CN216178263U - 一种装配工装及自动装配系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及装配技术领域，其目的是提供一种装配工装及自动装配系统，本实用新型的自动装配系统能自动完成作业机械上螺栓螺母的装配、安装效率高、人工成本低、装配质量好、无安全隐患。上述装配工装包括本体以及设置于所述本体上用于抓取待装配部件的抓取机构、带动所述抓取机构移动的移动控制机构和用于确定所述待装配部件装配位置的视觉定位机构，所述抓取机构与所述移动控制机构连接。本实用新型解决了现有作业机械的螺栓、螺母安装过程依靠人工完成，费时费力、装配质量不好、存在安全隐患的问题。

Description

一种装配工装及自动装配系统

技术领域

本实用新型涉及装配技术领域，具体涉及一种装配工装及自动装配系统。

背景技术

目前，工程作业机械行业的相关装配工作通常都是由人工操作完成的，但是由于作业机械的体积普遍较大，所使用的螺栓、螺母尺寸也比较大，很难找到适合的安装扳手进行装配。另外，受安装作业空间所限，在人工装配螺栓、螺母时，往往需要几个人同时配合才能完成，作业时间长、装配效率低、人工成本高，而且装配质量受人为因素影响很大、设备安装的一致性不好，容易出现紧固不到位等问题，影响作业机械的产品质量。此外，由于工程作业机械的体积较大，经常需要安装工人攀登到机械平台上方进行作业，存在安全隐患。

虽然，现有技术中存在一些可完成螺栓、螺母装配的自动化设备，但均不适用于工程作业机械，因此上述问题亟待解决。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中作业机械的螺栓、螺母的安装过程依靠人工完成，费时费力、装配质量不好、存在安全隐患的缺陷，从而提供一种能自动完成作业机械的螺栓螺母装配、安装效率高、人工成本低、装配质量好、无安全隐患的装配工装及自动装配系统。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种装配工装，包括本体以及设置于所述本体上用于抓取待装配部件的抓取机构、带动所述抓取机构移动的移动控制机构和用于确定所述待装配部件装配位置的视觉定位机构，所述抓取机构与所述移动控制机构连接。

可选的，所述移动控制机构包括自转控制组件、升降控制组件和平移控制组件，所述自转控制组件带动所述抓取机构自转，所述升降控制组件带动所述抓取机构和所述自转控制组件升降移动，所述平移控制组件带动所述抓取机构、所述自转控制组件和所述升降控制组件平移。

可选的，所述抓取机构包括卡爪和卡爪张合控制件，所述卡爪张合控制件的上方连接所述自转控制组件，所述自转控制组件与所述卡爪同轴设置。

可选的，所述卡爪张合控制件的上方通过弹性缓冲件连接所述自转控制组件。

可选的，所述自转控制组件包括自转电机和自转控制器，所述自转电机的输出轴连接所述自转控制器的上部，所述自转控制器的下部通过所述弹性缓冲件连接所述卡爪张合控制件。

可选的，所述本体包括基座和活动架，所述活动架设置于基座顶板上并与所述基座顶板垂直；所述升降控制组件包括升降轨道、升降滑块和升降电机，所述升降电机设置于所述活动架上，所述升降电机的输出轴连接所述升降滑块，所述升降轨道沿竖直方向成型于所述活动架上，所述升降滑块适于在所述升降轨道上滑动，所述自转控制组件与所述升降滑块连接。

可选的，所述平移控制组件包括推动气缸、铰接传动件和转盘；所述推动气缸设置在基座侧板上，其伸缩杆水平设置；所述铰接传动件与所述伸缩杆垂直设置，所述铰接传动件的下部具有连杆，所述连杆与所述伸缩杆铰接，所述铰接传动件的上部连接所述转盘下表面的中心，所述转盘穿过基座顶板，所述转盘的上表面与所述活动架固定连接，所述连杆与所述伸缩杆的铰接轴的轴向与所述铰接传动件的轴向偏心。

可选的，所述本体还包括伸出架，所述伸出架设置于所述基座上方；所述视觉定位机构包括激光扫描器和光源，所述激光扫描器和所述光源均设置在所述伸出架上。

可选的，所述基座上设置有控制接收端口；在所述卡爪的下方、基座底板上设置有放置和组装所述待装配部件的工作台。

一种自动装配系统，包括上述的装配工装和机器人，所述装配工装由所述机器人控制。

本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型提供的装配工装，包括设置在本体上的抓取机构、移动控制机构和视觉定位机构，能够代替人工完成待装配部件(如螺栓、螺母)的装配工作，省时省力、安装效率高、装配质量好，无需人工参与、人工成本低，无安全隐患，能够实现自动化、无人化作业。

