CN203031254U

CN203031254U - 自动锁螺丝装置和***

Info

Publication number: CN203031254U
Application number: CN 201220748650
Authority: CN
Inventors: 谢小辉; 赵彦植; 孙强; 马翠
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2022-12-31

Abstract

本实用新型适用于自动控制设备领域，提供了一种自动锁螺丝装置，旨在解决自动取料和高精度定位并自动锁紧螺丝功能的问题。该自动锁螺丝装置固定安装于放置有工件的传送带旁边以将螺丝锁紧至工件之螺丝孔内，并包括固定安装于机架上的机械臂机构以及位于传送带上方并从指定位置抓取螺丝以将螺丝旋入螺丝孔内的螺丝锁紧机构，机械臂机构包括位于机架上方的主动臂以及转动连接于所述主动臂并与螺丝锁紧机构连接的从动臂。本实用新型还提供了一种包括自动锁螺丝装置的自动锁螺丝***。该自动锁螺丝装置利用机械臂机构的主动臂和从动臂带动螺丝锁紧机构做平面移动，并利用螺丝锁紧机构上下移动以自动抓取螺丝，从而将螺丝自动精准地锁紧于螺丝孔内。

Description

自动锁螺丝装置和***

技术领域

本实用新型属于自动控制设备领域，尤其涉及一种自动锁螺丝装置以及包括该自动锁螺丝装置的自动锁螺丝***。

背景技术

当前，在电子、机械五金等制造行业利用螺丝装配锁紧的方式占据主要地位。特别是随着电子产品朝着体积轻薄方向发展，所使用的螺丝钉的尺寸也在逐渐减小。这就对生产过程中锁紧螺丝提出了更高的要求，如何能高速、高效地完成螺丝的锁紧成为业界急需解决的问题。然而，大多数螺丝锁紧方式还主要靠手工锁紧，生产效率低下、劳动强度大，特别是对于尺寸较小的螺丝钉，对人员的要求较高，比如视力和手的灵活度等的要求。虽然市场上也存在自动锁螺丝装置，例如，电动或者风动把式螺丝刀以及产品专款专用锁螺丝机，但是他们都是主要集中的机械结构部分，生产效率依旧低下，结构复杂，无法实现全自动，而且定位效果较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种自动锁螺丝装置，旨在克服现有技术中存在的缺陷，解决自动取料和高精度定位并自动锁紧螺丝功能的问题。

本实用新型提供的自动锁螺丝装置，固定安装于放置有工件的传送带旁边以将螺丝锁紧至所述工件之螺丝孔内，包括固定安装于机架上的机械臂机构以及位于所述传送带上方并从指定位置抓取所述螺丝以将所述螺丝旋入所述工件之螺丝孔内的螺丝锁紧机构，所述机械臂机构包括位于所述机架上方的主动臂以及转动连接于所述主动臂并与所述螺丝锁紧机构连接的从动臂。

进一步地，所述机械臂机构还包括固定安装于机架上方的固定座，所述主动臂部分收容于所述固定座内并转动连接于所述固定座，所述固定座和所述从动臂分别位于所述主动臂的两端。

进一步地，所述主动臂包括固定安装于所述固定座内的大臂电机、与所述大臂电机轴向连接的大臂减速器以及与所述大臂减速器转动连接并连接于所述从动臂的连接臂。

进一步地，所述从动臂包括固定于所述连接臂的下壳体、穿过所述下壳体并安装于所述连接臂的小臂减速器以及与所述小臂减速器轴向连接的小臂电机。

进一步地，所述大臂电机的转轴与所述小臂电机的转轴相互平行。

进一步地，所述螺丝锁紧机构包括固定安装于所述下壳体的上壳体、固定于所述下壳体之远离所述小臂减速器的支撑座、安装于所述支撑座内的丝杆、移动连接于所述丝杆的移动机构以及固定安装于所述移动机构的电批。

进一步地，所述螺丝锁紧机构还包括固定安装于所述上壳体内的驱动电机、与所述驱动电机轴向连接的主动轮、与所述丝杆轴向连接的从动轮以及连接于所述主动轮和所述从动轮之间的传送皮带。

