CN211516645U - 一种动车组齿轮箱智能自动化装配系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动车组齿轮箱智能自动化装配系统，属于动车组检修装配技术领域。该装配系统包括立柱桁架、纵向梁及横向滑轨组件组成的立体框架，横向滑轨组件可沿纵向梁移动，横向滑轨组件上设有可沿其移动的六自由度协作机器人，机器人末端连接有电动伺服拧紧轴，该电动伺服拧紧轴用于齿轮箱轮对工件的螺栓拧紧作业，该系统还包括一用于识别待作业工件及螺栓的物料识别模块和一校验电动伺服拧紧轴的扭矩校验模块。所述装配系统节省了拧紧轴对位、进给、校验和拧紧的时间，提高了作业效率，同时可对各项数据进行量化和采集，上传至服务器，为智慧车间和数字化工厂筹建和运营提供了数据支撑。

Description

一种动车组齿轮箱智能自动化装配系统

技术领域

本实用新型属于动车组检修装配技术领域，具体涉及一种动车组齿轮箱智能自动化装配系统。

背景技术

目前全国各地的动车段和动车运用所的检修装配车间，用于CRH2动车组高级修轮对齿轮箱检修工位的零件装配和螺栓的拧紧作业模式主要有固定工位式、简单机械式及伺服控制式，其主要特点和缺陷如下：

(1)固定工位式。采用固定的立柱或横梁来固定拧紧轴箱，设备和拧紧轴本身位置固定不动，工件移动，需要工人在轨道上推着工件运行，需要对工件逐一进行作业，工人体力劳动大，效率低下。

(2)简单机械式。拧紧轴箱本身由钢丝绳吊起，钢丝绳顶端装有滑轮，可以沿着轨道滑动，作业时工件依次排好不动，拧紧轴箱沿着轨道滑动，这样虽然降低了工人的劳动强度，但是其轴箱结构为简单机械传动，无力矩控制、存储和传输，更无过程控制，智能化程度低下，作业质量无法保障。

(3)伺服控制式。与前两种相比，拧紧轴为伺服电机控制，扭矩控制精确，但是其系统对现场作业顺序无过程控制和引导防错机制，缺乏智能化管理。

以上几种作业模式在现场使用过程中都存在以下问题：

(1)拧紧轴通过钢丝绳柔性固定，依靠前后摆动和左右滑动进行人工对位，结构不稳定，不能完全保证拧紧轴轴线和作业轮对孔轴线的平行度要求，最终会导致螺栓与螺纹孔产生倾斜，影响装配质量；

(2)拧紧时需要人工滑动助力臂进行进给；对位时，需要作业人员目测工件孔的角度位置，然后手工转动轴箱到一定角度后进行对位，数据不能量化和存储，对作业人员的依赖性大，人工参与相对较高。

实用新型内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种动车组齿轮箱智能自动化装配系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

本实用新型解决上述问题采用的技术方案:一种动车组齿轮箱智能自动化装配系统，包括

立柱桁架，至少四根，垂直于地面布置；

纵向梁，至少两根，相互平行，垂直于所述立柱桁架且与所述立柱桁架顶部固定连接；

横向滑轨组件，垂直于所述纵向梁，且可沿所述纵向梁移动；

六自由度协作机器人，设于所述横向滑轨组件下方，可沿所述横向滑轨组件移动；

电动伺服拧紧轴，与所述六自由度协作机器人末端相连接，用于进行各齿轮箱轮对工件的螺栓拧紧作业；

物料识别模块，与所述横向滑轨组件连接，用于识别待作业的齿轮箱轮对工件的螺栓；

控制柜，内置系统计算机，用于控制各模块工作。

优选地，还包括一扭矩校验模块，用于对电动伺服拧紧轴作业前和作业后的扭矩进行校验。

优选地，所述物料识别模块，包括安装于与横向滑轨组件相连的支架上及六自由度协作机器人末端的图像识别相机和安装于电动伺服拧紧轴上的激光测距传感器。

优选地，所述横向滑轨组件两端与所述纵向梁通过齿轮齿条机构相配合，并通过纵向滑轨伺服电机驱动所述横向滑轨组件在所述纵向梁上移动。

优选地，所述纵向梁两端连接有垂直于所述纵向梁的横向梁，所述横向梁用于限定所述横向滑轨组件的最远移动位置。

优选地，所述横向滑轨组件上连接有用于控制所述六自由度协作机器人动作的机器人控制器，所述六自由度协作机器人及所述机器人控制器安装于与横向滑轨组件相连一支架上，所述支架通过齿轮齿条机构与所述横向滑轨组件配合，并在横向滑轨伺服电机作用下沿所述横向滑轨组件移动。

