CN106914746A - 高可靠性螺栓拧紧*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高可靠性螺栓拧紧***，包括：机械手连接前臂一端，前臂另一端通过连接部，连接部还连接弧形臂一端，弧形臂另一端连接转盘，转盘连接基座，基座底部为沟槽，沟槽沉降在滑轨中，机械手头部设置紧固装置，通过紧固装置获取螺栓套筒，并将通过套筒把螺栓拧紧在相应的部件上。该设备能够通过调节角度完成螺栓拧紧操作，通过紧固装置进行相应的操作，安全方便。

Description

高可靠性螺栓拧紧***
技术领域
本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种高可靠性螺栓拧紧***。
背景技术
目前在对工业品进行装配过程中，紧固螺栓螺钉是一项终于重要的操作环节，但是现在普遍采用直接通过力矩控制预紧力的方法，其螺栓拧紧度准确性较差，原因是拧紧力矩受摩擦系数波动影响较大，而且现有设备也不适用于大型螺栓的拧紧操作，这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种高可靠性螺栓拧紧***。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种高可靠性螺栓拧紧***，包括：机械手1连接前臂2一端，前臂2另一端通过连接部3，连接部3还连接弧形臂4一端，弧形臂4另一端连接转盘6，转盘6连接基座，基座底部为沟槽7，沟槽7沉降在滑轨5中，机械手1头部设置紧固装置，通过紧固装置获取螺栓套筒，并将通过套筒把螺栓拧紧在相应的部件上。
上述技术方案的有益效果为：该设备能够通过调节角度完成螺栓拧紧操作，通过紧固装置进行相应的操作，安全方便。
所述的高可靠性螺栓拧紧***，优选的，所述基座包括：
基座托板11通过若干基座固定螺栓10紧固在基座上，定盘9圆心处设置第一伺服电机14，通过第一伺服电机14带动转盘16转动，转盘16为半圆弧形状罩扣在转盘定盘9上，在定盘9圆周处设置制动球12，转盘16半径大于定盘9，转盘16外圆周设置立壁17，立壁17沿定盘9外壁扣合，制动球12限制立壁17在一定范围转动，步进行走电机19设置在定盘9外壁一侧，步进行走电机19安装工作电路18。
上述技术方案的有益效果为：该基座保证在滑轨上稳定运动的同时，内部设置力矩传感器分析受力大小，从而判断螺栓是否拧紧。
所述的高可靠性螺栓拧紧***，优选的，所述连接部包括：
加强板22设置在弧形臂4两侧，第三伺服电机23安装在固定筒30一侧，固定筒30一侧设置缺口，通过第三伺服电机23侧壁的固定块31限定固定筒30的运动位移，固定筒30另一侧安装第四伺服电机26，第四伺服电机26还连接前臂2。
上述技术方案的有益效果为：该连接部通过固定筒将第三伺服电机和第四伺服电机罩住，从而防止外界对其碰撞造成设备损伤。
所述的高可靠性螺栓拧紧***，优选的，还包括：
前臂2一端安装第五伺服电机45，第五伺服电机45连接小臂38一端，第五伺服电机45控制小臂38运动，小臂38另一端通过小臂固定螺栓37固定第六伺服电机36，弯曲臂34一端通过弯曲臂固定盘35连接第六伺服电机36，弯曲臂34另一端连接机械手1。
上述技术方案的有益效果为：通过第五伺服电机和第六伺服电机协同工作，使该***能够多方位、多角度转动。
所述的高可靠性螺栓拧紧***，优选的，所述机械手包括：
弯曲臂34通过弯曲臂夹板42与紧固头壳体43抱紧，弯曲臂夹板42四周设置螺栓孔，用于***紧固螺栓，机械手伺服电机40设置在紧固头壳体43下部，直线电机44设置在紧固头的底部，紧固头的头部安装弹性球件。
上述技术方案的有益效果为：设置弯曲臂能够更加灵活的转动方向，从而更好的拧紧螺栓。
