智能化打螺钉末端执行器装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能化打螺钉末端执行器装置，该装置包括机器人关节联接板、导轨滑块机构、光电感应器、伺服电机系统A、伺服电机系统B和螺钉储料仓，机器人关节联接板呈L型，包括尾端和首端，所述首端上水平设置有上下布置的两块丝杆安装板，其侧面安装有光电感应器；导轨滑块机构安装在首端上，并位于两块丝杆安装板之间，其上水平设置有伺服电机安装板；伺服电机系统A设置在首端上部；伺服电机系统B设置在伺服电机安装板上，其用于控制螺丝刀的旋转；螺钉储料仓安装在首端的下部，并设于伺服电机系统B的下方，其用于存储螺钉。本发明与机器人配合使用，具有装配效率高，成功率高，劳动强度低等优点。
【专利说明】
智能化打螺钉末端执行器装置
技术领域
[0001 ]本发明属于自动打螺丝装置领域，更具体地，涉及一种智能化打螺钉末端执行器装置，适合于大规模智能装配线。
【背景技术】
[0002]在各类产品的装配线上，打螺钉作为一种最基本的操作，耗费了大量的人力物力，传统的装配工艺中多采用手动螺丝刀进行拧紧，随着电动/气动螺丝刀的出现，打螺钉效率得到了一定的提升，但是依然需要投入大量的人工作业，人工组装耗时费力，且生产效率低，装配工艺性和产品一致性难以保证，常常造成产品寿命短或者运行过程中出现各种问题。
[0003]为解决上述问题，出现不少自动打螺钉机，如单轴打螺钉机和多轴锁螺钉机，但上述自动打螺钉机也存在着不少问题，首先采用单轴锁螺钉机时，螺钉分料缓慢，电批或气批需要在多个螺钉孔反复移动作业，这对于螺钉比较多的产品而言，生产效率依然较低，其次对于多轴锁螺钉机而言，稳定性常常难以保证，并且该类打螺钉机通用性普遍不强，所以设计一种通用性强，定位精度高，锁紧效率及成功率高的自动锁螺钉装置是一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种智能化打螺钉末端执行器装置，其中结合打螺钉的工艺特点相应设计了适用于打螺钉的末端执行器，并对其关键组件如关节联接板、联接法兰、导轨滑块机构、光电感应器、伺服电机系统和螺钉储料仓的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可有效解决人工进行打螺钉时效率低、一致性差、产品质量难以保证的问题，具有装配效率高，劳动强度低，装配成功率高等优点。
[0005]为实现上述目的，本发明提出了一种智能化打螺钉末端执行器装置，所述装置包括机器人关节联接板、导轨滑块机构、光电感应器、伺服电机系统A、伺服电机系统B和螺钉储料仓，其中:
[0006]所述机器人关节联接板呈L型，包括水平设置的尾端和竖直设置的首端，所述尾端通过联接法兰与机器人相连，所述首端上水平设置有上下布置的丝杆安装板A和丝杆安装板B，并且其侧面安装有所述光电感应器；
[0007]所述导轨滑块机构安装在所述首端上，并位于所述丝杆安装板A和丝杆安装板B之间，其上水平设置有伺服电机安装板；
[0008]所述伺服电机系统A设置在所述首端的上部，其丝杆依次穿过所述丝杆安装板A、伺服电机安装板和丝杆安装板B，其用于带动伺服电机安装板上下运动；
[0009]所述伺服电机系统B设置在所述伺服电机安装板上，其用于控制螺丝刀的旋转；
[0010]所述螺钉储料仓安装在所述首端的下部，并设于所述伺服电机系统B的下方，其用于存储螺钉。
[0011]作为进一步优选的，所述导轨滑块机构包括平行设置在所述首端上的两条导轨，每条导轨上设置有一滑块，两个滑块之间连接有所述伺服电机安装板。
[0012]作为进一步优选的，所述光电感应器包括L型联接板、光电感应开关和原点挡片，所述L型联接板与所述首端的侧边相连，所述光电感应开关安装在所述L型联接板上，所述原点挡片与所述伺服电机安装板相连。
