方位调节滑台包括底座块、X向移动块和Y向移动块、Z向移动块、连接端块，所述底座块安装在安装平台上，所述底座块与所述X向移动块滑动连接，所述X向移动块与所述Y向移动块滑动连接，所述Y向移动块与所述Z向移动块滑动连接，所述Z向移动块通过连接端块与所述螺栓连接工具执行单元连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于机器人的螺栓连接一体化工具，其特征在于，所述预安装架上设置有一个或多个螺纹孔，每个螺纹孔的一端螺纹连接有预装螺栓，另一侧连接有相配合使用的预装螺母。

6.一种基于机器人的螺栓连接方法，其特征在于，所述方法利用基于机器人的螺栓连接一体化工具进行，所述基于机器人的螺栓连接一体化工具，包括机器人、安装平台以及安装在所述安装平台上的螺栓连接工具执行单元和用于安装预装螺栓和预装螺母的预安装架，所述安装平台固定安装在所述机器人上，所述螺栓连接工具执行单元用于同时从两侧拧紧相配合的预装螺栓和预装螺母，从而使得预装螺栓拧入预装螺母中；

所述螺栓连接工具执行单元包括伸缩机构、螺栓拧紧机构、螺母拧紧机构，所述螺栓拧紧机构通过伸缩机构与螺母拧紧机构连接，且通过伸缩机构调节螺栓拧紧机构和螺母拧紧机构之间的距离；

所述方法包括如下步骤：

步骤A：螺栓连接工具执行单元处于开合状态，通过调整方位调节滑台使螺母拧紧机构、螺栓拧紧机构，预装螺栓以及预装螺母处于同一轴线上；

步骤B：在机器人带动下，使得螺母拧紧机构前移，直到螺母拧紧机构套在预装螺母上；所述伸缩机构启动，带动螺栓拧紧机构朝向预装螺栓方向移动，直到螺栓拧紧机构套在预装螺栓上；同时启动螺母拧紧机构以及螺栓拧紧机构使预装螺栓旋入预装螺母并达到额定扭矩；

步骤C：当预装螺母与预装螺栓分别达到额定扭矩后，所述螺栓拧紧机构以及螺母拧紧机构停止工作；所述伸缩机构启动，带动螺栓拧紧机构以及螺母拧紧机构分别与预装螺栓以及预装螺母分离，检测预装螺栓以及预装螺母是否安装完毕，若未安装完毕，通过调整方位调节滑台，使所述螺栓拧紧机构和螺母拧紧机构与下一组预装螺栓以及预装螺母处于同一轴线上；

重复步骤B与C，直到安装完毕所有待拧紧的预装螺栓与预装螺母。