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Abstract

本創作涉及自動化設備技術領域，具體涉及一種自動加解鎖裝置。本創作旨在解決自動加解鎖方式裝配誤差大、工作效率低的問題。本創作的自動加解鎖裝置包括控制部和加解鎖機構，其中，控制部能夠使加解鎖機構到達與目標位置對應的契合位置，並且控制部通過控制加解鎖機構的運動，使緊固件達到目標狀態。通過控制部控制加解鎖機構的運動的方式，使緊固件達到目標狀態，提高了緊固件的裝配精度，實現了緊固件的自控式安裝。

Description

自動加解鎖裝置

本創作涉及自動化設備技術領域，具體涉及一種自動加解鎖裝置。

螺栓螺母連接是零件之間的一種重要且常見的連接方式，它在裝配作業中佔有相當大的比重，裝配精度的高低直接影響到零部件的穩定性和品質。目前螺栓螺母的裝配方式分為手動方式和半自動方式，其中，半自動方式主要是操作者配合半自動加解鎖裝置完成螺栓螺母的裝配作業。例如，操作者將待加工件放置于半自動加解鎖裝置指定位置並對準加解鎖刀頭後，半自動加解鎖裝置對待加工件進行加鎖或解鎖的動作。

但是在實際應用中，半自動的加解鎖方式具有一定局限性。首先，半自動方式的裝配誤差大。由於半自動方式需要操作者輔助完成，操作者通過手動放置待加工件和對準刀頭，對於不同的操作者來說，操作的誤差範圍大，因此這種方式不適用裝配精度要求高的環境。其次，半自動方式的工作效率低。由於操作者不能完成大型待加工件或大面積的裝配作業，因此在大型設備或自動化程度高的領域中（如整車製造領域、航空航太領域等），半自動方式需要大量的人工輔助裝配，不僅浪費人力資源，而且還造成了工作效率低的問題。

相應地，本領域需要一種新的自動加解鎖裝置來解決上述問題。

為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決半自動加解鎖方式裝配誤差大、工作效率低的問題，本創作提供了一種自動加解鎖裝置，用於使處於目標位置的緊固件達到目標狀態，自動加解鎖裝置包括控制部和加解鎖機構，其中，控制部能夠使加解鎖機構到達與目標位置對應的契合位置；並且控制部通過控制加解鎖機構的運動參數，使緊固件達到目標狀態。

在上述自動加解鎖裝置的優選技術方案中，自動加解鎖裝置還包括識別機構，識別機構能夠獲取至少包含目標位置的資訊；控制部根據目標位置的資訊使加解鎖機構到達契合位置。

在上述自動加解鎖裝置的優選技術方案中，識別機構為圖像識別感測器，且圖像識別感測器在自動加解鎖裝置的設置位置具有如下特徵，圖像識別感測器能夠採集至少包含目標位置的圖像資料；在加解鎖機構到達契合位置的過程中，圖像識別感測器能夠採集加解鎖機構所處的當前位置的圖像資料；以及在當前位置為契合位置的情形下，圖像識別感測器能夠採集加解鎖機構與緊固件在契合過程中的圖像資料。

在上述自動加解鎖裝置的優選技術方案中，自動加解鎖裝置還包括導軌元件，導軌元件用於承載加解鎖機構，並且導軌元件允許加解鎖機構到達契合位置。

在上述自動加解鎖裝置的優選技術方案中，導軌元件包括至少一個導軌以及能夠在至少一個導軌上滑動的至少一個滑塊。

在上述自動加解鎖裝置的優選技術方案中，加解鎖機構包括：加解鎖頭，其能夠與緊固件契合，並且加解鎖頭能夠帶動緊固件繞加解鎖頭的中心軸線旋轉；伸縮杆，其一端與加解鎖頭柔性連接，伸縮杆的另一端與至少一個滑塊中能夠到達契合位置的滑塊固定連接，並且在組裝好的狀態下，伸縮杆能夠通過伸縮運動帶動加解鎖頭沿伸縮杆的軸向移動。

