一种与机器人交互的自动拧螺母机的制作方法

本实用新型涉及机械设备技术领域，更具体地涉及一种与机器人交互的自动拧螺母机。

背景技术：

转销产品作为一种关键工件广泛应用于吊具、吊具上架和超高架等港口机械产品，是主要连接受力结构。通常根据受力情况的需求，对工件的表面加工精度及热处理等加工工艺的要求均较高，用以保证工件受力均匀，增加其抗拉伸强度及抗扭矩强度，同时工件的外观需要成形美观。

目前，转销工作站全线自动化运行，其中检测转销工件的力学试验成为了关键工序，在此采用了自动拉力检测实验机构，而拉伸力学实验的基础，是必须在转销工件的端部安装一个螺母。

为使转销工作站实现全自动化运行，实现与机器人的交互运作，生产线的数据信息化，螺母的拧紧安装也必须自动化完成。这不仅能够实现生产线内的无人化目的，还能够提高工作站的生产效率，并为将来打造全数字化车间打下良好的信息化基础。

CN104625705A公开了一种基于恒磁铁的自动拧螺母机构。 CN108011275A公开了一种全自动光伏压接拧螺母机。CN204366200U公开了一种用于加工转销外螺纹的加工辅助装置。

包括上述专利文献在内的现有技术均不能满足转销工作站实现全线自动化运行的需要，本申请提出一种新结构、新工艺的与机器人交互的自动拧螺母机及其上螺母或卸螺母方法。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种与机器人交互的自动拧螺母机。与现有的人工手动螺母拧紧方式相比，本实用新型的装置能够快速、高效地实现转销工件的全自动上螺母和卸螺母，进行拉力试验，实现工作站全自动化，与机器人之间的交互工作，实现生产线数据信息化，去除人工参与。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下结构实现技术方案：

一种与机器人交互的自动拧螺母机，其结构主要包括：工作台、气动夹爪、夹爪支架、拧螺母机构、Y轴导杆、Y轴电缸、控制系统、按钮盒、和三色灯。其中各部件作用如下：

夹爪支架、拧螺母机构、按钮盒设置在工作台上；三色灯设置在夹爪支架上；

夹爪支架用于支撑气动夹爪，包括螺杆有料检测光电开关、以及夹爪气缸张开位磁性开关；

气动夹爪用于夹持工件；

拧螺母机构包括伺服电机、减速机、编码器、螺母安装模具，螺母安装模具包括螺母有料检测光电开关，螺母放置在螺母安装模具中，通过更换螺母安装模具，实现工件型号更换；

Y轴导杆和Y轴电缸共同完成拧螺母机构的直线上升动作，实现螺母向上运行；

伺服电机用于驱动拧螺母机构中的螺母旋转；减速机用于调整减速比，将电机从高转速转换为低速旋转；编码器用于对旋转圈数计数并将计数结果反馈给控制系统；

控制系统执行对气动夹爪和拧螺母机构的自动化控制和自动运行，当机器人夹持的工件上料至气动夹爪的夹取位置时，控制系统控制气动夹爪张开、夹紧并固定工件；

控制系统控制拧螺母机构执行旋转与向上运行的并行动作，其中伺服电机执行正向或反向旋转，Y轴电缸执行上行或下行运行，由此实现螺母拧紧或松开动作。

较佳地，自动拧螺母机中的控制系统、伺服电机、编码器共同作用，实现螺母的定值旋转、定值拧紧。

工件为转销工件，当机器人夹持的转销工件上料至拧螺母机的气动夹爪的夹取位置时，转销工件整体呈竖直状态，大头在上，控制系统控制气动夹爪张开、夹紧并固定转销工件。

螺母旋转上行与气动夹爪夹紧的工件的端部螺纹配合拧紧，根据螺纹的螺距和圈数数据，确定拧螺母机构的上行距离。

工件包括具有不同参数的产品型号，所述参数包括：夹持长度、螺距、螺纹长度、螺母厚度。

参数的取值范围为：夹持长度在356-482mm、螺距4-5.5mm、螺纹长度 57-79mm、螺母厚度50-70。

螺杆有料检测光电开关检测气动夹爪中是否有料，螺母有料检测光电开关检测螺母安装模具中是否有螺母，夹爪气缸张开位磁性开关检测气动夹爪是否张开到位。

根据本实用新型的与机器人交互的自动拧螺母机，能够实现螺母的定值预紧，保证后序拉力试验的试验体一致性，大大提高了拉力试验结果的稳定性。通过控制系统的整体控制，实现了拧螺母机与机器人、拉力试验机等设备的信息化通讯与交互协调工作，提高了工作效率，并为后续的加工车间信息化提升和规划起到了示范性作用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本实用新型的拧螺母机的三维示意图；