优选地，所述电动伺服拧紧轴上设有盘式夹持工装，通过所述盘式夹持工装与所述六自由度协作机器人的末端转盘相连接，所述电动伺服拧紧轴由拧紧轴控制器控制，对螺栓施加扭矩将螺栓拧紧。

优选地，所述拧紧轴控制器与所述横向滑轨组件固定连接且悬挂于所述横向滑轨组件下方。

优选地，所述扭矩校验模块为一扭矩校验仪。

本实用新型具有的有益效果：通过采用激光定位传感器、视觉及图像识别处理技术、六自由度协作机器人控制技术和电动伺服拧紧轴控制器等相结合，自动完成齿轮箱轮对螺栓的定位及测距，自动完成零件安装孔姿态不同时对拧紧轴姿态、角度的自适应调节、轴向进给、螺栓拧紧和退回归零，自动完成电动伺服拧紧轴的作业前和作业后扭矩校验，相对现有的作业方式，节省了人工将运送零件和齿轮箱进行对位作业的时间，节省了拧紧轴对位、进给、校验和拧紧的时间，提高了作业效率，同时可对各项数据进行量化和采集，上传至服务器，为智慧车间和数字化工厂筹建和运营提供了数据支撑。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本实用新型整体结构等轴测示意图；

图2是本实用新型整体结构正视示意图；

图3是本实用新型整体结构侧视示意图。

图中：1、控制柜；2、机器人控制器；3、横向滑轨组件；4、横向滑轨伺服电机；5、扭矩校验模块；6、齿轮箱轮对工件；7、立柱桁架；8、物料识别模块；9、电动伺服拧紧轴；10、六自由度协作机器人；11、拧紧轴控制器；12、纵向梁；13、纵向滑轨伺服电机；14、横向梁

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

如图1、2、3所示，一种动车组齿轮箱智能自动化装配系统，包括由四个垂直于地面的立柱桁架7、两相互平行且垂直于立柱桁架7并与其上端相连的两纵向梁12及连接两纵向梁12顶端的横向梁14组成的立体框架。框架下设有控制柜1，纵向梁12上架设有可沿其移动的横向滑轨组件3，横向滑轨组件3上连接有六自由度协作机器人10，六自由度协作机器人10悬挂于其下方，六自由度协作机器人10末端转盘通过特制的盘状工装连接有一电动伺服拧紧轴9，电动伺服拧紧轴9用于各齿轮箱轮对工件6上螺栓拧紧作业。横向滑轨组件3下方设有物料识别模块8，用于识别纵向待装配的齿轮箱轮对工件6和采集螺栓的形态图像及位置信息。

具体地，立柱桁架7为钢结构，通过地脚螺栓安装于车间地面上，纵向梁12与立柱桁架7顶部通过U型螺栓和螺母配合紧固连接。纵向梁12与横向滑轨组件3通过齿轮齿条机构配合相对运动，横向滑轨组件3端部通过滑轨件与纵向梁12配合连接，纵向梁12上设有纵向滑轨伺服电机13，驱动横向滑轨组件3在纵向梁12上移动。

具体地，横向滑轨组件3下方固定连接有控制六自由度协作机器人10动作的机器人控制器2，六自由度协作机器10及机器人控制器2通过紧固螺钉和防松垫圈下挂安装在与横向滑轨组件3相连的支架上，支架上设有横向滑轨伺服电机4，该支架通过齿轮齿条机构与横向滑轨组件3配合连接，在横向滑轨伺服电机4作用下，使该六自由度协作机器10及机器人控制器2可沿横向滑轨组件3移动。