在上述自動加解鎖裝置的優選技術方案中，加解鎖機構還包括：壓力感測器，其用於將伸縮杆在帶動加解鎖頭移動的過程中的壓力信號發送至控制部；扭矩感測器，其用於將加解鎖頭在旋轉的過程中的扭矩信號發送至控制部。

在上述自動加解鎖裝置的優選技術方案中，控制部包括控制器和驅動電機組，其中，控制器用於根據接收到的識別機構的資訊，通過控制驅動電機組中的一個或多個使加解鎖機構按照設定的路徑到達契合位置，並且在加解鎖機構與緊固件契合好的情形下，控制器通過控制若干驅動電機中的一個或多個使緊固件達到目標狀態。

在上述自動加解鎖裝置的優選技術方案中，驅動電機組包括：至少一個位移驅動電機，其能夠在控制器的控制下，通過驅動至少一個滑塊在導軌上的移動，使加解鎖機構到達契合位置；伸縮驅動電機，其能夠在控制器的控制下，通過驅動伸縮杆的伸縮運動，帶動加解鎖頭以靠近/遠離緊固件的方式移動；加解鎖驅動電機，其能夠在控制器的控制下，驅動加解鎖頭繞加解鎖頭的中心軸旋轉。

在上述自動加解鎖裝置的優選技術方案中，緊固件為螺栓或螺母。

本領域技術人員能夠理解的是，在本創作的優選技術方案中，自動加解鎖裝置包括控制部和加解鎖機構，控制部能夠使加解鎖機構到達與目標位置對應的契合位置；並且控制部通過控制加解鎖機構的運動，使緊固件達到目標狀態。採用本創作的自動加解鎖裝置對緊固件進行加解鎖作業，不僅提高了加解鎖過程的工作效率，而且提高了緊固件的裝配精度，實現了緊固件的自控式安裝。

以下在實施方式中詳細敘述本創作之詳細特徵及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本創作之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本創作相關之目的及優點。

下面參照附圖來描述本創作的優選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用於解釋本創作的技術原理，並非旨在限制本創作的保護範圍。例如，雖然附圖中的加解鎖頭是內六角結構，但是這種結構非一成不變，本領域技術人員可以根據需要對其作出調整，以便適應具體的應用場合。

需要說明的是，在本創作的描述中，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水準”、“內”、“外”等指示的方向或位置關係的術語是基於附圖所示的方向或位置關係，這僅僅是為了便於描述，而不是指示或暗示所述裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本創作的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，還需要說明的是，在本創作的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域技術人員而言，可根據具體情況理解上述術語在本創作中的具體含義。

如圖1所示，本創作的自動加解鎖裝置主要用於使處於目標位置的緊固件達到目標狀態。自動加解鎖裝置主要包括控制部（圖中未標出）和加解鎖機構2。其中，控制部可以使加解鎖機構2到達與目標位置對應的契合位置；並且控制部通過控制加解鎖機構2的運動參數，使緊固件達到目標狀態。優選地，緊固件可以為螺栓，如內六角螺栓、外六角螺栓、十字頭螺栓、異形頭螺栓等。當然，本領域技術人員可以想到的是，緊固件的形式並非唯一，也可以是與螺栓相匹配的螺母，如內六角螺母、外六角螺母等。

以緊固件為螺栓為例，需要解釋的是，在本實施方式中，目標位置可以是螺栓緊固的位置，即螺栓的待安裝位置。目標狀態可以是在理想情況下，螺栓在目標位置被擰緊時的狀態，即螺栓處於緊固的狀態。契合位置可以是螺栓的待安裝位置的正下方的投影位置，並且處於該位置的加解鎖機構2與螺栓的軸線應當共線。