图2是本实用新型的拧螺母机的俯视图

图3是本实用新型的拧螺母机的正视图；

图4是本实用新型的拧螺母机的侧视图；

图5示出工件由机器人上料至拧螺母机；

图6示出气动夹爪夹紧工件；

图7示出伺服电机带动螺母旋转；

图8示出Y轴电缸带动螺母上行；

图9示出工件产品型号设定；

图10是机器人至螺母机的上料流程图；

图11是机器人至螺母机的取料流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型的技术方案进行具体说明。

以下在具体实施方式中详细叙述本实用新型的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本实用新型的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本实用新型相关的目的及优点。

针对现有的人工手动螺母拧紧方式的不足，本实用新型提出一种新的拧紧安装螺母的方法，该方法能够快速、高效实现转销工件全自动拧紧螺母，进行拉力试验，并实现工作站全自动化，实现与机器人之间的交互工作，实现生产线数据信息化，去除人工参与。

图1示出本实用新型的拧螺母机的三维示意图。图2-4分别示出正视图、侧视图和俯视图。

如图所示，根据本实用新型的拧螺母机的结构主要包括气动夹爪、夹爪支架、拧螺母机构、工作台、Y轴导杆机构、Y轴电缸、控制系统、按钮盒、三色灯。其中，拧螺母机构的内部结构主要包括伺服电机、减速机、编码器、螺母安装模具。

夹爪支架、拧螺母机构、按钮盒设置在工作台上。三色灯设置在夹爪支架上。夹爪支架用于支撑气动夹爪，包括螺杆有料检测光电开关、以及夹爪气缸张开位磁性开关。气动夹爪用于夹持工件。螺母安装模具包括螺母有料检测光电开关，螺母放置在螺母安装模具中。

根据本实用新型的拧螺母机的基本工作原理如下：

机器人夹持工件上料至拧螺母机的气动夹爪的夹取位置，气动夹爪张开、夹紧并固定工件；其中，夹爪支架用于支撑气动夹爪；

伺服电机带动拧螺母机构中的螺母旋转，减速机调整减速比，将电机从高转速转换为低速旋转，编码器主要用于计数旋转圈数，并反馈给控制系统，几种部件共同作用，实现螺母的定值旋转；

Y轴导杆机构与Y轴电缸共同完成拧螺母机构的上升动作，完成螺母向上运行动作；

通过更换螺母安装模具，实现快速更换产品型号的目的，达到多种型号产品兼容生产的需求；

控制系统完成所有操作流程的自动化控制和自动运行，实现拧螺母机旋转与向上运行的并行动作；

工件与螺母拧紧后，由机器人气动夹爪抓取工件至拉伸力试验检测机，进行力学试验；

力学试验完成后，机器人气动夹爪抓取工件将其送至拧螺母机的气动夹爪处，气动夹爪张开、夹紧并固定工件；

控制系统控制伺服电机执行反向旋转，Y轴电缸执行下行运动，实现卸螺母动作；

拧螺母机构运行至待运行位置后停止下行，机器人气动夹爪抓取工件至下一工序。

下面结合附图说明此装置的具体工作流程。

图5示出工件由机器人上料至拧螺母机。图6示出气动夹爪夹紧工件。

如图5所示，由机器人的气动夹爪夹持转销工件，上料至拧螺母机的气动夹爪的夹取位置，工件大头在上，整体呈竖直状态。

螺母机构的气动夹爪夹紧工件后，机器人的气动夹爪松开工件，并移至下一工位或等待工位，如图6所示。

图7示出拧螺母机的伺服电机带动螺母旋转的示意图。图8示出拧螺母机的Y轴电缸带动螺母上行的示意图。

如图7所示，拧螺母机中的伺服电机工作，带动螺母机构轴向运行，使其中的螺母随其旋转。

如图8所示，拧螺母机中的Y轴电缸工作，带动螺母机构沿导杆向上运行，使其中的螺母随其向上运行。

螺母的旋转与上行，与气动夹爪所夹紧的转销工件的端部螺纹配合拧紧，根据螺纹的圈数与螺距等数据，确定螺母机构上行的距离。

通过以上步骤，完成转销工件的螺母拧紧动作，并可保证转销工件与螺母的拧紧圈数一定，这在一定程度上提高了下一步工序，即拉力试验的稳定性与一致性。

图9示出工件型号与对应参数的工件数据

在拧螺母机操作前，执行产品型号设定和类别的选择。

通过人机界面，在工件数据栏中可录入工件型号及其对应的参数。如图9 所示，对应参数包括：夹持长度、螺距、螺纹长度、螺母厚度。夹持长度指夹持的顶面到螺纹底面的距离；螺距指螺牙的距离；螺纹长度指转销上的螺纹的长度距离；螺母厚度指设定螺母的厚度。