(2)本实用新型提供的装配工装，其中移动控制机构包括自转控制组件、升降控制组件和平移控制组件，能控制抓取机构在多个自由度上进行移动，能适应不同作业空间和装配位置，适用于工程作业机械上螺栓、螺母的自动化装配。

(3)本实用新型提供的装配工装，其中卡爪张合控制件的上方通过弹性缓冲件连接自转控制组件，弹性缓冲件能够在卡爪旋拧螺栓、螺母等待装配部件时起缓冲作用，特别是在拧紧到位时，可避免过度旋拧可能造成的卡爪损坏，保证其使用寿命。

(4)本实用新型提供的自动装配系统，包括本实用新型的装配工装和机器人，其中，机器人的控制输出端口与装配工装的控制接收端口电连接，该装配工装在机器人的控制下，能够对螺栓、螺母等待装配部件完成自动装配，能完全替代人工作业，实现自动化、无人化作业，而且装配一致性好、安装位置精度高，大大提高了产品安装质量，避免了人工作业的各种弊端。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型装配工装的示意图一；

图2示出了本实用新型装配工装的示意图二；

图3示出了本实用新型自动装配系统的示意图一；

图4示出了本实用新型自动装配系统的示意图二；

图5示出了本实用新型自动装配系统的示意图三。

附图标记说明：

1-本体，1011-基座底板，1012-基座顶板，1013-基座侧板，102-活动架，103-伸出架，104-工作台，105-切换盘连接板；

201-卡爪，202-卡爪张合控制件，203-弹性缓冲件；

301-自转电机，302-自转控制器；

401-升降轨道，402-升降滑块，403-升降电机；

501-推动气缸，5011-伸缩杆，502-铰接传动件，5021-连杆，503-转盘；

601-激光扫描器，602-光源；

7-机器人；

8-螺栓；

9-螺母。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1、2所示，是本实用新型装配工装的优选实施例。本实用新型的装配工装适用于螺栓、螺母等待装配部件的抓取、移动、放置和安装。该装配工装包括本体1以及设置于本体1上的抓取机构、移动控制机构和视觉定位机构。

本体1是整个装配工装的载体，包括基座、活动架102和伸出架103。其中，基座包括一体成型的基座底板1011、基座顶板1012和基座侧板1013，基座底板1011和基座顶板1012水平设置，基座侧板1013竖直设置，基座底板1011的一端通过基座侧板1013与基座顶板1012的一端连接，基座底板1011、基座顶板1012和基座侧板1013共同构成了类似于C字型的基座。活动架102设置于基座顶板1012上并与基座顶板1012垂直设置，活动架102在竖直方向上与基座顶板1012固定，即在竖直方向上活动架102不能相对于基座顶板1012移动。伸出架103设置于基座的上方，并与基座相对固定。为了连接如机器人等控制设备，在基座上还设置有控制接收端口，以实现自动化控制，在本实施例中，该控制接收端口为切换盘连接板105，伸出架103设置在切换盘连接板105处。基座底板1011上设置有用于放置和组装待装配部件的工作台104。

抓取机构用于抓取待装配部件，并与移动控制机构连接。待装配部件通常放置于固定的放置区，抓取机构能够从该放置区抓取出待装配部件，待装配部件的种类可为一种、两种或多种，本实用新型对此不作限制。

在本实施例中，抓取机构包括卡爪201和卡爪张合控制件202，具体的，卡爪201具有三个分爪，三个分爪沿卡爪201的周向均匀间隔布置，卡爪张合控制件202采用气缸，该气缸具有可水平向外伸出、向内缩进的三个伸缩件，三个伸缩件的位置与三个分爪的位置相对应，并且三个伸缩件分别与三个分爪连接、并对三个分爪进行控制，当伸缩件向外伸出时其控制的分爪也向外伸出，当伸缩杆向内缩进时其控制的分爪也向内缩进，从而实现卡爪201的张开动作和夹紧动作。上述抓取机构结构简单、设计巧妙，能牢固的抓紧待装配部件，以为后续的移动、放置、拧紧等动作提供可靠保障。卡爪201的下方设置工作台104，该工作台104具有磁铁，能够吸附铁质待装配部件。

