一种机械臂式钢结构辅助拧紧螺栓设备及方法与流程

本发明涉及钢结构施工技术领域，具体为一种机械臂式钢结构辅助拧紧螺栓设备及方法。

背景技术：

传统安装钢结构时多为高空作业，需要人员在高空进行操作安装，人员在高空操作时需要保持平衡，则在使用工具时不能全力安装螺栓，所以市面上推出了用于辅助拧紧螺栓的设备，但是现有的辅助拧紧螺栓的设备在使用时存在以下缺陷：灵活性差，不方便根据位置进行灵活调整螺栓和螺母的位置来安装，同时在每次一组螺栓和螺母安装好后，还需人工重新安装螺栓和螺母进行下一处的固定，较为麻烦，降低了工作效率，为此，我们提出一种机械臂式钢结构辅助拧紧螺栓设备及方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机械臂式钢结构辅助拧紧螺栓设备及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机械臂式钢结构辅助拧紧螺栓设备，包括底座和磁吸固定机构，所述磁吸固定机构设置在底座底部，所述底座顶部右侧设置有控制器，所述底座顶部左侧设置有操作机械臂，所述操作机械臂包括设置在底座顶部左侧的调整臂机构一，所述调整臂机构一上设置有调整臂机构二，所述调整臂机构二上设置有操作臂机构，所述调整臂机构二左侧中部设置有与操作臂机构配合的供料机构。

进一步地，所述调整臂机构一包括固定在底座顶部左侧的壳体一，所述壳体一内固定设置有伺服电机一，所述伺服电机一输出端设置有减速器，且减速器输出端设置有连接柱，且连接柱顶部贯穿壳体一顶部并与支撑柱底部右端焊接。

进一步地，所述调整臂机构二包括通过轴承活动套设在支撑柱外壁左端的套筒，所述套筒顶部右侧固定设置有壳体三，且壳体三内固定设置有伺服电机二，且伺服电机二输出端设置有减速器，且减速器输出端贯穿壳体三右侧并固定连接有转杆，转杆外壁固定套设有主动齿轮，所述套筒顶部左侧固定设置有支撑架，且支撑架右侧与壳体三左侧固定连接，所述支撑柱顶部且位于套筒右方通过螺钉固定设置有安装底座，且安装底座顶部固定设置有半圆形架，且半圆形架的弧形外壁均匀设置有与主动齿轮啮合的齿牙，所述支撑柱外壁左侧且位于套筒左方固定设置有弧形滑轨，且支撑架底部固定设置有与弧形滑轨匹配的滑块，所述支撑架上左端竖向固定插接有承载架。

进一步地，所述操作臂机构包括固定在承载架左侧的安装架，且安装架个数为两组，且两组安装架分别固定在承载架左侧顶部和底部，两组所述安装架顶部均固定设置有直线伸缩电机一，两组所述直线伸缩电机一左端均固定设置有竖向的连接架，两组所述连接架右侧外壁均通过支架固定设置有直线伸缩电机二，顶部所述直线伸缩电机二的底端固定设置有壳体二，且壳体二内固定设置有安装螺栓电机，且安装螺栓电机输出端贯穿壳体二并固定连接有固定螺栓头，底部所述直线伸缩电机二的顶端固定设置有与固定螺栓头相对应的固定螺母头。

进一步地，所述供料机构包括固定在承载架左侧外壁中部的装配座，所述装配座左端焊接有支撑架，所述支撑架顶部和底部左端均固定设置有料筒，且两组料筒相对一侧内壁均固定设置有微型直线伸缩电机，且两组微型直线伸缩电机相背一端均设置有活动板，所述装配座前侧右端固定设置有微型伺服电机，且微型伺服电机输出端设置有螺杆，所述螺杆另一端通过轴承与镶块活动连接，且镶块固定在支撑架前侧外壁左端，所述螺杆外壁靠右侧位置螺纹套设有移动块，所述移动块顶部和底部均固定设置有连接杆，且两组连接杆相背一端均固定连接有挡板，且顶部挡板底部与顶部料筒的顶部贴合，底部挡板顶部与底部料筒的底部贴合，两组所述挡板上左侧均开设有与料筒相连通的通口，且通口位于料筒左侧。