繼續參照圖1，自動加解鎖裝置還包括識別機構，識別機構至少能夠獲取待安裝位置的資訊，並且控制部可以根據該待安裝位置的資訊使所述加解鎖機構2到達契合位置。優選地，識別機構可以為圖像識別感測器3，其個數優選為一個，並且該圖像識別感測器3在自動加解鎖裝置的設置位置（如設置於軌道一端）可以具有如下特徵：圖像識別感測器3可以採集至少包含待安裝位置的圖像資料；在加解鎖機構2到達契合位置的過程中，圖像識別感測器3可以採集加解鎖機構2在當前位置的圖像資料；在當前位置為契合位置的情形下，可以採集加解鎖機構2與緊固件在契合過程中的圖像資料。當然，本領域技術人員可以想到的是，圖像識別感測器3的個數並非不變，可以根據具體使用環境和精度要求，對圖像識別感測器3的個數以及設置位置進行調整。

繼續參照圖1，自動加解鎖裝置還可以包括導軌元件4，導軌元件4至少包括一個導軌以及可以在至少一個導軌上滑動的滑塊，至並且少一個導軌上滑動的滑塊能夠到達契合位置，加解鎖機構2可以固定於該滑塊上。控制部根據加解鎖機構2的初始位置和契合位置，通過使滑塊按照設定的路徑沿導軌移動，從而使加解鎖機構2到達契合位置。參照圖1，在一種可能的實施方式中，導軌元件4可以包括兩根橫向導軌41和一根縱向導軌43，兩根橫向導軌41上各設置有一個橫向滑塊42，縱向導軌43上設置有縱向滑塊44，縱向滑塊44可以到達契合位置，加解鎖機構2與縱向滑塊44固定連接，並且縱向導軌43的兩端分別與兩個橫向滑塊42連接。本領域技術人員可以想到的是，導軌元件4的設置方式並非固定，可以根據具體應用環境進行調整，只要其滿足允許加解鎖機構2到達契合位置的條件即可。

需要說明的是，設定的路徑可以是從加解鎖機構2的當前位置移動到契合位置的任一路徑，如加解鎖機構2當前位置與契合位置的直線路徑或避開直線路徑中的障礙物的路徑等。

仍以緊固件為螺栓為例，如圖2所示，加解鎖機構2主要包括加解鎖頭21和伸縮杆22。其中，加解鎖頭21的端部具有能夠與螺栓契合的對接結構，並且在契合好的狀態下，加解鎖頭21可以帶動螺栓繞加解鎖頭21的中心軸線旋轉。其中，伸縮杆22的一端與加解鎖頭21柔性連接，另一端與縱向滑塊44固定連接，並且伸縮杆22可以通過伸縮運動帶動加解鎖頭21沿伸縮杆22的軸向移動，進而帶動螺栓沿伸縮杆22的軸向移動。按照圖2所示方位，加解鎖頭21設置於伸縮杆22的頂端，並且與伸縮杆22柔性連接，伸縮杆22的底端與縱向滑塊44固定連接。優選地，柔性連接可以使用彈簧23進行連接。

進一步地，可以將加解鎖頭21以可更換的方式設置，即同一個伸縮杆22可以與不同型號的加解鎖頭21柔性連接，以便應用於不同種類的螺栓或螺母，從而提高自動加解鎖裝置的適用性。

如圖3所示，控制部主要包括控制器11和包含若干個驅動電機的驅動電機組。其中，控制器11用於根據接收到的識別機構的資訊，通過控制若干驅動電機在相應的時機切換相應的工作狀態。如控制驅動電機的啟動和停止等。其中，若干驅動電機可以在控制器11的控制下，使加解鎖機構2按照設定的路徑到達契合位置，並且在加解鎖機構2與螺栓契合好的狀態下，使螺栓達到緊固的狀態。