所述的高可靠性螺栓拧紧***，优选的，所述紧固装置包括：
机械手伺服电机40轴向连接紧固头47，在紧固头47侧部开设圆孔，该圆孔安装弹性球件48，与弹性球件48相配合的套筒内径设置凹槽，使套筒安装在紧固头47上在内部弹簧和端部型杆作用下保持弹性球件紧固，通过直线电机44控制紧固头47工作，机械手伺服电机40与紧固头47之间的轴向安装减速器。
上述技术方案的有益效果为：机械手上的紧固头能够通过弹性球件进行固定套筒，通过直线电机能够控制弹性球件伸缩。
所述的高可靠性螺栓拧紧***，优选的，所述减速器包括：
外齿轮51的内径锯齿与内齿轮53外径锯齿相配合，内齿轮53的直径小于外齿轮51掏空的直径，内齿轮53在机械手伺服电机40的带动下沿着扣碗52的凹槽运动，扣碗52通过轴连接盘50连接在机械手伺服电机40的轴向，外齿轮51固定在外部保护筒上，在外齿轮51与外部保护筒位置设置固定槽46，固定槽46与外齿轮51外壁过盈连接。
上述技术方案的有益效果为：通过外齿轮和内齿轮的配合实现减速效果，该设计节省材料，并且结构设计精密。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本***采用通过形变控制预紧力的方法，更为精确。螺栓连接时，被连接件受压，发生弹性形变；同时螺栓也发生弹性形变，受拉伸长。在同种工况下，预紧力F与被连接件表面发生的压缩形变存在线性关系。即通过大量实验，可得到经验公式，当检测到连接件表面弹性形变达到某一值时，螺栓拧紧完成。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明总体示意图；
图2是本发明侧视图；
图3是本发明B处位置图：
图4是本发明B处细节图；
图5是本发明C处位置图：
图6是本发明C处细节图；
图7是本发明D处位置图：
图8是本发明D处细节图；
图9是本发明机械手细节图；
图10是本发明机械手紧固头示意图；
图11是本发明电路图；
图12是本发明另一电路图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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发明和简化描述，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发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。
如图1和2所示，机械手1连接前壁2一端，前壁2另一端通过连接部3，连接部3还连接弧形臂4一端，弧形臂4另一端连接基座转盘6，弧形臂中弧形的存在将力从直线分布转化为曲线分布，增强臂的强度，从而能够通过机械手1进行拧紧螺栓操作，基座转盘6底部为沟槽7，沟槽7沉降在滑轨5中，机械手1头部设置紧固装置，通过紧固装置获取螺栓，并将螺栓拧紧在相应的部件上通过套筒台8、8’放置不同型号的套筒，通过机械手1进行抓取套筒的动作。
如图3和4所示，基座托板11通过若干基座固定螺栓10紧固在基座上，定盘9圆心处设置第一伺服电机14，通过第一伺服电机14带动转盘16转动，转盘16为半圆弧形状罩扣在转盘定盘9上，定盘9圆心处设置固定套，固定套内部放置第一伺服电机14，第一伺服电机14通过第一伺服电机紧固螺栓15固定在固定套上，在定盘9圆周处设置制动球12，转盘16半径大于定盘9，转盘16外圆周设置立壁17，立壁17沿定盘9外壁扣合，制动球12限制立壁17一侧在一定范围转动，步进行走电机19设置在定盘9外壁一侧，步进行走电机19安装工作电路18，在步进行走电机19侧壁安装观察孔20，所述观察孔20用于检测步进行走电机19工作状态，或者更换零件、补充润滑油。转盘16的立壁17另一侧设置第二伺服电机固定套13，第二伺服电机固定套13内部安装第二伺服电机21，第二伺服电机21控制弧形臂4运动。