进一步地，所述移动块后侧外壁固定设置有导向滑块，且支撑架前侧外壁横向开设有与导向滑块匹配的导向滑槽。

一种机械臂式钢结构辅助拧紧螺栓设备的方法：

s1：使用时，打开手机app激活该设备，将该设备放置在需要安装的钢结构的上方，通过控制器上的触摸屏设置安装螺栓的位置信息，并将螺栓和螺母分别安装在固定螺栓头和固定螺母头上，通过磁吸固定机构将该设备吸附固定在钢结构上；

s2：将该钢结构通过外界的吊装设备吊到安装地点，工作人员爬到相应位置后对接两个钢结构，通过控制器上的触摸屏进行固定螺栓头和固定螺母头的位置控制；

s3：通过驱动伺服电机一，伺服电机一和减速器带动连接柱，连接柱使支撑柱转动，调整使用角度，通过驱动伺服电机二，伺服电机二和减速器带动主动齿轮，通过主动齿轮和半圆形架上的齿牙配合使套筒在支撑柱外壁转动，进一步进行角度调整，调整过后，根据钢结构上的插入螺栓和螺母的位置调整操作臂机构；

s4：通过直线伸缩电机一带动连接架，进而使固定螺栓头和固定螺母头到达指定位置，通过驱动底部直线伸缩电机二，使固定螺母头带动螺母到达指定位置，通过驱动顶部的直线伸缩电机二，使固定螺栓头带动螺栓到达指定位置并且在固定螺栓头带动螺栓进入时，驱动安装螺栓电机进而使螺栓拧紧在螺母内部；

s5：再驱动两组直线伸缩电机二收缩，使固定螺栓头脱离螺栓，固定螺母头脱离螺母，驱动两组直线伸缩电机一收缩，使固定螺栓头位于顶部料筒上方，固定螺母头位于底部料筒下方，通过调整臂机构二使承载架调整至纵向状态，驱动微型伺服电机带动螺杆转动，使移动块向右侧移动，移动块通过连接杆使顶部和底部的挡板向右移动，在挡板移动时驱动两组直线伸缩电机二伸出，当挡板移动，使通口对应料筒时，固定螺栓头通过直线伸缩电机二进入顶部通口内，固定螺母头通过直线伸缩电机二进入底部通口内，此时关闭直线伸缩电机二和微型伺服电机，并驱动微型直线伸缩电机，顶部微型直线伸缩电机推动活动板使位于顶部料筒内的螺栓出料，使顶部料筒内最外侧的螺栓安装在固定螺栓头远离顶部直线伸缩电机二的一侧，底部微型直线伸缩电机推动活动板使位于底部料筒内的螺母向上，使最外侧的螺母安装在固定螺母头远离底部直线伸缩电机二的一侧，安装后，驱动两组直线伸缩电机二进行收缩和微型伺服电机反转，使安装了螺母的固定螺母头和安装了螺栓的固定螺栓头脱离通口，同时，在固定螺母头和固定螺栓头脱离通口时，微型伺服电机带动螺杆使移动块向左移动复位进行封闭料筒，此时即可通过安装好的螺栓和螺母进行下一处的安装。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明设置有操作机械臂，通过驱动伺服电机一，伺服电机一和减速器带动连接柱，连接柱使支撑柱转动，调整使用角度，通过驱动伺服电机二，伺服电机二和减速器带动主动齿轮，通过主动齿轮和半圆形架上的齿牙配合使套筒在支撑柱外壁转动，进一步实现角度调整，调整过后，根据钢结构上的对应的位置调整操作臂机构进行螺栓旋入螺母的固定作业，使用灵活性高，方便根据不同的固定位置进行灵活调整，提高实用性的同时大大提高工作效率和工作质量；