卡爪201的尺寸可根据其需要抓取的待装配部件尺寸进行设置，使其适用于一定尺寸范围内的待装配部件(如螺栓)，即本实施例的装配工装具有一定柔性化生产的能力，后期如需改造只需对相应部分设备进行改造即可，灵活方便。

移动控制机构用于带动抓取机构移动，以调节装配工装的空间位置，使其对准装配位置，并完整装配。在本实施例中，移动控制机构包括自转控制组件、升降控制组件和平移控制组件。其中，自转控制组件用于带动抓取机构自转，升降控制组件用于带动抓取机构和自转控制组件升降移动，平移控制组件用于带动抓取机构、自转控制组件和升降控制组件平移。

在本实施例中，自转控制组件包括自转电机301和自转控制器302，自转电机301的输出轴连接自转控制器302的上部，自转控制器302的下部通过弹性缓冲件203连接卡爪张合控制件202。具体的，弹性缓冲件203为弹簧缓冲件，能够在卡爪旋拧螺栓、螺母等待装配部件时起到缓冲保护作用，特别是在拧紧到位时，避免过度旋拧可能造成的卡爪损坏。其中，自转控制器302为自转控制组件的电控部分，用于控制自转电机301的转速、转动时间等参数。在本实施例中，自转控制组件与卡爪201同轴设置，具体的是，自转控制器302为一圆柱体控制器，自转控制器302、自转电机301的输出轴均与卡爪201同轴设置。

升降控制组件包括升降轨道401、升降滑块402和升降电机403。升降电机403设置于活动架102上；升降电机403的输出轴连接升降滑块402，并能够带动升降滑块402进行升降移动；升降轨道401沿竖直方向成型于活动架102上，活动架102具有一定高度，因此升降轨道401具有一定长度，其具体长度值可根据应用场合而定。升降滑块402适于在升降轨道401上进行滑动，自转控制组件与升降滑块402连接，即升降电机403能够带动抓取机构和自转控制组件在升降轨道401上进行升降移动。

平移控制组件包括推动气缸501、铰接传动件502和转盘503。其中，推动气缸501设置在基座侧板1013上，具体设置在基座侧板1013的内侧，推动气缸501的伸缩杆5011水平设置，即可沿水平方向伸出或缩进。铰接传动件502与伸缩杆5011垂直设置，铰接传动件502的下部具有连杆5021，连杆5021与伸缩杆5011铰接，铰接传动件502的上部连接转盘503下表面的中心，转盘503穿过基座顶板1012，转盘503的上表面与活动架102固定连接。连杆5021与伸缩杆5011的铰接轴的轴向与铰接传动件502的轴向偏心，当伸缩杆5011伸出或缩进时，连杆5021会推动铰接传动件502发生一定角度的自转，铰接传动件502进而带动转盘503及其上表面的活动架102产生平移转动。

视觉定位机构用于确定待装配部件的装配位置，视觉定位机构包括激光扫描器601和光源602，激光扫描器601和光源602均设置在伸出架103上。激光扫描器601用于扫描待装配部件的装配位置(如螺栓孔位置)，如果当前装配工装的位置与装配位置不匹配，则需要进行位置补偿，使待装配部件能够安装到其装配位置上。光源602用于给激光扫描器601补充光亮，使扫描效果更清晰。

如图3-5所示，本实施例还提供一种自动装配系统，包括上述装配工装和机器人7，该机器人7的机械臂上具有控制输出端口，该控制输出端口与装配工装的控制接收端口匹配，该控制输出端口与装配工装的控制接收端口电连接。机器人7的控制指令、装配工装的反馈信号等通过该控制输出端口与控制接收端口的连接实现信号传输。该机器人7能示教轨迹带动装配工装完成抓取、移动、放置、拧紧等动作，并且该机器人7能带动装配工装在多个自由度上进行移动，本实用新型对移动的自由度不做限制。

在本实施例中，该装配工装用于装配螺栓8和螺母9。下面具体介绍一下本实施例自动装配系统的工作过程：

首先，在机器人7的控制下，使装配工装移动到螺栓放置区上方，驱动推动气缸501，使其伸缩杆5011水平伸出，铰接传动件502和转盘503向一侧水平转动，使卡爪201远离工作台104，避免工作台104阻碍抓取螺栓的路径，机器人7控制装配工装向下移动，必要时可同时调节升降控制组件，使卡爪201接近某个螺栓8，驱动卡爪张合控制件202使卡爪201张开，抓住该螺栓8(卡爪201爪住螺栓的螺杆部分)，此时机器人7带动装配工装离开螺栓放置区，驱动推动气缸501，使其伸缩杆5011水平缩进，铰接传动件502和转盘503反方向水平转动，使卡爪201移动回工作台104的上方，由于工作台104上具有磁铁，当螺栓8靠近工作台104时，螺栓8的螺帽会吸附在工作台104上，此时，螺栓8的螺杆朝上，重复上述过程，使卡爪201去抓取螺母9；