如图5和6所示，加强板22设置在弧形臂4两侧，第三伺服电机23安装在固定筒30一侧，固定筒30一侧设置第三伺服电机固定圈，第三伺服电机固定圈安装第三伺服电机23，第三伺服电机23通过第三伺服电机固定螺栓24连接在第三伺服电机固定圈上，固定筒30一侧设置缺口，该缺口通过第三伺服电机23侧壁的固定块31限定固定筒30的运动位移，固定筒30另一侧安装第四伺服电机26，第四伺服电机26还连接前臂2。固定筒30一侧开设观察口25，固定筒30靠近第四伺服电机26一侧设置检修口29，固定筒30另一侧设置第四伺服电机固定圈，第四伺服电机26安装在第四伺服电机固定圈中，第四伺服电机固定圈通过第四伺服电机固定螺栓27来固定第四伺服电机，在第四伺服电机固定圈与前臂2连接处设置前臂加强筋28，该前臂加强筋28增强前臂工作的抓取力度，提高韧性，肋板32设置在前臂2两侧，肋板32增大前臂的强度。而且肋板32与前臂加强筋28相配合提高前臂2的抓取强度，延长寿命。
如图7和8所示，前臂2一端安装第五伺服电机45，第五伺服电机45连接小臂38一端，第五伺服电机45控制小臂38运动，小臂38两侧设置小臂加强筋39，小臂38另一端通过小臂固定螺栓37固定第六伺服电机36，弯曲臂34一端通过弯曲臂固定盘35连接第六伺服电机36，弯曲臂34另一端连接机械手1，弯曲臂34靠近机械手1一侧设置张力口33，该张力口33能够增加弯曲臂34的韧性；
弯曲臂34通过弯曲臂夹板42与紧固头壳体43抱紧，弯曲臂夹板42四周设置螺栓孔，用于***紧固螺栓，机械手伺服电机40设置在紧固头壳体43下部，机械手伺服电机40与紧固头通过紧固头连接板41连接，直线电机设置在紧固头的底部，紧固头的头部安装弹性球件。
如图9和10所示，机械手伺服电机40轴向连接紧固头47，在紧固头47侧部开设圆孔，该圆孔安装弹性球件48，与弹性球48相配合的套筒内径设置凹槽，使套筒安装在紧固头47上保持紧固，通过直线电机44控制紧固头47工作，机械手伺服电机40与紧固头47之间的轴向安装减速器。在紧固头47前端安装电磁线圈49，通过电磁线圈49吸附螺栓。
外齿轮51的内径锯齿与内齿轮53外径锯齿相配合，内齿轮53的直径小于外齿轮51掏空的直径，内齿轮53在机械手伺服电机40的带动下沿着扣碗52的凹槽运动，扣碗52通过轴连接盘50连接在机械手伺服电机40的轴向，外齿轮51固定在外部保护筒上，在外齿轮51与外部保护筒位置设置固定槽46，固定槽46与外齿轮51外壁过盈连接。
紧固头固紧螺栓拧紧头，即固紧套筒；
直线电机实现紧固头的作用；
伺服电机带动整个轴转动，实现旋紧螺栓；
如图10、11和12所示，通过单片机电机控制端分别连接螺栓拧紧***的伺服电机驱动电路，单片机电磁控制端连接电磁线圈信号端，单片机激光信号端连接激光传感器信号端，单片机力矩信号端连接力矩传感器信号端；
所述力矩传感器安装在第一伺服电机或者机械手伺服电机内部，该力矩传感器获取力矩数据传输到单片机进行处理；
所述激光传感器安装在紧固头内侧，在紧固头的机械手伺服电机轴向开设小孔，激光传感器的光束从小孔55射出，激光传感器感测螺栓的运行位移。
通过数据接口，将螺栓孔数据读入螺栓拧紧***的主控制器中；主控制器根据数据特点对螺栓孔进行分类；主控制器对***内外循环次数赋初值并记录循环次数；主控制器收受套筒卡头上压敏电阻发出的信号，判断套筒卡头上是否装有套筒，机械臂根据循环次数安装或更换套筒；机械臂带动扳手主体移动到螺栓库开启电磁铁抓取螺栓；机械臂带动螺栓移动到螺栓孔位置，伺服电机开始转动，当伺服电机中集成的力矩传感器检测到力矩突增时，打开激光测距装置，机械臂主控制器接收激光测距装置发出信号，判断螺栓是否拧紧到预定位置；拧紧后进行下一次循环；所有螺栓被拧紧后循环结束。