優選地，驅動電機組可以包括橫向位移驅動電機12、縱向位移驅動電機13、伸縮驅動電機14以及加解鎖驅動電機15。其中，橫向位移驅動電機12與縱向位移驅動電機13可以在控制器11的控制下（如控制器11控制滑塊的運動速度和位移），分別驅動兩個橫向滑塊42和一個縱向滑塊44在相應的導軌上移動，從而使加解鎖機構2到達契合位置。其中，伸縮驅動電機14可以在控制器11的控制下（如控制器11控制伸縮杆22的運動速度和位移），通過驅動伸縮杆22沿伸縮杆22的軸向移動，進而帶動加解鎖頭21以靠近/遠離螺栓的方式移動。其中，加解鎖驅動電機15可以在控制器11的控制下（如控制器11控制加解鎖頭21的旋轉速度和旋轉角度），驅動加解鎖頭21繞加解鎖頭21的中心軸線旋轉，並且在加解鎖機構2與螺栓契合好的狀態下，通過該旋轉運動使螺栓達到緊固的狀態，即到達目標狀態。

為了使控制部更好地檢測螺栓的緊固的狀態並且控制若干驅動電機工作狀態，在加解鎖機構2上設置有壓力感測器（圖中未標出）和扭矩感測器（圖中未標出）。其中，壓力感測器可以將伸縮杆22在帶動加解鎖頭21移動的過程中的壓力信號發送至控制部，扭矩感測器可以將加解鎖頭21在旋轉的過程中的扭矩信號發送至控制部。如控制器11可以根據壓力感測器或扭矩感測器發送的信號，控制相應的驅動電機的啟動或停止等。優選地，壓力感測器和扭矩感測器分別安裝在加解鎖頭21的下方或其他能夠檢測到加解鎖頭21壓力和扭矩的位置，也可以將二者集成在一個感測器上。

需要說明的是，圖像識別感測器3、壓力感測器以及扭矩感測器都可以輸出類比信號，控制器11可以即時接收這些類比信號並基於這些類比信號進行相應的資料處理和運算，並進一步通過控制驅動電機組中的各個驅動電機在相應的時機處於相應的工作狀態，通過加解鎖機構2的整體移動、加解鎖頭21的轉動和/或伸縮杆22的伸縮運動使緊固件達到緊固的狀態。

參照圖1、圖4A和圖4B，下面以外六角螺栓5的加鎖過程為例，闡述本創作的自動加解鎖機構2的工作過程。

首先，圖像識別感測器3獲取外六角螺栓5所處的待安裝位置和加解鎖機構2所處的當前位置（如初始位置）的圖像資料併發送給控制器11，控制器11從該圖像資料中提取出外六角螺栓5和加解鎖頭21的相對位置資訊，並根據該相對位置資訊計算出加解鎖機構2能夠大致移動至契合位置的路徑，即前述的設定的路徑。

其次，控制器11控制橫向位移驅動電機12和/或縱向位移驅動電機13分別帶動橫向滑塊42和/或縱向滑塊44移動（如高速移動），進而帶動加解鎖機構2大致移動至契合位置，完成粗定位。之後，控制器11進一步根據圖像識別感測器3採集的圖像資料計算外六角螺栓5與加解鎖機構2的相對位置資訊，並根據該相對位置資訊計算出加解鎖機構2準確到達契合位置的路徑，之後通過控制橫向位移驅動電機12和/或縱向位移驅動電機13分別帶動橫向滑塊42和/或縱向滑塊44移動（如低速移動），進而帶動加解鎖機構2準確地移動至契合位置，完成精定位。在通過低速移動的方式完成精定位的過程中，控制器11根據圖像識別感測器3即時採集的圖像資料即時地調整加解鎖機構2的移動路徑，保證加解鎖機構2最終能夠停在加解鎖機構2的軸線與螺栓的軸線共線的契合位置。此過程中如果無法有效地避開障礙物，則控制器11重新計算移動路徑。

然後，控制器11控制伸縮驅動電機14極低速工作，進而帶動加解鎖頭21以靠近外六角螺栓5的方向做極低速的移動，當加解鎖頭21頂部接觸到外六角螺栓5時會受到外六角螺栓5的壓力而擠壓彈簧23，此時壓力感測器將採集到的壓力信號即時輸出給控制器11，控制器11對壓力信號進行處理獲得壓力值等參數，當壓力達到預設壓力值時，控制器11控制伸縮驅動電機14停止工作。此時控制器11採集圖像識別感測器3的資料，分析並判定加解鎖頭21與外六角螺栓5是有效接觸還是無效接觸，在有效接觸的情況下，完成第一次判定。否則，控制器11根據圖像識別感測器3的圖像資料重新計算加解鎖機構2的運動路徑，調整加解鎖機構2的位置，並重新判定是否有效接觸。