具体地，还设有一拧紧轴控制器11，拧紧轴控制器11通过螺栓、螺母以及防松垫圈下挂安装在横向滑轨组件3上，和横向滑轨组件3之间无法相对移动，拧紧轴控制器11用于控制电动伺服拧紧轴9的动作。

具体地，控制柜1内置系统计算机和系统各个坐标轴伺服电机的控制器，计算机中安装有系统作业和控制软件，由中控人员每天通过控制柜1来进行六自由度协作机器人10作业内容下发，由质检员每天对六自由度协作机器人10作业结果审查和检验。

在本实施例中，物料识别模块8包括一通过支架固定安装于横向滑轨组件3下部的图像识别相机，用于识别纵向待作业的齿轮箱轮对工件6；一安装于六自由度协作机器人10末端的二维图像识别相机，对齿轮箱待作业的各个方位和部件的螺栓形态进行拍照，并将其位置坐标实时回传至控制柜1内的系统计算机；一设于电动伺服拧紧轴9上的激光测距传感器，将电动伺服拧紧轴9与齿轮箱螺栓的距离数据进行测定并发送给控制柜1内的系统计算机。

在一更加具体实施例中，该系统还包括一扭矩校验模块5，该扭矩校验模块5具体为一扭矩校验仪，对电动伺服拧紧轴9作业前和作业后的扭矩进行校验，保障电动伺服拧紧轴9的扭矩在合适范围内，避免出现扭矩过小无法拧紧螺栓或扭矩过大破坏螺栓的问题。

本实用新型动车组齿轮箱智能自动化装配系统的工作流程如下：

(a)装配系统开机自检，六自由度协作机器人10各转臂归零位，所有坐标轴回归零位；

(b)装配系统开机，处于校验工作状态，并将准备信号发送给系统计算机；

(c)系统计算机接收到信号后，发出指令给各坐标轴的伺服电机控制器和机器人控制器2，伺服电机控制器将信号发送给横向滑轨伺服电机4和纵向滑轨伺服电机13驱动滑轨动作，将六自由度协作机器人10移动到扭矩校验模块5近点，到达机器人转臂的覆盖半径后，两方向的滑轨伺服电机进行刹车；

(d)机器人控制器2将信号发给六自由度协作机器人10各个关节的伺服电机，六自由度协作机器人10带动电动伺服拧紧轴9动作；

(e)六自由度协作机器人10末端安装的二维图像识别相机开机工作，将扭矩校验模块5的扭矩校验仪端口进行拍照，并将照片实时回传给系统计算机；

(f)系统计算机对扭矩校验仪端口图片进行处理，获取扭矩校验仪端口坐标数据，通过分析和计算后，将信号发送给机器人控制器2；

(g)机器人控制器2接受到数据坐标后，引导各个转轴的伺服电机工作，将末端安装的电动伺服拧紧轴9插入扭矩校验仪端口，进行电动伺服拧紧轴9作业前校验程序；

(h)电动伺服拧紧轴9校验结束后，系统各个坐标轴再次归零，并处于待机状态；

(i)齿轮箱轮对输送线工作，将待作业的齿轮箱轮对工件6自动输送到装配系统下方；

(j)六自由度协作机器人10和系统各个坐标轴开始工作，从零位移动，物料识别模块8开启，图像识别相机和激光测距传感器开机，当在纵向方向上识别到齿轮箱轮对工件6时，纵向滑轨伺服电机13停机并刹车，物料识别模块8将齿轮箱轮对工件6坐标数据发送给系统计算机；

(k)系统计算机接受到坐标数据后，发出指令，六自由度协作机器人10的机械手按照系统设定的程序动作；

(l)安装在六自由度协作机器人10末端的二维图像识别相机开始工作，对齿轮箱待作业的各方位和部件的螺栓进行拍照，并将其位置坐标实时回传至系统计算机；

(m)电动伺服拧紧轴9与六自由度协作机器人10配合工作，六自由度协作机器人10通过改变各个轴的转角大小将电动伺服拧紧轴9向齿轮箱轮对工件6的螺栓推进；

(n)电动伺服拧紧轴9上的激光测距传感器开始工作，将电动伺服拧紧轴9与螺栓的距离数据发送给系统计算机，系统计算机将信号传输给拧紧轴控制器11，控制电动伺服拧紧轴9转动，完成拧紧作业；