2)本发明设置有供料机构，通过调整臂机构二使承载架转动至纵向状态，通过直线伸缩电机一和直线伸缩电机二使固定螺栓头和固定螺母头分别移动至相对应的料筒处，采用微型伺服电机、螺杆、移动块、连接杆和挡板实现对料筒的封闭，使料筒内的螺栓和螺母在正常使用时不会掉出，而在供料时使通口与料筒对应，使固定螺栓头或固定螺母头从通口处进行安装螺栓或螺母，同时在安装时通过微型直线伸缩电机带动活动板进行螺栓或螺母的出料，提高螺栓与固定螺栓头、固定螺母头与螺母固定的牢固性，保证后续使用的稳定性，无需人工往复安装螺栓或螺母，大大提高工作效率和劳动强度。

附图说明

图1为本发明结构主视图；

图2为本发明半圆形架结构右视图；

图3为本发明供料机构结构示意图。

图中：1、底座；2、磁吸固定机构；3、控制器；4、操作机械臂；41、调整臂机构一；411、壳体一；412、伺服电机一；413、支撑柱；42、调整臂机构二；421、套筒；422、伺服电机二；423、主动齿轮；424、支撑架；425、弧形滑轨；426、半圆形架；427、齿牙；428、安装底座；429、承载架；43、操作臂机构；431、安装架；432、直线伸缩电机一；433、固定螺母头；434、连接架；435、直线伸缩电机二；436、壳体二；437、固定螺栓头；5、供料机构；51、装配座；52、支撑架；53、料筒；54、微型直线伸缩电机；55、活动板；56、微型伺服电机；57、螺杆；58、移动块；59、连接杆；591、挡板；592、通口。

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。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种机械臂式钢结构辅助拧紧螺栓设备，请参阅图1，包括底座1和磁吸固定机构2，磁吸固定机构2在本领域应用广泛，具体包括固定连接在底座1下方的磁性固定盒、位于磁性固定盒内部下表面固定连接的导磁块、缠绕在导磁块上的磁场生成线圈共同构成的，磁场生成线圈分别与控制器3的电源输出端和信号输出端电性连接，还包括设置在底座1顶部且位于控制器3左侧的电池盒，电池盒内部电池为锂电池，为本发明中的电器元件提供电源，电池盒外部套有防尘防水外壳，电池盒拥有充电功能；

请参阅图1，磁吸固定机构2设置在底座1底部，底座1顶部右侧设置有控制器3，控制器3拥有无线信号接收发送功能，控制器3拥有电容触摸屏，控制器3外部套有防尘防液外壳，控制器3的mcu型号为arm系列单片机，底座1顶部左侧设置有操作机械臂4，操作机械臂4实现螺栓和螺母的位置定位和螺栓拧紧在螺母内部的作业，操作机械臂4包括设置在底座1顶部左侧的调整臂机构一41，调整臂机构一41上设置有调整臂机构二42，调整臂机构一41和调整臂机构二42调整使用角度，调整臂机构二42上设置有操作臂机构43，操作臂机构43进行螺栓拧紧在螺母内部的作业，调整臂机构二42左侧中部设置有与操作臂机构43配合的供料机构5，在上好一组螺栓和螺母后，通过供料机构5重新在固定螺栓头437和固定螺母头433处上料。

如图1所示：调整臂机构一41包括固定在底座1顶部左侧的壳体一411，壳体一411起到支撑和安装结构的作用，壳体一411的一侧带有壳盖(图中未示出)，方便维护壳体一411内部结构，壳体一411内固定设置有伺服电机一412，伺服电机一412输出端设置有减速器，且减速器输出端设置有连接柱，且连接柱顶部贯穿壳体一411顶部并与支撑柱413底部右端焊接，伺服电机一412和减速器带动连接柱，进而通过连接柱带动支撑柱413，调整使用角度；