[0013]作为进一步优选的，所述伺服电机系统A包括伺服电机A、联轴器A和丝杆，所述伺服电机A通过减速器联接板安装在所述尾端的上部，该伺服电机A通过所述联轴器A与所述丝杆相连，所述丝杆通过滚动轴承与所述丝杆安装板A和丝杆安装板B滚动配合，并通过螺纹轴套与所述伺服电机安装板螺纹连接。
[0014]作为进一步优选的，所述伺服电机系统B包括伺服电机B、联轴器B、螺丝刀杆快装套和螺丝刀杆，所述伺服电机B安装在所述伺服电机安装板上，其与所述联轴器B相连，该联轴器B通过联接轴套与所述螺丝刀杆快装套相连，所述螺丝刀杆安装在所述螺丝刀杆快装套上，其上安装有螺丝刀。
[0015]作为进一步优选的，所述螺钉储料仓包括螺钉进口、与所述螺钉进口呈30°角的螺丝刀杆进口、料仓左、右侧板和弹簧板，所述螺钉进口用于放入螺钉，所述料仓左、右侧板构成储料腔用于存储从所述螺钉进口放入的螺钉，该螺钉由所述螺丝刀杆进口中的螺丝刀锁紧，所述弹簧板位于所述料仓左、右侧板之间。
[0016]作为进一步优选的，所述螺钉储料仓固定在储料仓安装板上，所述储料仓安装板通过小型L型联接板与所述首端的下部相连。
[0017]作为进一步优选的，所述小型L型联接板包括彼此相连的联接板首端和联接板尾端，所述联接板尾端与所述首端的下部相连，所述联接板首端和联接板尾端之间设置有角件。
[0018]作为进一步优选的，所述首端和尾端间设置有角件，以提升所述机器人关节联接板的刚度。
[0019]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点:
[0020]1.本发明的智能化打螺钉末端执行器装置解决了传统装配工艺中采用人工进行打螺钉时效率低、一致性差、产品质量难以保证的问题，提高了装配效率;本发明作为一种机器人末端执行器，与机器人配合使用，实现了螺丝的自动供给和拧紧，提高了装配效率，降低了劳动强度，并且保证了打螺钉的一致性和工艺性要求。
[0021]2.本发明通过设置L型机器人关节联接板，实现了联接法兰与导轨滑块机构、光电感应器、伺服电机系统A、伺服电机系统B、螺钉储料仓等的完美装配，具有支撑稳定性好，装配便利等优点。
[0022]3.本发明通过设置导轨滑块机构和伺服电机安装板，并通过两者的相互配合，使得伺服电机系统A的力顺利传递给伺服电机系统B，进而将伺服电机系统A的升降运动转换为伺服电机系统B的升降运动，由此使得用于锁紧螺钉的螺丝刀在旋转的同时可上下移动，以便顺利锁紧螺钉，具有锁紧效率高、成功率高等优点。
[0023]4.本发明的光电感应器设置有光电感应开关和原点挡片，原点挡片随伺服电机系统A上下移动，光电感应开关与联接板上固定不动，一次打螺钉动作完成后，原点挡片随伺服电机系统A向上移动回到原点遮挡光路，光电开关收到信号后向自动送钉装置发出送钉信号，可实现自动送钉。
[0024]5.本发明的伺服电机系统A设置有丝杆和螺纹轴套，通过丝杆和螺纹轴套的配合，可顺利的将伺服电机的旋转运动转换为伺服电机安装板的上下直线运动，具有结构简单、操作方便等优点。
[0025]6.本发明的螺钉储料仓设置有料仓左、右侧板和弹簧板，通过设置料仓左、右侧板可实现螺钉的方便储料，并利用弹簧板可便于坏掉或者堵塞螺钉的顺利取出。
【附图说明】
[0026]图1是本发明实施例的智能化打螺钉末端执行器装置的结构示意图；
[0027]图2是图1的后视图；
[0028]图3是图1的左视图；
[0029]图4是本发明实施例的导轨滑块机构结构示意图及光电感应器装配图；
[0030]图5是本发明实施例的伺服电机A的结构示意图；
[0031]图6是本发明实施例的伺服电机B的结构示意图；
