一种狭窄空间螺栓定位安装机器人及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种狭窄空间螺栓定位安装机器人及控制方法，包括安装平台、固定板、工装夹具、工业机器人、运动模组和及控制器。本发明专利技术首先将螺栓和垫片移至从动齿轮的轴线位置并通过弹簧力将其托住，接着将连接块向下移动，安装螺栓到从动齿轮上并让弹簧复位使螺栓固定；之后通过摄像机作视觉引导避障，机器人手臂将夹具送到能拍摄到螺纹孔预定位置。再采取机器人自动定位目标螺纹孔，将螺纹孔位置发送到机器人手臂并且锁定该位置，之后再旋转夹具使螺栓对准螺纹孔并在齿轮的带动开始往下移动，当传感器接触到底板时，第一个螺栓装配停止，模组电机自动将机器人自动搬运到下一个螺纹孔预定位置，进行下一轮装配直至全部装配完毕。

A narrow space bolt positioning and installation robot and its control method

The invention discloses a narrow space bolt positioning installation robot and a control method, comprising an installation platform, a fixed plate, a fixture, an industrial robot, a motion module and a controller. The first axis of bolts and gaskets to the driven gear and the spring force of the support, then the connecting block moves down mounting bolts to the driven gear and let the reset spring bolt; after the vision guided obstacle avoidance through the camera, the robot arm will be sent to the fixture can be taken to the screw hole of a predetermined position. Take the target automatic positioning screw hole robot, will be sent to the robot arm screw hole position and lock the position, rotation after the bolt fixture alignment thread hole and began to move down in gear drive, when the sensor contact end plate, the first bolt assembly module will automatically stop, motor automatic handling robot to the next threaded hole in a predetermined position, the next round of the assembly until all assembled.