如图1和图2所示：调整臂机构二42包括通过轴承活动套设在支撑柱413外壁左端的套筒421，采用轴承使套筒421可在支撑柱413外壁进行180度的转动调整，套筒421顶部右侧固定设置有壳体三，壳体三起到支撑和安装结构的作用，壳体三的一侧带有壳盖(图中未示出)，方便维护壳体三内部结构，且壳体三内固定设置有伺服电机二422，且伺服电机二422输出端设置有减速器，且减速器输出端贯穿壳体三右侧并固定连接有转杆，伺服电机二422和减速器带动转杆转动，转杆外壁固定套设有主动齿轮423，主动齿轮423用于与半圆形架426顶部的齿牙427配合实现角度调整，套筒421顶部左侧固定设置有支撑架424，支撑架424起到支撑和安装结构的作用，且支撑架424右侧与壳体三左侧固定连接，可采用焊接的方式，支撑柱413顶部且位于套筒421右方通过螺钉固定设置有安装底座428，且安装底座428顶部固定设置有半圆形架426，半圆形架426限制套筒421转动的角度和范围，且半圆形架426的弧形外壁均匀设置有与主动齿轮423啮合的齿牙427，支撑柱413外壁左侧且位于套筒421左方固定设置有弧形滑轨425，弧形滑轨425顶部的滑道竖截面呈t形，且支撑架424底部固定设置有与弧形滑轨425匹配的滑块，滑块为t形滑块，弧形滑轨425和滑块的配合提高套筒421转动的稳定性，支撑架424上左端竖向固定插接有承载架429，支撑架424上开设有与承载架429匹配的通孔，承载架429焊接在通孔内，承载架429起到支撑和安装结构的作用；

如图1所示：操作臂机构43包括固定在承载架429左侧的安装架431，安装架431用于支撑直线伸缩电机一432，安装架431可采用螺钉或螺栓的方式与承载架429固定，且安装架431个数为两组，且两组安装架431分别固定在承载架429左侧顶部和底部，两组安装架431顶部均固定设置有直线伸缩电机一432，直线伸缩电机一432用于驱动连接架434左右移动，两组直线伸缩电机一432左端均固定设置有竖向的连接架434，连接架434起到支撑和安装结构的作用，两组连接架434右侧外壁均通过支架固定设置有直线伸缩电机二435，直线伸缩电机二435用于驱动固定螺栓头437或固定螺母头433升降，顶部直线伸缩电机二435的底端固定设置有壳体二436，壳体二436起到安装和支撑结构的作用，壳体二436的一侧带有壳盖(图中未示出)，方便维护壳体二436内部结构，且壳体二436内固定设置有安装螺栓电机，安装螺栓电机用于带动固定螺栓头437固定的螺栓转动，使螺栓拧入螺母中，且安装螺栓电机输出端贯穿壳体二436并固定连接有固定螺栓头437，固定螺栓头437用于安装螺栓，底部直线伸缩电机二435的顶端固定设置有与固定螺栓头437相对应的固定螺母头433，固定螺母头433用于安装螺母，固定螺栓头437和固定螺母头433的材料均为永磁材料，方便吸附固定螺母或螺栓；

如图3所示：供料机构5包括固定在承载架429左侧外壁中部的装配座51，装配座51起到支撑和安装结构的作用，装配座51左端焊接有支撑架52，支撑架52起到支撑和安装结构的作用，支撑架52顶部和底部左端均固定设置有料筒53，顶部料筒53用于放置螺栓，底部料筒53用于放置螺母，两组料筒53相背一侧均为中空，且两组料筒53相对一侧内壁均固定设置有微型直线伸缩电机54，微型直线伸缩电机54用于驱动活动板55移动，且两组微型直线伸缩电机54相背一端均设置有活动板55，活动板55与料筒53相匹配，活动板55随微型直线伸缩电机54带动推动螺栓或螺母出料(需要注意的是，在出料时，承载架429应为纵向状态，这样就不会在通口592与料筒53连通时，位于料筒53内的螺栓或螺母从料筒53处掉出)，装配座51前侧右端固定设置有微型伺服电机56，微型伺服电机56用于驱动螺杆57转动，且微型伺服电机56输出端设置有螺杆57，螺杆57另一端通过轴承与镶块活动连接，且镶块固定在支撑架52前侧外壁左端，螺杆57外壁靠右侧位置螺纹套设有移动块58，移动块58上左右贯穿开设有与螺杆57匹配的螺纹孔，移动块58被螺杆57带动移动，移动块58顶部和底部均固定设置有连接杆59，连接杆59起到连接结构的作用，且两组连接杆59相背一端均固定连接有挡板591，挡板591在不使用时用于封闭料筒53，且顶部挡板591底部与顶部料筒53的顶部贴合，底部挡板591顶部与底部料筒53的底部贴合，两组挡板591上左侧均开设有与料筒53相连通的通口592，通口592的口径大于料筒53直径或通口592的口径等于料筒53直径，且通口592位于料筒53左侧，使挡板591向右移动至指定位置后，通口592与料筒53连通；