进一步地，所述移动机构包括套设于所述丝杆并穿过所述上壳体开设的缺口的移动件、固定安装于所述移动件并固定连接于所述电批的固定件以及安装于所述电批端部并用于抓取所述螺丝的真空吸嘴。

本实用新型还提供了一种自动锁螺丝***，包括将具有螺丝孔的工件传送至指定工位的传送带、将散乱的螺丝排列成行并单个分料以送至指定位置的送料机、设置于所述传送带上方并检测所述工件之位置参数和尺寸参数的视觉采集装置、提供所述工件的图纸信息和规划运行路径的计算机、接收所述计算机发出的路径规划信息并进行实时调整以制定实时路径规划信息的运动控制机柜以及上述的自动锁螺丝装置，所述机械臂机构电性连接于所述运动控制机柜并根据所述运动控制机柜发出的路径规划信息移动，所述机械臂机构带动所述螺丝锁紧机构移动以将所述螺丝锁紧至所述螺丝孔内。

进一步地，所述计算机包括根据所述工件的图纸信息获取所述工件尺寸参数和所设螺丝孔尺寸参数的图纸信息采集模块以及利用所述视觉采集装置和所述图纸信息采集模块所采集的信息规划运行路径的运动规划模块。

本实用新型的自动锁螺丝装置利用机械臂机构的主动臂和从动臂带动机械臂机构在同一平面内移动，并带动螺丝锁紧机构做平面移动，并利用该螺丝锁紧机构上下移动以自动抓取螺丝，并根据对螺丝孔的定位信息将螺丝准确地锁紧于工件的螺丝孔内，该结构简单，操作精度高，可完全自动加工。

本实用新型的自动锁螺丝***利用视觉采集装置和图纸信息采集模块获取工件的位置参数和尺寸参数以对工件进行精确定位，利用运动控制机柜获取工件的位置参数和尺寸参数对机械臂机构进行路径规划并将路径规划信息反馈至机械臂机构以实时调整机械机构之运动路径，使机械臂机构和螺丝锁紧机构按照规划路径运动，从而实现自动锁紧螺丝之目的。该螺丝锁紧机构可自动抓取不同尺寸的螺丝，以使该自动锁螺丝装置适用于不同工件的锁紧螺丝过程。

附图说明

图1是本实用新型提供的自动锁螺丝装置的安装示意图。

图2是本实用新型提供的自动锁螺丝装置的分解图。

图3是本实用新型提供的机械臂机构的分解图。

图4是本实用新型提供的螺丝锁紧机构的分解图。

图5是本实用新型提供的自动锁螺丝***的安装示意图。

图6是本实用新型提供的自动锁螺丝***的工作流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

请同时参照图1，本实用新型提供的自动锁螺丝装置6固定安装于放置有工件2的传送带10（如图5所示）旁边以将螺丝（未图示）锁紧至工件2之螺丝孔内，并包括固定安装于机架90上的机械臂机构60以及位于传送带10上方并从指定位置抓取螺丝以将螺丝旋入工件2之螺丝孔内的螺丝锁紧机构70，该机械臂机构60包括位于机架90上方的主动臂64以及转动连接于主动臂64并与螺丝锁紧机构70连接的从动臂66。该自动锁螺丝装置6利用机械臂机构60带动螺丝锁紧机构70移动至工件2上方，并精确定位于工件2之螺丝孔上方，通过螺丝锁紧机构70自动抓取螺丝并将螺丝锁紧于工件2之螺丝孔内，该结构简单，操作精度高，完全自动化动作，可广泛应用于自动化生产线中。

请同时参照图1和图2，机械臂机构60还包括固定安装于机架90上的固定座62，主动臂64部分收容于固定座62内并转动连接于固定座62，固定座62和从动臂66分别位于主动臂64的两端。具体而言，该机架90安装于传送带10旁边以使连接于机械臂机构60的螺丝锁紧机构70位于传送带10上方，从而方便将螺丝锁紧于工件2内。该机械臂机构60通过主动臂64带动从动臂66运动，并带动螺丝锁紧机构70移动，从而达到锁紧螺丝之目的。