參照圖4A所示，需要說明的是，在本實施方式中，有效接觸可以是：加解鎖機構2與外六角螺栓5的軸線共線的前提下，加解鎖頭21與外六角螺栓5的接觸。無效接觸可以是：加解鎖頭21與外六角螺栓5尚未接觸或加解鎖頭21只有一部分與外六角螺栓5接觸，即加解鎖機構2與外六角螺栓5的軸線在無效接觸的情形下不共線。

參照圖4B所示，完成第一次判定後，控制器11控制加解鎖驅動電機15在較低速下沿外六角螺栓5的加鎖方向運動，此時扭矩感測器將採集到的扭矩信號即時輸出給控制器11，控制器11對扭矩信號進行處理獲得扭矩值等參數，當扭矩達到第一預設扭矩值時，控制器11控制加解鎖驅動電機15停止工作，此時加解鎖頭21與外六角螺栓5處於契合狀態，完成第二次判定。

最後，在加解鎖頭21與外六角螺栓5完成第二次判定後，控制器11控制加解鎖驅動電機15繼續工作，加解鎖頭21旋轉帶動外六角螺栓5同步旋轉，即進行加鎖動作。扭矩感測器在加鎖動作的過程中即時採集扭矩信號併發送給控制器11，控制器11對扭矩信號進行處理獲得扭矩值等參數，當扭矩值達到第二預設扭矩值時，控制器11控制加解鎖驅動電機15停止工作，加鎖動作完成。之後，控制器11控制伸縮驅動電機14反向工作，進而帶動加解鎖頭21以遠離外六角螺栓5的方式移動，直至完全脫離外六角螺栓5，加鎖過程結束。

上述優選的實施方式，自動加解鎖裝置包括控制部、識別機構、加解鎖機構2和導軌元件4。識別機構可以採集待安裝位置和加解鎖機構2處於的當前位置的圖像資料，並能夠將採集資料傳輸給控制部，控制部根據前述的圖像資料，通過控制驅動電機組中的相應的位移驅動電機，一方面能夠將加解鎖機構2移動至待安裝位置與緊固件契合。另一方面在契合之後，通過控制驅動電機組中的相應的伸縮驅動電機14和加解鎖驅動電機15，最終使緊固件達到緊固的狀態。採用本創作的自動加解鎖裝置對緊固件進行加解鎖作業，明顯提高加解鎖過程的工作效率。而且，在對緊固件進行加解鎖作業的過程中，由於控制部可以根據圖像識別感測器3採集的緊固件和加解鎖頭21的相對位置資訊的圖像資料即時地調整相應的驅動電機的運動參數，因此提高了緊固件的裝配精度，從而實現了緊固件的自控式安裝。此外，加解鎖頭21以可更換的方式設置還可以使自動加解鎖機構2應用於多樣化的加解鎖工作環境，提高了自動加解鎖裝置對於應用場景的適用性，優化了自動加解鎖裝置的使用性能。

雖然本創作的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本創作的範疇內，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

2‧‧‧加解鎖機構

3‧‧‧圖像識別感測器

4‧‧‧導軌元件

5‧‧‧外六角螺栓

11‧‧‧控制器

12‧‧‧橫向位移驅動電機

13‧‧‧縱向位移驅動電機

14‧‧‧伸縮驅動電機

15‧‧‧加解鎖驅動電機

21‧‧‧加解鎖頭

22‧‧‧伸縮杆

23‧‧‧彈簧

41‧‧‧橫向導軌

42‧‧‧橫向滑塊

43‧‧‧縱向導軌

44‧‧‧縱向滑塊

圖1是本創作的自動加解鎖裝置的示意圖。 圖2是本創作的自動加解鎖裝置的加解鎖機構的結構示意圖。 圖3是本創作的自動加解鎖裝置的控制部的示意圖。 圖4A是本創作的加解鎖頭與外六角螺栓的有效接觸示意圖。 圖4B是本創作的加解鎖頭與外六角螺栓處於契合狀態的示意圖。