如图3所示：移动块58后侧外壁固定设置有导向滑块(图中未示出)，且支撑架52前侧外壁横向开设有与导向滑块匹配的导向滑槽，导向滑块和导向滑槽的配合一方面避免移动块58被螺杆57带动旋转，另一方面对移动块58的左右移动起到限位和导向的作用。

一种机械臂式钢结构辅助拧紧螺栓设备的方法：

s1：使用时，打开手机app激活该设备，将该设备放置在需要安装的钢结构的上方，通过控制器3上的触摸屏设置安装螺栓的位置信息，并将螺栓和螺母分别安装在固定螺栓头437和固定螺母头433上，通过磁吸固定机构2将该设备吸附固定在钢结构上；

s2：将该钢结构通过外界的吊装设备吊到安装地点，工作人员爬到相应位置后对接两个钢结构，通过控制器3上的触摸屏进行固定螺栓头437和固定螺母头433的位置控制；

s3：通过驱动伺服电机一412，伺服电机一412和减速器带动连接柱，连接柱使支撑柱413转动，调整使用角度，通过驱动伺服电机二422，伺服电机二422和减速器带动主动齿轮423，通过主动齿轮423和半圆形架426上的齿牙配合使套筒421在支撑柱413外壁转动，进一步进行角度调整，调整过后，根据钢结构上的插入螺栓和螺母的位置调整操作臂机构43；

s4：通过直线伸缩电机一432带动连接架434，进而使固定螺栓头437和固定螺母头433到达指定位置，通过驱动底部直线伸缩电机二435，使固定螺母头433带动螺母到达指定位置，通过驱动顶部的直线伸缩电机二435，使固定螺栓头437带动螺栓到达指定位置并且在固定螺栓头437带动螺栓进入时，驱动安装螺栓电机进而使螺栓拧紧在螺母内部；

s5：再驱动两组直线伸缩电机二435收缩，使固定螺栓头437脱离螺栓，固定螺母头433脱离螺母，驱动两组直线伸缩电机一432收缩，使固定螺栓头437位于顶部料筒53上方，固定螺母头433位于底部料筒53下方，通过调整臂机构二42使承载架429调整至纵向状态，驱动微型伺服电机56带动螺杆57转动，使移动块58向右侧移动，移动块58通过连接杆59使顶部和底部的挡板591向右移动，在挡板591移动时驱动两组直线伸缩电机二435伸出，当挡板591移动，使通口592对应料筒53时，固定螺栓头437通过直线伸缩电机二435进入顶部通口592内，固定螺母头433通过直线伸缩电机二435进入底部通口592内，此时关闭直线伸缩电机二435和微型伺服电机56，并驱动微型直线伸缩电机54，顶部微型直线伸缩电机54推动活动板55使位于顶部料筒53内的螺栓出料，使顶部料筒53内最外侧的螺栓安装在固定螺栓头437远离顶部直线伸缩电机二435的一侧，底部微型直线伸缩电机54推动活动板55使位于底部料筒53内的螺母向上，使最外侧的螺母安装在固定螺母头433远离底部直线伸缩电机二435的一侧，安装后，驱动两组直线伸缩电机二435进行收缩和微型伺服电机56反转，使安装了螺母的固定螺母头433和安装了螺栓的固定螺栓头437脱离通口592，同时，在固定螺母头433和固定螺栓头437脱离通口592时，微型伺服电机56带动螺杆57使移动块58向左移动复位进行封闭料筒53，此时即可通过安装好的螺栓和螺母进行下一处的安装。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。