[0032]图7是本发明实施例的螺钉储料仓的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0034]如图1所示，本发明实施例提供的一种打螺钉末端执行器装置，该装置主要包括机器人关节联接板20、联接法兰10、导轨滑块机构40、光电感应器30、伺服电机系统A80、伺服电机系统B70和螺钉储料仓60，其中，所述机器人关节联接板20作为基础固定部件，用于固定安装其他各机构组件，联接法兰10安装在机器人关节联接板20的首端上，该联接法兰用于将机器人11和打螺钉末端执行器予以连接，机器人可以将打螺钉末端执行器快速、精确的移动至其工作空间的任一位置，扩大了打螺钉末端执行器的工作范围。机器人定位过程中伺服电机系统B70配合自动送钉装置完成锁钉准备工作，定位完成后伺服电机系统A80动作，机器人在锁钉过程中配合进给运动，达到设定的预紧力后伺服电机系统A80停止工作，锁钉完成。所述导轨滑块机构40用于进行导向，并将伺服电机系统A80的力传递给伺服电机系统B70，使得伺服电机系统B70上下运动，所述光电感应器30用于接收原点挡片的位置信号后给自动送钉装置发出送钉信号，所述伺服电机系统A80用于实现螺丝刀的上下运动，所述伺服电机系统B70用于实现螺丝刀的旋转，所述螺钉储料仓60用于储存待锁紧的螺钉，使用时，该螺钉储料仓与自动送钉装置相连，通过自动送钉装置向螺钉储料仓中送入所需的螺钉。通过上述各个机构及部件的相互配合，可实现螺钉的快速、精确锁紧，并且通用性强，通过修改机器人程序坐标即可方便的完成不同位置的锁钉。
[0035]下面将结合附图对各个机构及部件进行详细的说明。
[0036]如图2所示，机器人关节联接板20呈L型，包括水平设置的尾端21和竖直设置的首端23，尾端21和首端23之间设置有角件22，以提高支撑稳定性，所述首端23上水平设置有上下布置的丝杆安装板A25和丝杆安装板B26，所述联接法兰10安装在尾端21上。
[0037]如图3所示，导轨滑块机构40安装在首端23上，并位于所述丝杆安装板A25和丝杆安装板B26之间，其上水平设置有伺服电机安装板44。如图4所示，该导轨滑块机构40包括平行竖直设置在首端23上的两条导轨43，每条导轨43上均设置有一滑块42，两个滑块42之间连接有伺服电机安装板44，两个滑块42可沿着两条滑轨运动，以带动滑块上的伺服电机安装板44运动，所述伺服电机安装板44上设置有用于安装伺服电机系统A80和伺服电机系统B70的孔。
[0038]如图4所示，光电感应器30安装在首端23的侧面，该光电感应器30包括L型联接板31、光电感应开关32和原点挡片33，所述L型联接板31与首端23的侧边相连，光电感应开关32安装在L型联接板31上，所述原点挡片33与伺服电机安装板44相连，原点挡片可以随伺服电机系统A上下移动，光电感应开关在联接板上固定不动，一次锁螺钉动作完成后，原点挡片随伺服电机系统A向上移动回到原点遮挡光路，光电开关收到信号后向自动送钉装置发出送钉信号，本光电感应器可控制送钉装置吹送螺钉。
[0039]如图2所示，伺服电机系统A80设置在首端23的上部，其丝杆依次穿过丝杆安装板A25、伺服电机安装板44和丝杆安装板B26，其用于带动伺服电机安装板44上下运动。如图5所示，伺服电机系统A80包括伺服电机A81、联轴器A82和丝杆83，所述伺服电机A81通过减速器联接板24安装在所述尾端21的上部，该伺服电机A81通过所述联轴器A82与所述丝杆83相连，所述丝杆83上安装有滚动轴承84、85，其通过滚动轴承84、85与丝杆安装板A25和丝杆安装板B26滚动配合，并通过螺纹轴套45与所述伺服电机安装板44螺纹连接。由此，螺纹轴套45、伺服电机安装板44、丝杆83、导轨43以及滑块42组成直线导轨副，丝杆83旋转运动通过直线导轨副转化为伺服电机安装板44的上下运动。一次锁钉完成后，伺服电机安装板44拖动螺丝刀头向上运动为送钉腾出空间，送钉完成后伺服电机安装板44向下运动将螺丝刀头顶紧螺钉，为打螺钉做准备。
[0040]如图2所示，伺服电机系统B70设置在所述伺服电机安装板44上，其用于控制螺丝刀的旋转。如图6所示，伺服电机系统B70包括伺服电机B71、联轴器B72、螺丝刀杆快装套75和螺丝刀杆76，所述伺服电机B71安装在伺服电机安装板44上，其与联轴器B72相连，该联轴器B72通过联接轴套73、74与所述螺丝刀杆快装套75相连，所述螺丝刀杆76安装在所述螺丝刀杆快装套75上，该螺丝刀杆快装套75可以实现不同规格螺丝刀的快速换接，扩大打螺钉末端执行器可打螺钉范围，如一字槽、十字槽、内六角等规格螺钉都在可打范围之内，所述螺丝刀杆76上安装有螺丝刀。