请再参照图3，主动臂64包括固定安装于固定座62内的大臂电机640、与大臂电机640轴向连接的大臂减速器645以及与大臂减速器645转动连接并连接于从动臂66的连接臂648。具体而言，固定座62包括固定安装于机架90并设有收容腔6200的座体620以及盖设于座体620上方并设有第一连接孔6250的盖板625，大臂电机640收容于收容腔6200内并通过连接法兰安装于盖板625，该大臂电机640之转轴穿过第一连接孔6250并与安装于连接臂648之第一安装部6482的大臂减速器645同轴相连，即大臂电机640和大臂减速器645分别位于连接臂648之第一安装部6482的相对两侧。这样，主动臂64由大臂电机640、大臂减速器645和连接臂648构成该机械臂机构60的第一关节，即形成该机械臂机构60的一个转动自由度，以调整该机械臂机构60的位置。工作时，启动电机驱动器，利用电机驱动器驱动大臂电机640运动并驱动大臂减速器645运动，同时利用大臂减速器645调节大臂电机640的转速和转矩以满足工作需要，从而驱动主动臂64绕Z轴转动，即连接臂648在XY平面上运动。

请再参照图3，从动臂66包括固定于连接臂648的下壳体660、穿过下壳体660并安装于连接臂648的小臂减速器665以及与小臂减速器665轴向连接的小臂电机668。具体而言，连接臂648包括臂杆部6480以及与从动臂66配合的第二安装部6486，第一安装部6482和第二安装部6486分别设置于臂杆部6480的两端，小臂减速器665固定安装于第二安装部6486内以与小臂电机668配合。下壳体660为具有底部的腔体结构以收容小臂电机668，并于其底部设有第二连接孔6605，小臂电机668收容于下壳体660内并利用连接法兰固定安装于下壳体660中以及其转轴穿过第二连接孔6605与小臂减速器665同轴连接，即小臂减速器665和小臂电机668位于下壳体660的相对两侧。这样，从动臂66由下壳体660、小臂减速器665和小臂电机668构成该机械臂机构60的第二关节，即形成该机械臂机构60的另一个转动自由度，以调整该机械臂机构60的位置。工作时，启动电机驱动器，利用电机驱动器驱动小臂电机668运动并驱动小臂减速器665运动，同时利用小臂减速器665调节小臂电机668的转速和转矩以满足工作需要，从而驱动从动臂66绕Z轴转动，即下壳体660在XY平面上运动。

在本实施方式中，大臂电机640的转轴与小臂电机668的转轴相互平行，以保证机械臂机构60在同一平面上运动。

请同时参照图4和图6，螺丝锁紧机构70包括固定安装于下壳体660的上壳体71、固定于下壳体710之远离小臂减速器665的支撑座72、安装于支撑座72内的丝杆73、移动连接于丝杆73的移动机构74、固定安装于移动机构74的电批（未图示）、固定安装于上壳体71内的驱动电机75、与驱动电机75轴向连接的主动轮76、与述丝杆73轴向连接的从动轮77以及连接于主动轮76和从动轮77之间的传送皮带78。具体地，上壳体71为具有侧壁的腔体结构，固定安装于下壳体660上方以***述小臂电机668，该上壳体71之侧壁设有缺口710以与移动机构74配合。支撑座72固定安装于下壳体660之远离第二连接孔6605的一侧，丝杆73的一端安装于该支撑座72内以及另一端安装从动轮77，利用连接法兰将驱动电机75固定安装于上壳体71内且该驱动电机75之转轴与主动轮76轴向连接以驱动该主动轮76转动，传送皮带78连接于主动轮76和从动轮77之间以通过驱动电机75带动丝杆73转动。移动机构74活动连接于丝杆73上以沿丝杆73上下移动，从而带动固定于移动机构74上的电批上下移动，这样，通过驱动电机75带动丝杆73转动以使电批沿丝杆73上下移动，从而构成该螺丝锁紧机构70的一个移动自由度，以用于锁紧螺丝。

