CN114378569B - 一种具有螺栓自动装配功能的机器人执行装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种具有螺栓自动装配功能的机器人执行装置包括旋转卡盘单元、装夹传动单元、缓冲隔振单元与主控单元。装夹传动单元可控制旋转卡盘单元中的卡爪夹紧和释放螺栓，旋转卡盘单元能够带动被卡爪夹持的螺栓进行旋转，缓冲隔振单元可缓冲螺栓与待操作工件接触时产生的冲击力，主控单元协调控制装夹传动单元与旋转卡盘单元。当装夹传动单元中的间歇齿轮与旋转卡盘单元中的平面螺纹齿轮处于啮合状态时，间歇齿轮控制卡爪夹紧或者释放螺栓；当间歇齿轮与平面螺纹齿轮处于非啮合状态时，控制旋转电机带动被卡爪夹紧的螺栓旋转，从而完成装配任务。本发明结构简单，便于装配，能够直接安装在可移动机器人的操作末端，完成对任意型号螺栓的装配作业。

Description

一种具有螺栓自动装配功能的机器人执行装置

所属技术领域

本发明属于机械自动化技术领域，具体涉及一种能够实现螺栓自动装配功能的可移动机器人末端执行装置。

背景技术

目前，在重工机械、交通运输、以及航空航天等众多装备制造行业中，多通过螺栓连接的方式来实现不同工件的结合与固定。传统方式需要人工将螺栓放入待操作工件的对应孔位后，再手动进行锁紧作业，生产效率低下。近年来，随着机器人操作技术的不断发展，各类具有不同功能的末端执行装置被广泛应用于上述制造领域，大幅提高了生产效率。然而，虽然其中一些执行装置能够通过液压、气动、以及电动等方式实现螺栓的自动紧固与拆卸，但由于装备制造过程中螺栓型号的多样性，需要频繁更换与之相匹配的套筒，严重限制了生产速度。此外，由于结构臃肿，占用空间大，以及缺乏冲撞缓冲结构等缺点，不能被直接安装在可移动机器人末端，在机器人基座与待操作工件均相对地面运动的情况下进行高精度的动态作业，这无疑限制了应用场景，不能完全适应相关产业智能化生产的转型需求。

发明内容

本发明提出了一种不受螺栓型号多样化限制，可直接安装在移动机器人末端进行螺栓自动装配的执行装置。该装置具有结构简单的特点，且能够在机器人基座与待操作工件均相对地面运动的情况下完成装配任务。

本发明的技术方案：

本发明一种具有螺栓自动装配功能的机器人执行装置包括旋转卡盘单元、装夹传动单元、缓冲隔振单元与主控单元。旋转卡盘单元包括旋转电机、旋转电机固定板、传动轴、压簧、卡爪组件与单元安装板，卡爪组件包括组件支撑轴承、底座、壳体、平面螺纹齿轮、平面螺纹齿轮支撑轴承和卡爪，旋转电机固定板固连在单元安装板上，其上还安装有旋转电机，旋转电机的输出轴与传动轴固连，传动轴上安装有压簧与卡爪组件的底座，其中压簧被安装在传动轴与底座之间，用来减小传动轴的轴向振动，从而缓冲末端执行装置上的螺栓与待操作工件接触时产生的轴向冲击力，卡爪组件中的壳体安装在底座上，底座通过组件支撑轴承安装在单元安装板上，底座的轴上安装有平面螺纹齿轮支撑轴承，平面螺纹齿轮安装在上述轴承上，平面螺纹齿轮上具有等距螺旋线，卡爪安装在壳体槽内并与平面螺纹齿轮上的等距螺旋线相配合，当平面螺纹齿轮转动时，可以控制卡爪闭合与释放，卡爪的移动范围可由安装在壳体定位螺孔内的顶丝确定，平面螺纹齿轮上等距螺旋线的线型，可根据卡爪尺寸进行适当调整；装夹传动单元包括装夹电机与间歇齿轮，装夹电机安装在旋转卡盘单元的单元安装板上，控制安装在其轴上的间歇齿轮运动，间歇齿轮可带动平面螺纹齿轮转动，从而控制卡爪的闭合与释放，其齿数可根据***要求进行调整；缓冲隔振单元包括隔振框安装板、缓冲隔振框与主安装板，缓冲隔振框由缓冲材料制成，并通过隔振框安装板固定在主安装板上，将末端执行装置主体与主安装板进行隔离，可以缓冲被卡爪夹持的螺栓与待操作工件接触时可能产生的横向冲击力；主控单元包括运动控制卡与电机驱动器。