Claims (10)

1. 一種自動加解鎖裝置，用於使處於一目標位置的一緊固件達到一目標狀態，包括： 一控制部；及 一加解鎖機構； 其中，該控制部能夠使該加解鎖機構到達與該目標位置對應的一契合位置，並且該控制部通過控制該加解鎖機構的一運動參數，使該緊固件達到該目標狀態。
2. 如請求項1所述之自動加解鎖裝置，其中，該自動加解鎖裝置還包括一識別機構，該識別機構能夠獲取至少包含該目標位置的資訊，該控制部根據該目標位置的資訊使該加解鎖機構到達該契合位置。
3. 如請求項2所述之自動加解鎖裝置，其中，該識別機構為一圖像識別感測器，且該圖像識別感測器在自動加解鎖裝置的設置位置具有如下特徵，該圖像識別感測器能夠採集至少包含該目標位置的圖像資料； 在該加解鎖機構到達該契合位置的過程中，該圖像識別感測器能夠採集該加解鎖機構所處的一當前位置的圖像資料；以及 在該當前位置為該契合位置的情形下，該圖像識別感測器能夠採集該加解鎖機構與該緊固件在契合過程中的圖像資料。
4. 如請求項3所述之自動加解鎖裝置，其中，該自動加解鎖裝置還包括一導軌元件，該導軌元件用於承載該加解鎖機構，並且該導軌元件允許該加解鎖機構到達該契合位置。
5. 如請求項4所述之自動加解鎖裝置，其中，該導軌元件包括至少一個導軌以及能夠在該至少一個導軌上滑動的至少一個滑塊。
6. 如請求項5所述之自動加解鎖裝置，其中，該加解鎖機構包括： 一加解鎖頭，其能夠與該緊固件契合，並且該加解鎖頭能夠帶動該緊固件繞該加解鎖頭的中心軸線旋轉；及 一伸縮杆，其一端與該加解鎖頭柔性連接，該伸縮杆的另一端與該至少一個滑塊中能夠到達該契合位置的該滑塊固定連接，並且在組裝好的狀態下，該伸縮杆能夠通過伸縮運動帶動該加解鎖頭沿該伸縮杆的軸向移動。
7. 如請求項6所述之自動加解鎖裝置，其中，該加解鎖機構還包括： 一壓力感測器，其用於將該伸縮杆在帶動該加解鎖頭移動的過程中的壓力信號發送至該控制部；及 一扭矩感測器，其用於將該加解鎖頭在旋轉的過程中的扭矩信號發送至該控制部。
8. 如請求項6所述之自動加解鎖裝置，其中，該控制部包括一控制器和一驅動電機組，其中，該控制器用於根據接收到的該識別機構的資訊，通過控制該驅動電機組中的一個或多個使該加解鎖機構按照設定的路徑到達該契合位置，並且在該加解鎖機構與該緊固件契合好的情形下，該控制器通過控制該若干驅動電機中的一個或多個使該緊固件達到該目標狀態。
9. 如請求項8所述之自動加解鎖裝置，其中，該驅動電機組包括： 至少一個位移驅動電機，其能夠在該控制器的控制下，通過驅動該至少一個滑塊在該導軌上的移動，使該加解鎖機構到達該契合位置； 一伸縮驅動電機，其能夠在該控制器的控制下，通過驅動該伸縮杆的伸縮運動，帶動該加解鎖頭以靠近/遠離該緊固件的方式移動；及 一加解鎖驅動電機，其能夠在該控制器的控制下，驅動該加解鎖頭繞該加解鎖頭的中心軸旋轉。
10. 如請求項1至9中任一項所述之自動加解鎖裝置，其中，該緊固件為螺栓或螺母。