进一步地，移动机构74包括套设于丝杆73并穿过所述上壳体71开设的缺口710的移动件740以及固定安装于所述移动件740并固定连接于所述电批的固定件745。移动件740穿过缺口710并随丝杆73转动而沿该缺口710上下移动，以使固定件745位于上壳体71的外部以固定安装电批。为了将电批固定安装于移动机构74上，该固定件745设有卡槽7450，所述卡槽7450位于固定架745之背离移动件740的一侧以卡设电批。螺丝锁紧机构70还包括安装于所述电批端部并用于抓取所述螺丝的真空吸嘴，该真空吸嘴可以抓取不同尺寸的螺丝，特别是能够快速精确地抓取细小螺丝，从而使该自动锁螺丝装置6可以应用于不同尺寸的螺丝锁紧过程。

工作时，从动臂66带动螺丝锁紧机构70于XY平面移动以使螺丝锁紧机构70移动至工件2上方。利用电机驱动器驱动该驱动电机75以带动主动轮76和从动轮77转动，从而带动丝杆73转动，在丝杆73的带动作用下，电批随移动机构74沿丝杆73上下移动至工作位置，即适合锁紧螺丝的位置，从而将螺丝旋紧于螺丝孔中。

本实用新型的自动锁螺丝装置6利用主动臂64构成的第一关节和从动臂66构成的第二关节使机械臂机构60能够在XY平面上运动并带动螺丝锁紧机构70移动到工件2上方，利用螺丝锁紧机构70的移动自由度保证电批运动并趋近于工件2之螺丝孔，从而将螺丝锁紧于螺丝孔中。

请同时参照图5和图6，本实用新型还提供了一种自动锁螺丝***1，包括将具有螺丝孔的工件2传送至指定工位的传送带10、将散乱的螺丝排列成行并单个分料以送至指定位置的送料机20、设置于传送带10上方并检测工件2之位置和尺寸参数的视觉采集装置30、提供工件2的图纸信息和规划运行路径的计算机40、接收计算机40发出的路径规划信息的运动控制机柜50以及上述自动锁螺丝装置6，机械臂机构60电性连接于运动控制机柜50并根据运动控制机柜50发出的路径规划信息移动，该机械臂机构60带动螺丝锁紧机构70移动以将所述螺丝锁紧至螺丝孔内。本实用新型的自动锁螺丝***1通过自动锁螺丝装置6接收运动控制机柜50发出的路径规划信息并移动自动锁螺丝装置6以锁紧螺丝，并通过视觉采集装置30和计算机40提供的工件2之图纸信息进行准确定位，以实现完全自动锁紧螺丝并可达到准确定位的效果，提高生产效率。

该自动锁螺丝***1利用视觉采集装置30以及计算机40反馈工件2的尺寸和位置信息至运动控制机柜50，机械臂机构60根据运动控制机柜50发出的路径规划信息移动并带动螺丝锁紧机构70移动以将螺丝锁紧至螺丝孔内。具体而言，机械臂机构60根据运动控制机柜50提供的路径规划信息移动，即通过主动臂64绕Z轴转动以及该主动臂64带动从动臂66绕Z轴转动，以使该并利用螺丝锁紧机构70将螺丝锁紧于工件2内。该自动锁螺丝***1通过视觉采集装置30和计算机40对锁螺丝过程进行精确定位，利用机械臂机构60和螺丝锁紧机构70自动抓取螺丝并自动锁紧螺丝，整个锁紧螺丝的过程精度高、速度快。

所述视觉采集装置30与运动控制机柜50电性连接。在本实施方式中，所述视觉采集装置30为CCD摄像头，设置于传送带10上方以检测传送带10上工件2的位置参数和尺寸参数并将所检测的工件2之位置参数和尺寸参数等信息传送至运动控制机柜50。使用时，开启视觉采集装置30，首先，对CCD摄像头进行各项参数设置，例如包括普通、室内、室外、自动白平衡等摄像头的环境模式；包括水平角度和俯仰角度等摄像头的位置参数；包括自动变焦、手动变焦和变焦量等摄像头的焦距参数。其次，利用CCD摄像头获取视频流，对视频流进行单贴截取以获取单贴图像，并对所获取的单贴图像进行二值化处理。再次，利用CCD摄像头采集位于传送带10上的工件2的图像信息，以提取工件2之位置参数和尺寸参数，其中，位置参数为工件2于传送带10上的X轴和Y轴的坐标参数，对所检测的参数信息进行计算并进行坐标变换。最后，将上述参数信息传递给运动控制柜50。