本发明一种具有螺栓自动装配功能的机器人执行装置工作原理为当进行螺栓装卸作业时，首先通过主控单元控制间歇齿轮旋转，当间歇齿轮与平面螺纹齿轮处于啮合状态时，间歇齿轮可控制三个卡爪夹紧或者释放螺栓；当间歇齿轮与平面螺纹齿轮处于非啮合状态时，主控单元控制旋转电机带动被卡爪夹紧的螺栓旋转，从而完成装配任务。

本发明对比已有的技术有如下特点：

1、通过装夹传动单元的间歇齿轮与旋转卡盘单元的平面螺纹齿轮配合，可以完成对任意型号螺栓的装配作业；

2、利用压簧，减小传动轴的轴向振动，从而缓冲螺栓与待操作工件接触时产生的轴向冲击力；

3、通过缓冲隔振框将末端执行装置主体与主安装板进行隔离，缓冲螺栓与待操作工件接触时产生的横向冲击力；

4、结构简单，便于装配，能够直接安装在可移动机器人的操作末端。

附图说明

图1是本发明一种具有螺栓自动装配功能的机器人执行装置的侧视图和正视图。

图中标号：1：旋转卡盘单元；2：装夹传动单元；3：缓冲隔振单元。

图2是本发明中旋转卡盘单元的轴测图。

图中标号：10：旋转电机；11：旋转电机固定板；12：传动轴；13：压簧；14：卡爪组件；15：单元安装板。

图3是本发明中卡爪组件的正视图和轴测图。

图中标号：140：组件支撑轴承；141：底座；142：壳体；143：平面螺纹齿轮；144：平面螺纹齿轮支撑轴承；145：卡爪。

图4是本发明中卡爪组件的平面螺纹齿轮、平面螺纹齿轮支撑轴承与卡爪的装配图。

图中标号：143：平面螺纹齿轮；144：平面螺纹齿轮支撑轴承；145：卡爪。

图5是本发明中卡爪组件的壳体正视图和轴测图。

图中标号：1420：定位螺孔；142：壳体。

图6是本发明中装夹传动单元的正视图和轴测图。

图中标号：20：装夹电机；21：间歇齿轮

图7是本发明中缓冲隔振单元的前视图和后视图。

图中标号：30：隔振框安装板；31：缓冲隔振框；32：主安装板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

结合图1，一种具有螺栓自动装配功能的机器人执行装置包括旋转卡盘单元1、装夹传动单元2、缓冲隔振单元3与主控单元，装夹传动单元2通过旋转卡盘单元1安装在缓冲隔振单元3上。

结合图2至图5，旋转卡盘单元1包括旋转电机10、旋转电机固定板11、传动轴12、压簧13、卡爪组件14与单元安装板15，卡爪组件14包括组件支撑轴承140、底座141、壳体142、平面螺纹齿轮143、平面螺纹齿轮支撑轴承144和卡爪145，旋转电机固定板11固连在单元安装板15上，其上还安装有旋转电机10，旋转电机10的输出轴与传动轴12固连，传动轴12上安装有压簧13与卡爪组件14的底座141，其中压簧13被安装在传动轴12与底座141之间，用来减小传动轴12的轴向振动，从而缓冲末端执行装置上的螺栓与待操作工件发生接触时产生的轴向冲击力，卡爪组件14中的壳体142安装在底座141上，底座141通过组件支撑轴承140安装在单元安装板15上，底座141的轴上安装有平面螺纹齿轮支撑轴承144，平面螺纹齿轮143安装在上述轴承上，并与其过盈配合，平面螺纹齿轮143上具有等距螺旋线，卡爪145安装在壳体142的槽内并与平面螺纹齿轮143上的等距螺旋线相配合，当平面螺纹齿轮143转动时，可以控制卡爪145闭合与释放，卡爪145的移动范围可由安装在壳体142定位螺孔1420内的顶丝确定，平面螺纹齿轮143上的等距螺旋线线型，可根据卡爪145的尺寸进行适当调整。

结合图3至图5，卡爪组件14的装配步骤为

1)将底座141安装在组件支撑轴承140上；

2)将平面螺纹齿轮支撑轴承144安装在底座141上；

3)将平面螺纹齿轮143安装在平面螺纹齿轮支撑轴承144上；

4)将壳体142安装在底座141上；

5)将卡爪145安装在壳体142的槽内。

结合图2，旋转卡盘单元的装配步骤为

1)将旋转电机固定板11安装在单元安装板15上；

2)将旋转电机10安装在旋转电机固定板11上；

3)将传动轴12安装在旋转电机10上；

4)将压簧13安装在传动轴12上；

5)将卡爪组件14中的组件支撑轴承140安装在单元安装板15上，同时将卡爪组件14中的底座141安装在传动轴12上。

结合图6，装夹传动单元2包括装夹电机20与间歇齿轮21，装夹电机20安装在旋转卡盘单元1的单元安装板15上，控制安装在其轴上的间歇齿轮21运动，当间歇齿轮21与平面螺纹齿轮143处于啮合状态时，间歇齿轮21可控制卡爪组件14中的卡爪145夹紧或者释放螺栓，当间歇齿轮21与平面螺纹齿轮143处于非啮合状态时，旋转电机10带动被卡爪145夹紧的螺栓旋转，从而完成装配任务，间歇齿轮21的齿数可根据***要求进行调整。