[0041]如图2所示，螺钉储料仓60安装在所述首端23的下部，并设于伺服电机系统B70的下方，其用于存储螺钉。如图7所示，螺钉储料仓60包括螺钉进口 61、螺丝刀杆进口 64、料仓左、右侧板63和弹簧板62。所述螺钉进口 61用于放入螺钉，所述料仓左、右侧板构成储料腔，用于存储从所述螺钉进口 61放入的螺钉，该螺钉由所述螺丝刀杆进口 64中的螺丝刀锁紧，所述螺丝刀杆进口64与螺钉进口61呈30°角，以此既保证一定长度的螺钉以尾部向下的姿态进入储料仓，又能实现螺丝刀头与螺钉头部的联接。所述弹簧板62位于所述料仓左、右侧板之间，手动施力可以将弹簧板62扳开，取出坏掉或者堵塞的螺钉。
[0042]进一步的，如图2所示，螺钉储料仓60固定在储料仓安装板54上，储料仓安装板54通过小型L型联接板50与首端23的下部相连。进一步的，该小型L型联接板50包括彼此相连的联接板首端53和联接板尾端51，所述联接板尾端51与所述首端23的下部相连，所述联接板首端53用于安装储料仓安装板54，所述联接板首端53和联接板尾端51之间设置有角件52。
[0043]本发明用于装配体定位较为精确的自动化生产线，打螺钉末端执行器装置安装于机器人前端关节作为自动化生产线一个工位。下面就本发明的具体工作过程进行详细说明。
[0044]生产线上装配体到达打螺钉工位后由定位装置精定位，装配体精定位完成的信号由生产线发送至打螺钉机器人，开始打螺钉作业。
[0045]首先，伺服电机A81带动丝杆82旋转运动抬升伺服电机安装板44，电机安装板44拖动螺丝刀头向上运动为送钉腾出空间，抬升过程以原点挡片遮挡光电感应器30的光路终止，光电感应器30马上向自动送钉装置发出送钉信号，一颗螺钉即吹送至螺丝刀头下方的储料仓。其中，自动送钉装置通过送螺钉料管与螺钉储料仓相连，具体通过送螺钉料管与螺钉进口61相连将螺钉送入螺钉储料仓中。具体的，自动送钉装置由振动盘和空气阀组成，空气阀控制信号由光电感应器30提供，振动盘一次将一颗螺钉送入料管，空气阀收到上料信号后打开，气体将螺钉吹送至储料仓中，自动送钉装置也可采用其他任何可实现自动送钉的其他结构。
[0046]机器人动作与送钉过程同时进行，通过关节转动迅速将打螺钉末端执行器移动到设定位置，螺钉储料仓正对待锁螺纹孔。
[0047]送钉和定位完成后，伺服电机A81带动丝杆82旋转运动降低伺服电机安装板44，电机安装板44拖动螺丝刀头向下运动将螺丝刀头顶紧螺钉。此时，安装在伺服电机安装板44上的伺服电机B71旋转，通过联轴器B72、刀杆快装套75驱动螺丝刀杆转动，机器人在锁钉过程中配合进行进给运动，螺丝刀头旋转并向前进给将螺钉打进待锁螺纹孔内。其中，伺服电机B71集成有力矩传感器，一旦锁螺钉预紧力超过设定值时伺服电机B71即停转，保证锁螺钉预紧力和装配工艺性要求。
[0048]如果需要进行其他规格螺钉的锁紧，如一字槽螺钉、内六角螺钉等，刀杆快换套75可以使工作人员方便的实现不同规格螺丝刀的快速换接。如果螺钉在储料仓内发生堵塞或故障，手动施力可以将螺钉储料仓上的弹簧板62扳开，取出坏掉或者堵塞的螺钉。
[0049]本发明从定位到锁螺钉完成一个来回不多于4s，完成效率高，且成功率可达99%以上。