(o)拧紧作业完成后，拧紧轴控制器11给系统发出结束信号，六自由度协作机器人10开始工作，同时电动伺服拧紧轴9适当反转从已经拧紧的螺栓上脱开，回归零位；

(p)一个齿轮箱轮对工件6作业完成后，系统计算机接收到信号，发出指令给各个坐标轴的伺服电机控制器，将六自由度协作机器人10沿着纵向梁12移动，物料识别模块8继续寻找未作业的齿轮箱轮对工件6，进行下一个工件的拧紧作业；

(q)六自由度协作机器人10完成所有的工件作业后，系统重复步骤(e)、(f)、(g)的电动伺服拧紧轴9校验程序，完成对其作业后的校验；

(r)系统校验完毕，所有坐标轴回归到零点位置。

本实用新型所述智能装配系统，适用范围更广，不限于动车组，其它如地铁、市域铁路、城际铁路列车构架均可使用，更进一步，还可拓展到其它螺栓装配拧紧场合中使用。

上各实施例仅说明实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照各实施例对本实用新型进行详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种动车组齿轮箱智能自动化装配系统，其特征在于：包括立柱桁架，至少四根，垂直于地面布置；

纵向梁，至少两根，相互平行，垂直于所述立柱桁架且与所述立柱桁架顶部固定连接；

横向滑轨组件，垂直于所述纵向梁，且可沿所述纵向梁移动；

六自由度协作机器人，设于所述横向滑轨组件下方，可沿所述横向滑轨组件移动；

电动伺服拧紧轴，与所述六自由度协作机器人末端相连接，用于进行各齿轮箱轮对工件的螺栓拧紧作业；

物料识别模块，与所述横向滑轨组件连接，用于识别待作业的齿轮箱轮对工件的螺栓；

控制柜，内置系统计算机，用于控制各模块工作。

2.如权利要求1所述一种动车组齿轮箱智能自动化装配系统，其特征在于：还包括一扭矩校验模块，用于对电动伺服拧紧轴作业前和作业后的扭矩进行校验。

3.如权利要求1所述一种动车组齿轮箱智能自动化装配系统，其特征在于：所述物料识别模块，包括安装于与横向滑轨组件相连的支架上及六自由度协作机器人末端的图像识别相机和安装于电动伺服拧紧轴上的激光测距传感器。

4.如权利要求1所述一种动车组齿轮箱智能自动化装配系统，其特征在于：所述横向滑轨组件两端与所述纵向梁通过齿轮齿条机构相配合，并通过纵向滑轨伺服电机驱动所述横向滑轨组件在所述纵向梁上移动。

5.如权利要求1所述一种动车组齿轮箱智能自动化装配系统，其特征在于：所述纵向梁两端连接有垂直于所述纵向梁的横向梁，所述横向梁用于限定所述横向滑轨组件的最远移动位置。

6.如权利要求1所述一种动车组齿轮箱智能自动化装配系统，其特征在于：所述横向滑轨组件上连接有用于控制所述六自由度协作机器人动作的机器人控制器，所述六自由度协作机器人及所述机器人控制器安装于与横向滑轨组件相连一支架上，所述支架通过齿轮齿条机构与所述横向滑轨组件配合，并在横向滑轨伺服电机作用下沿所述横向滑轨组件移动。

7.如权利要求1所述一种动车组齿轮箱智能自动化装配系统，其特征在于：所述电动伺服拧紧轴上设有盘式夹持工装，通过所述盘式夹持工装与所述六自由度协作机器人的末端转盘相连接，所述电动伺服拧紧轴由拧紧轴控制器控制，对螺栓施加扭矩将螺栓拧紧。

8.如权利要求7所述一种动车组齿轮箱智能自动化装配系统，其特征在于：所述拧紧轴控制器与所述横向滑轨组件固定连接且悬挂于所述横向滑轨组件下方。

9.如权利要求2所述一种动车组齿轮箱智能自动化装配系统，其特征在于：所述扭矩校验模块为一扭矩校验仪。

Images