本方法能够根据螺栓装配位置实现自动定位，根据工况自适应调整拧紧力矩，自动更换不同型号套筒，螺栓装配可视化，大大降低人力成本，提高螺栓拧紧的效率和可靠性，智能螺栓装配。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种高可靠性螺栓拧紧***，其特征在于，包括：机械手(1)连接前臂(2)一端，前臂(2)另一端通过连接部(3)，连接部(3)还连接弧形臂(4)一端，弧形臂(4)另一端连接转盘(6)，转盘(6)连接基座，基座底部为沟槽(7)，沟槽(7)沉降在滑轨(5)中，机械手(1)头部设置紧固装置，通过紧固装置获取螺栓套筒，并将通过套筒把螺栓拧紧在相应的部件上。
2.根据权利要求1所述的高可靠性螺栓拧紧***，其特征在于，所述基座包括：
基座托板(11)通过若干基座固定螺栓(10)紧固在基座上，定盘(9)圆心处设置第一伺服电机(14)，通过第一伺服电机(14)带动转盘(16)转动，转盘(16)为半圆弧形状罩扣在转盘定盘(9)上，在定盘(9)圆周处设置制动球(12)，转盘(16)半径大于定盘(9)，转盘(16)外圆周设置立壁(17)，立壁(17)沿定盘(9)外壁扣合，制动球(12)限制立壁(17)在一定范围转动，步进行走电机(19)设置在定盘(9)外壁一侧，步进行走电机(19)安装工作电路(18)。
3.根据权利要求1所述的高可靠性螺栓拧紧***，其特征在于，所述连接部包括：
加强板(22)设置在弧形臂(4)两侧，第三伺服电机(23)安装在固定筒(30)一侧，固定筒(30)一侧设置缺口，通过第三伺服电机(23)侧壁的固定块(31)限定固定筒(30)的运动位移，固定筒(30)另一侧安装第四伺服电机(26)，第四伺服电机(26)还连接前臂(2)。
4.根据权利要求1所述的高可靠性螺栓拧紧***，其特征在于，还包括：
前臂(2)一端安装第五伺服电机(45)，第五伺服电机(45)连接小臂(38)一端，第五伺服电机(45)控制小臂(38)运动，小臂(38)另一端通过小臂固定螺栓(37)固定第六伺服电机(36)，弯曲臂(34)一端通过弯曲臂固定盘(35)连接第六伺服电机(36)，弯曲臂(34)另一端连接机械手(1)。
5.根据权利要求1所述的高可靠性螺栓拧紧***，其特征在于，所述机械手包括：弯曲臂(34)通过弯曲臂夹板(42)与紧固头壳体(43)抱紧，弯曲臂夹板(42)四周设置螺栓孔，用于***紧固螺栓，机械手伺服电机(40)设置在紧固头壳体(43)下部，直线电机(44)设置在紧固头的底部，紧固头的头部安装弹性球。
6.根据权利要求1所述的高可靠性螺栓拧紧***，其特征在于，所述紧固装置包括：
机械手伺服电机(40)轴向连接紧固头(47)，在紧固头(47)侧部开设圆孔，该圆孔安装弹性球件(48)，与弹性球件(48)相配合的套筒内径设置凹槽，使套筒安装在紧固头(47)上在内部弹簧和端部型杆作用下保持弹性球件紧固，通过直线电机(44)控制紧固头(47)工作，机械手伺服电机(40)与紧固头(47)之间的轴向安装减速器。
7.根据权利要求6所述的高可靠性螺栓拧紧***，其特征在于，所述减速器包括：外齿轮(51)的内径锯齿与内齿轮(53)外径锯齿相配合，内齿轮(53)的直径小于外齿轮(51)掏空的直径，内齿轮(53)在机械手伺服电机(40)的带动下沿着扣碗(52)的凹槽运动，扣碗(52)通过轴连接盘(50)连接在机械手伺服电机(40)的轴向，外齿轮(51)固定在外部保护筒上，在外齿轮(51)与外部保护筒位置设置固定槽(46)，固定槽(46)与外齿轮(51)外壁过盈连接。
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