[0050]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.智能化打螺钉末端执行器装置，其特征在于，所述装置包括机器人关节联接板(20)、导轨滑块机构(40)、光电感应器(30)、伺服电机系统A(80)、伺服电机系统B(70)和螺钉储料仓(60)，其中: 所述机器人关节联接板(20)呈L型，包括水平设置的尾端(21)和竖直设置的首端(23)，所述尾端(21)通过联接法兰(10)与机器人相连，所述首端(23)上水平设置有上下布置的丝杆安装板A(25)和丝杆安装板B(26)，并且其侧面安装有所述光电感应器(30); 所述导轨滑块机构(40)安装在所述首端(23)上，并位于所述丝杆安装板A(25)和丝杆安装板B(26)之间，其上水平设置有伺服电机安装板(44); 所述伺服电机系统A(SO)设置在所述首端(23)的上部，其丝杆依次穿过所述丝杆安装板A(25)、伺服电机安装板(44)和丝杆安装板B(26)，其用于带动伺服电机安装板(44)上下运动； 所述伺服电机系统B(70)设置在所述伺服电机安装板(44)上，其用于控制螺丝刀的旋转； 所述螺钉储料仓(60)安装在所述首端(23)的下部，并设于所述伺服电机系统B(70)的下方，其用于存储螺钉。2.如权利要求1所述的智能化打螺钉末端执行器装置，其特征在于，所述导轨滑块机构(40)包括平行设置在所述首端(23)上的两条导轨(43)，每条导轨(43)上设置有一滑块(42)，两个滑块(42)之间连接有所述伺服电机安装板(44)。3.如权利要求2所述的智能化打螺钉末端执行器装置，其特征在于，所述光电感应器(30)包括L型联接板(31)、光电感应开关(32)和原点挡片(33)，所述L型联接板(31)与所述首端(23)的侧边相连，所述光电感应开关(32)安装在所述L型联接板(31)上，所述原点挡片(33)与所述伺服电机安装板(44)相连。4.如权利要求3所述的智能化打螺钉末端执行器装置，其特征在于，所述伺服电机系统A(SO)包括伺服电机A(Sl)、联轴器A(82)和丝杆(83)，所述伺服电机A(Sl)通过减速器联接板(24)安装在所述尾端(21)的上部，该伺服电机A(Sl)通过所述联轴器A(82)与所述丝杆(83)相连，所述丝杆(83)通过滚动轴承与所述丝杆安装板A(25)和丝杆安装板B(26)滚动配合，并通过螺纹轴套(45)与所述伺服电机安装板(44)螺纹连接。5.如权利要求4所述的智能化打螺钉末端执行器装置，其特征在于，所述伺服电机系统B(70)包括伺服电机B(71)、联轴器B(72)、螺丝刀杆快装套(75)和螺丝刀杆(76)，所述伺服电机B(71)安装在所述伺服电机安装板(44)上，其与所述联轴器B(72)相连，该联轴器B(72)通过联接轴套与所述螺丝刀杆快装套(75)相连，所述螺丝刀杆(76)安装在所述螺丝刀杆快装套(75)上，其上安装有螺丝刀。6.如权利要求5所述的智能化打螺钉末端执行器装置，其特征在于，所述螺钉储料仓(60)包括螺钉进口(61)、与所述螺钉进口( 61)呈30°角的螺丝刀杆进口(64)、料仓左、右侧板和弹簧板(62)，所述螺钉进口(61)用于放入螺钉，所述料仓左、右侧板构成储料腔用于存储从所述螺钉进口(61)放入的螺钉，该螺钉由所述螺丝刀杆进口(64)中的螺丝刀锁紧，所述弹簧板(62)位于所述料仓左、右侧板之间。7.如权利要求6所述的智能化打螺钉末端执行器装置，其特征在于，所述螺钉储料仓(60)固定在储料仓安装板(54)上，所述储料仓安装板(54)通过小型L型联接板(50)与所述首端(23)的下部相连。8.如权利要求7所述的智能化打螺钉末端执行器装置，其特征在于，所述小型L型联接板(50)包括彼此相连的联接板首端(53)和联接板尾端(51)，所述联接板尾端(51)与所述首端(23)的下部相连，所述联接板首端(53)和联接板尾端(51)之间设置有角件(52)。9.如权利要求8所述的智能化打螺钉末端执行器装置，其特征在于，所述首端(23)和尾端(21)间设置有角件(22)，以提升所述机器人关节联接板(20)的刚度。
【文档编号】B23P19/00GK105935866SQ201610390109
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】许剑锋, 吴忠鼎, 刘趁伟, 师威, 孙权权, 卓弘阳, 臧艺凯
【申请人】华中科技大学, 美的集团武汉制冷设备有限公司