计算机40与运动控制机柜50电性连接，并包括根据工件2的图纸信息获取所述工件2之尺寸参数和所设螺丝孔之尺寸参数的图纸信息采集模块以及利用所述视觉采集装置30和所述图纸信息采集模块所采集的信息规划运行路径的运动规划模块。具体而言，图纸信息采集模块通过加载工件2的二维图纸并对该图纸中工件2的尺寸参数和螺丝孔的尺寸参数等图纸信息进行分析和计算，并将该图纸信息反馈至运动规划模块和运动控制机柜50。该图纸信息采集模块和运动规划模块均安装于所述计算机40内部，并均具有信息处理功能。该运动规划模块不仅接收图纸信息采集模块提供的信息，而且接收视觉采集装置30提供的信息，并综合所接收的信息进行路径规划，并将规划好的路径信息传递给运动控制机柜50。

运动控制机柜50与机械臂机构60电性连接并设有控制卡，所述控制卡接收视觉检测装置30发出的工件2之位置和尺寸参数信息以及计算机40之运动规划模块发出的运动路径规划信息。该控制卡通过对工件2之位置和尺寸参数等参数信息进行分析和处理以得出工件2的位置坐标信息，该工件2的位置坐标信息随着螺丝孔位置和尺寸的变换而实时发生变化。本实用新型通过控制卡确定螺丝的精确定位信息，提高该自动锁螺丝装置的精度。该运动控制柜50根据视觉采集装置30和图纸信息采集模块实现快速准确的定位并提高了控制精度，通过控制卡自动规划运动路径以满足工作环境和工况的要求，即可根据不同的工件规划不同的运动路径，适应性强。

工作时，工件2从生产流水线之传送带10传送至送料机20旁边的工作位置，送料机20将散乱的螺丝排列成行并单个分料以送至指定位置。利用视觉采集装置30检测工件2的位置参数和尺寸参数以及利用图纸信息采集模块采集工件2之尺寸参数和螺丝孔之尺寸参数，运动规划模块根据视觉采集装置30和图纸信息采集模块采集的信息进行路径规划并将路径规划信息传送至具有控制卡的运动控制机柜50，通过运动控制机柜50实时调整运动路径以使机械臂机构60按运动路径移动。机械臂机构60带动螺丝锁紧机构70之电批从送料机20上抓取螺丝，根据运动路径，机械臂机构60带动电批将螺丝按照运动路径移动至工件2的工作位置。利用螺丝锁紧机构70将螺丝沿Z轴方向移动并趋近于工件2，启动电批并沿Z轴移动以将螺丝旋入工件2之螺丝孔内，当电批达到预设力矩时以完成锁紧工作，即电批停止运动。

本实用新型利用视觉采集装置30和图纸信息采集模块以确定工件2的精确位置，并反馈至运动控制机柜50中，以确定螺丝的精确位置。利用运动控制机柜50规划机械臂机构60和螺丝锁紧机构70的运动路径并根据接收的工件2之位置信息实时调整机械臂机构60的运动位置，修复定位精度，以准确地达到锁紧螺丝之目的。

本实用新型提供的自动锁螺丝***1能够实现快速准确的定位，控制精度高，根据视觉采集装置30、图纸信息采集模块和运动规划模块以自动规划机械臂机构60之运动路径，从而满足不同工作环境和工况的要求。

本实用新型提供的自动锁螺丝***1通过对机械臂机构60的位置控制，能够获取机械臂机构60的实时运行位置和执行状况，并实时反馈该机械臂机构60的位置信息和指定位置信息之间的差距，以调整机械臂机构60的运动路径。