确认参数设置无误后，在工件数据命令中选择工件型号，在工件数据栏中便产生对应的数据。

各型号工件的参数保存至系统中，当需要某型号工件的数据时，从系统中直接调用，如图8所示，为自动状态下1号工件的参数。

以下将描述使用本实用新型的拧螺母机执行上螺母的过程。

a)拧螺母机在上螺母的选择状态下，按下“启动”按钮，在自动工作的情况下，拧螺母机会发出“上料请求”的信号给上位机，由机器人夹取转销工件放入拧螺母机的气动夹爪处，到位后回发“上料已到位”通知信号给拧螺母机；图11示出机器人至拧螺母机的上料过程。

b)拧螺母机得到“上料已到位”信号并且螺杆有料检测光电开关检测到有料信号，气动夹爪夹紧转销工件，夹紧后发出“机器人撤离请求”信号，机器人的气动夹爪松开后离开并回发“机器人已离开”通知信号；

c)螺母有料检测光电开关检测螺母安装模是否有料，螺母安装模具中放置有螺母时，螺母有料检测光电开关检测到有料信号；

d)拧螺母机根据人机界面中设定的参数开始自动运行：

升降机构开始上升，当上升到拧螺母启动位时，旋转机构按与上升速度匹配的速度开始旋转，直至将螺母拧到所需的位置后旋转机构停止，升降机构开始下降，直至下降到起始位时停止并发出“卸料请求”的信号；

e)当机器人的气动夹爪夹紧转销工件时回发“上料已到位”的通知信号，拧螺母机夹爪松开，“夹爪气缸张开位”磁性开关检测到张开信号后发出“卸料撤离请求”信号；

f)机器人气动夹爪夹紧转销工件卸料取出，取出后从步骤a)开始循环。

根据本实用新型的卸螺母工艺过程如下：

a)拧螺母机在卸螺母的选择状态下，按下“启动”按钮，在自动的工作状态下，拧螺母机会发出“上料请求”的信号给上位机，由机器人夹取带有螺母的转销工件放入拧螺母机的气动夹爪处，到位后回发“上料已到位”通知信号给拧螺母机。

b)拧螺母机得到“上料已到位”信号并且“螺杆有料“检测光电开关检测到有料信号，气动夹爪夹紧转销工件，夹紧后发出“机器人撤离请求”信号，机器人的气动夹爪松开后离开并回发“机器人已离开”通知信号；

c)螺母有料检测光电开关检测到无料信号，螺母安装模具中没有螺母；

d)拧螺母机根据机界面HMI中设定的参数开始自动运行：

升降机构开始上升，当上升到卸螺母启动位时，旋转机构正、反旋转数次(使螺母进入载具中)后按与下降速度匹配的速度开始反向旋转直至升降机构下降直至下降到起始位时停止并发出“卸料请求”的信号；

e)当机器人气动夹爪夹紧转销工件时回发“上料已到位”的通知信号，拧螺母机的气动夹爪松开，“夹爪气缸张开位”磁性开关检测到张开信号后，发出“卸料撤离请求”信号；

f)机器人的气动夹爪夹紧转销工件卸料取出，取出后从步骤a)开始循环。

本实用新型可实现螺母的定值预紧，由此保证了后序拉力试验的试验体一致性，大大提高了拉力试验结果的稳定性。通过控制系统的整体控制，实现了拧螺母机与机器人、拉力试验机等设备的信息化通讯与交互协调工作，提高了工作效率，并为后续加工车间信息化提升和规划起到了示范性作用。本实用新型具有投资小、占地少、易操作、省时省力的有益效果。

本实用新型已成功应用于港机设备的转销工件生产线。

最后，需要指出的是，虽然本实用新型已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，在不脱离本实用新型构思的前提下还可以作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本实用新型的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。