结合图7，缓冲隔振单元3包括隔振框安装板30、缓冲隔振框31和主安装板32，缓冲隔振框31由缓冲材料制成并将末端执行装置主体与主安装板32进行隔离，可以缓冲被卡爪组件14中三个卡爪145所夹持的螺栓与待操作工件接触时可能产生的横向冲击力，隔振框安装板30将缓冲隔振框31和旋转卡盘单元1中的单元安装板15固定在主安装板32上，本发明一种具有螺栓自动装配功能的机器人执行装置可以通过主安装板方便地安装于任意可移动机器人的操作末端。

Claims (5)

1.一种具有螺栓自动装配功能的机器人执行装置，其特征是：包括旋转卡盘单元、装夹传动单元、缓冲隔振单元与主控单元，装夹传动单元安装在旋转卡盘单元上，旋转卡盘单元安装在缓冲隔振单元上；

旋转卡盘单元包括旋转电机、旋转电机固定板、传动轴、压簧、卡爪组件与单元安装板，卡爪组件包括组件支撑轴承、底座、壳体、平面螺纹齿轮、平面螺纹齿轮支撑轴承和卡爪，旋转电机固定板固连在单元安装板上，其上还安装有旋转电机，旋转电机的输出轴与传动轴固连，传动轴上安装有压簧与卡爪组件的底座，其中压簧被安装在传动轴与底座之间，用来减小传动轴的轴向振动，从而缓冲末端执行装置上的螺栓与待操作工件接触时所产生的轴向冲击力，卡爪组件中的壳体安装在底座上，底座通过组件支撑轴承安装在单元安装板上，底座的轴上安装有平面螺纹齿轮支撑轴承，平面螺纹齿轮安装在上述轴承上，并与其过盈配合，卡爪安装在壳体的槽内；装夹传动单元包括装夹电机和间歇齿轮，装夹电机安装在旋转卡盘单元的单元安装板上，装夹电机的输出轴上设置有间歇齿轮，间歇齿轮驱动平面螺纹齿轮转动；缓冲隔振单元包括隔振框安装板、缓冲隔振框和主安装板，缓冲隔振框和旋转卡盘单元中的单元安装板通过隔振框安装板与主安装板固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有螺栓自动装配功能的机器人执行装置，其特征是：旋转卡盘单元中的平面螺纹齿轮上具有等距螺旋线，卡爪安装在壳体的槽内并与平面螺纹齿轮上的等距螺旋线相配合，当平面螺纹齿轮转动时，可以控制卡爪闭合与释放，卡爪的移动范围可由安装在壳体定位螺孔内的顶丝确定，平面螺纹齿轮上等距螺旋线的线型，可根据卡爪的尺寸进行调整。

3.根据权利要求2所述的一种具有螺栓自动装配功能的机器人执行装置，其特征是：卡爪组件的装配步骤为

1)将底座安装在组件支撑轴承上；

2)将平面螺纹齿轮支撑轴承安装在底座上；

3)将平面螺纹齿轮安装在平面螺纹齿轮支撑轴承上；

4)将壳体安装在底座上；

5)将卡爪安装在壳体槽内。

4.根据权利要求3所述的一种具有螺栓自动装配功能的机器人执行装置，其特征是：装夹传动单元包括装夹电机与间歇齿轮，装夹电机安装在旋转卡盘单元的单元安装板上，控制安装在其轴上的间歇齿轮运动，当间歇齿轮与平面螺纹齿轮处于啮合状态时，间歇齿轮可控制卡爪组件中的卡爪夹紧或者释放待装配螺栓，当间歇齿轮与平面螺纹齿轮处于非啮合状态时，旋转电机带动被卡爪夹紧的螺栓旋转，从而完成装配任务，间歇齿轮的齿数可根据***要求进行调整。

5.根据权利要求4所述的一种具有螺栓自动装配功能的机器人执行装置，其特征是：缓冲隔振单元包括隔振框安装板、缓冲隔振框和主安装板，缓冲隔振框由缓冲材料制成并将末端执行装置主体与主安装板进行隔离，可以缓冲被卡爪组件中三个卡爪所夹持的螺栓与待操作工件接触时产生的横向冲击力，隔振框安装板将缓冲隔振框与旋转卡盘单元中的单元安装板固定在主安装板上，可以通过主安装板方便地安装于任意可移动机器人的操作末端。