本实用新型利用具有真空吸嘴的螺丝锁紧机构70以提高锁紧细小螺丝的效率，适用于不同工件2锁螺丝过程，并降低生产成本。

本实用新型的自动锁螺丝***1可以适用于未包含视觉检测装置30和图纸信息采集模块的情况，具体通过在计算机40和运动控制机柜50上编写锁螺丝程序，并根据需求，实时调整机械臂机构60之第一关节和第二关节以及螺丝锁紧机构70之移动自由度的运动量，以实现锁紧螺丝。从而，可以满足由于工作空间和环境限制情况下自动锁紧螺丝之目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种自动锁螺丝装置，固定安装于放置有工件的传送带旁边以将螺丝锁紧至所述工件之螺丝孔内，其特征在于，包括固定安装于机架上的机械臂机构以及位于所述传送带上方并从指定位置抓取所述螺丝以将所述螺丝旋入所述工件之螺丝孔内的螺丝锁紧机构，所述机械臂机构包括位于所述机架上方的主动臂以及转动连接于所述主动臂并与所述螺丝锁紧机构连接的从动臂。

2.如权利要求1所述的自动锁螺丝装置，其特征在于，所述机械臂机构还包括固定安装于机架上方的固定座，所述主动臂部分收容于所述固定座内并转动连接于所述固定座，所述固定座和所述从动臂分别位于所述主动臂的两端。

3.如权利要求2所述的自动锁螺丝装置，其特征在于，所述主动臂包括固定安装于所述固定座内的大臂电机、与所述大臂电机轴向连接的大臂减速器以及与所述大臂减速器转动连接并连接于所述从动臂的连接臂。

4.如权利要求3所述的自动锁螺丝装置，其特征在于，所述从动臂包括固定于所述连接臂的下壳体、穿过所述下壳体并安装于所述连接臂的小臂减速器以及与所述小臂减速器轴向连接的小臂电机。

5.如权利要求4所述的自动锁螺丝装置，其特征在于，所述大臂电机的转轴与所述小臂电机的转轴相互平行。

6.如权利要求4所述的自动锁螺丝装置，其特征在于，所述螺丝锁紧机构包括固定安装于所述下壳体的上壳体、固定于所述下壳体之远离所述小臂减速器的支撑座、安装于所述支撑座内的丝杆、移动连接于所述丝杆的移动机构以及固定安装于所述移动机构的电批。

7.如权利要求6所述的自动锁螺丝装置，其特征在于，所述螺丝锁紧机构还包括固定安装于所述上壳体内的驱动电机、与所述驱动电机轴向连接的主动轮、与所述丝杆轴向连接的从动轮以及连接于所述主动轮和所述从动轮之间的传送皮带。

8.如权利要求6所述的自动锁螺丝装置，其特征在于，所述移动机构包括套设于所述丝杆并穿过所述上壳体开设的缺口的移动件、固定安装于所述移动件并固定连接于所述电批的固定件以及安装于所述电批端部并用于抓取所述螺丝的真空吸嘴。

9.一种自动锁螺丝***，其特征在于，包括将具有螺丝孔的工件传送至指定工位的传送带、将散乱的螺丝排列成行并单个分料以送至指定位置的送料机、设置于所述传送带上方并检测所述工件之位置参数和尺寸参数的视觉采集装置、提供所述工件的图纸信息和规划运行路径的计算机、接收所述计算机发出的路径规划信息并进行实时调整以制定实时路径规划信息的运动控制机柜以及权利要求1至8任意一项所述的自动锁螺丝装置，所述机械臂机构电性连接于所述运动控制机柜并根据所述运动控制机柜发出的路径规划信息移动，所述机械臂机构带动所述螺丝锁紧机构移动以将所述螺丝锁紧至所述螺丝孔内。

10.如权利要求9所述的自动锁螺丝***，其特征在于，所述计算机包括根据所述工件的图纸信息获取所述工件尺寸参数和所设螺丝孔尺寸参数的图纸信息采集模块以及利用所述视觉采集装置和所述图纸信息采集模块所采集的信息规划运行路径的运动规划模块。