然后，利用视觉定位机构确定装配位置，如某作业机械上的一处螺孔，由机器人7判断当前位置是否需要补偿，将装配工装移动到适合进行装配的位置，使螺栓8的螺杆对准并从下至上穿过螺孔，将螺母9对准螺杆，由自转控制组件和升降控制组件带动卡爪201及螺母9向下旋拧，直至螺母与螺栓装配到位，至此完成一处螺栓和螺母安装。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种装配工装，其特征在于：包括本体(1)以及设置于所述本体(1)上用于抓取待装配部件的抓取机构、带动所述抓取机构移动的移动控制机构和用于确定所述待装配部件装配位置的视觉定位机构，所述抓取机构与所述移动控制机构连接。

2.根据权利要求1所述的装配工装，其特征在于：所述移动控制机构包括自转控制组件、升降控制组件和平移控制组件，所述自转控制组件带动所述抓取机构自转，所述升降控制组件带动所述抓取机构和所述自转控制组件升降移动，所述平移控制组件带动所述抓取机构、所述自转控制组件和所述升降控制组件平移。

3.根据权利要求2所述的装配工装，其特征在于：所述抓取机构包括卡爪(201)和卡爪张合控制件(202)，所述卡爪张合控制件(202)的上方连接所述自转控制组件，所述自转控制组件与所述卡爪(201)同轴设置。

4.根据权利要求3所述的装配工装，其特征在于：所述卡爪张合控制件(202)的上方通过弹性缓冲件(203)连接所述自转控制组件。

5.根据权利要求4所述的装配工装，其特征在于：所述自转控制组件包括自转电机(301)和自转控制器(302)，所述自转电机(301)的输出轴连接所述自转控制器(302)的上部，所述自转控制器(302)的下部通过所述弹性缓冲件(203)连接所述卡爪张合控制件(202)。

6.根据权利要求3所述的装配工装，其特征在于：所述本体(1)包括基座和活动架(102)，所述活动架(102)设置于基座顶板(1012)上并与所述基座顶板(1012)垂直；

所述升降控制组件包括升降轨道(401)、升降滑块(402)和升降电机(403)，所述升降电机(403)设置于所述活动架(102)上，所述升降电机(403)的输出轴连接所述升降滑块(402)，所述升降轨道(401)沿竖直方向成型于所述活动架(102)上，所述升降滑块(402)适于在所述升降轨道(401)上滑动，所述自转控制组件与所述升降滑块(402)连接。

7.根据权利要求6所述的装配工装，其特征在于：所述平移控制组件包括推动气缸(501)、铰接传动件(502)和转盘(503)；所述推动气缸(501)设置在基座侧板(1013)上，其伸缩杆(5011)水平设置；所述铰接传动件(502)与所述伸缩杆(5011)垂直设置，所述铰接传动件(502)的下部具有连杆(5021)，所述连杆(5021)与所述伸缩杆(5011)铰接，所述铰接传动件(502)的上部连接所述转盘(503)下表面的中心，所述转盘(503)穿过基座顶板(1012)，所述转盘(503)的上表面与所述活动架(102)固定连接，所述连杆(5021)与所述伸缩杆(5011)的铰接轴的轴向与所述铰接传动件(502)的轴向偏心。

8.根据权利要求6所述的装配工装，其特征在于：所述本体(1)还包括伸出架(103)，所述伸出架(103)设置于所述基座上方；所述视觉定位机构包括激光扫描器(601)和光源(602)，所述激光扫描器(601)和所述光源(602)均设置在所述伸出架(103)上。

9.根据权利要求6-8任一所述的装配工装，其特征在于：所述基座上设置有控制接收端口；在所述卡爪(201)的下方、基座底板(1011)上设置有放置和组装所述待装配部件的工作台(104)。

10.一种自动装配系统，其特征在于：包括权利要求1-9任一所述的装配工装和机器人(7)，所述装配工装由所述机器人(7)控制。

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