【技术实现步骤摘要】
一种狭窄空间螺栓定位安装机器人及控制方法
本专利技术涉及工业机器人领域，尤其涉及一种狭窄空间螺栓定位安装机器人及其控制方法。
技术介绍
在狭窄的空间内部进行装配一直是困扰着自动化装配领域的一个难题，在一个狭小空间内，由于能见度低、可见范围少、安装轴向深度大等原因，必须借助其他装配工具进行安装，但是由于装配工具得不到人眼的配合，使得人工操作工具相当困难。当轴向安装深度大于人手触及范围时，通过普通安装工具安装基本上无法进行装配。因此，现有技术需要进一步改进和完善。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、装配效率高的狭窄空间螺栓定位及安装机器人。本专利技术的另一目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于上述机器人的控制方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种狭窄空间螺栓定位安装机器人，该机器人主要应用在狭窄空间内对螺纹孔进行装配，结构上主要包括用于固定安装机器人的安装平台、设置在安装平台上的固定板、用于拧紧螺栓的工装夹具、用于驱动工装夹具到达指定位置的工业机器人、用于驱动工业机器人平移的运动模组、以及用于处理图像数据并驱动各执行部件的控制器。所述安装平台固定设置，固定板安装在安装平台上，所述运动模组安装在固定板上，所述工装夹具安装在工业机器人的末端，所述工业机器人安装在运动模组上，所述控制器分别与运动模组、工业机器人和工装夹具电连接，控制运动模组驱动工业机器人在固定板上平移，驱动工装夹具将螺栓拧入螺纹孔内。具体的，所述工装夹具包括与工业机器人末端固定连接的连接板、安装板、连接并固定安装板与连接板的安装杆、用于获取螺纹孔位置图像的摄像头、用于提高成像质量的LED光源、用于拧紧螺栓的驱动装置、以及用于控制拧入深度的限位装置。所述工业机器人末端与连接板的中部固定，使连接板关于机器人末端对称。所述安装杆的两端分别与连接板和安装板的一端连接，具体的，安装杆的一端与连接板的底部固定，另一端与安装板的顶部固定，使连接板、安装杆和安装板三者构成C字形结构。所述安装板的另一端设有用于放置螺栓的开口，安放螺栓时需要从该开口处进入。所述摄像头和LED光源均设置在安装板上，并位于安装杆下方，且摄像头与螺栓关于工业机器人末端转轴对称。所述驱动装置和限位装置安装在安装板的另一端，且与摄像头关于安装板的中心轴对称。具体的，所述驱动装置包括拧入电机、主动齿轮和从动齿轮。所述拧入电机固定在安装板上，其输出轴向上穿过安装板并与主动齿轮固定连接，当拧入电机转动时，其输出轴带着主动齿轮转动。所述从动齿轮的一侧通过轴承安装在连接板上，并与主动齿轮啮合，从动齿轮的另一侧设有与螺栓配合的内六角孔，当主动齿轮转动时，通过轮齿啮合带着从动齿轮转动，由于从动齿轮与螺栓关于六角孔配合，因此拧入电机转动时便会带动螺栓转动，从而将螺栓拧入螺纹孔内。具体的，所述限位装置包括用于承托螺栓的托环板、连接杆、复位弹簧、连接块、以及限制拧入深度的限位传感器。所述安装板上设有用于连接杆穿过的连接孔，所述连接杆穿过连接孔，连接杆的一端与托环板固定连接，另一端与连接块的一端固定。所述限位传感器固定在连接块的另一端上；所述复位弹簧套设在连接杆上，其一端抵住安装板，另一端与托环板抵接。当螺栓和垫片从安装板的开口处放入后，使螺栓的头部套入从动齿轮的内六角孔中，并使托环板在复位弹簧的弹力作用下托住螺栓，而垫片则安放在安装板与托环板之间；螺栓拧入螺纹孔后，限位传感器时刻检测螺栓的拧入深度，当限位传感器与工件的底板接触后，拧入深度达到设定值拧入电机停止转动，工业机器人驱动工装夹具释放螺栓并进入下一个螺纹孔的装配操作。进一步的，为了更好地驱动工业机器人在一个方向上平移，本专利技术所述运动模组包括导杆、伺服电机、导轨、第一滑块、第二滑块和丝杆。所述导杆和导轨互相平行地固定在固定板上，沿着螺纹孔分布的方向延伸，具体长度应根据螺纹孔的数量及始末位置决定。所述第一滑块安装在导杆上，所述第二滑块安装在导轨上。所述工业机器人固定在第一滑块和第二滑块上，由两个滑块共同承受工业机器人的重量，这样可以大大提高工业机器人来回移动的平顺性。所述丝杆两端固定在固定板上，并与第二滑块传动连接，由丝杆拖动工业机器人在导轨上滑动。所述伺服电机与丝杆传动连接并驱动第二滑块及工业机器人在导轨和导杆上来回滑动。作为本专利技术的优选方案，为了方便安放螺栓，并更好地将其托住，本专利技术所述托环板采用环形结构。该环形结构包括连接板和起支撑作用的环形板。所述连接板的一端固定在连接杆上，另一端与环形板的中部固定连接，从而形成对环形板的支撑。所述环形板的有效弧度为240度。进一步的，为了使工业机器人遇到障碍时能自动停止或自动绕过障碍，从而防止工业机器人的损坏，本专利技术所述工业机器人内部装有用于检测工业机器人与外界之间的压力值的压力传感器，所述压力传感器与控制器电连接，当工业机器人中的机械臂或工装夹具接触到障碍物时，压力传感器便会计算当前的压力值，并反馈给控制器，当压力值超过设定值时，控制器便会驱动运动模组或工业机器人的机械臂停止或改变原来的运动方向以绕开障碍物，从而避免工业机器人的损坏并提高螺栓的装配效率。作为本专利技术的优选方案，为了更好更快更高效地将工装夹具移动到螺纹孔上方，本专利技术所述工业机器人采用电机内置式六关节串联结构的工业机器人,且工业机器人的各臂完全展开长度为1500mm，最大臂直径100mm，最小臂直径60mm，最大负载300Kg，工作空间为200mm的狭窄空间。本专利技术还公开了一种狭窄空间螺栓定位安装机器人的控制系统，包括用于拧紧螺栓的工装夹具、用于驱动工装夹具到达指定位置的工业机器人、用于驱动工业机器人平移的运动模组、以及用于处理图像数据并驱动各执行部件的控制器。其中，所述控制器包括工控机、图像处理模块和机器人离线编程模块；所述图像处理模块包括软件界面模块、处理算法模块和通信模块；所述人机界面模块包括参数设置模块、手动运行模块、示教运行模块,I/O信号模块、自动运行模块、生产管理模块；所述参数设置模块包括显示轴名窗口，轴类型窗口；所述手动运行模块包括正软极限窗口，负软极限窗口；所述示教运行模块包括回参考点模式窗口和回参考点方向窗口；所述I/O信号模块包括编码器反馈偏置量窗口和回参考点高速窗口。优选的，所述机器人离线编程模块包括如下功能：(1)所编程的工作过程的知识；(2)机器人和工作环境三维实体模型；(3)机器人几何学、运动学和动力学的知识；(4)基于图形显示的软件系统、可进行机器人运动的图形仿真；(5)轨迹规划和检查算法，如检查机器人关节角超限、检测碰撞以及规划机器人在工作空间的运动轨迹等；(6)传感器的接口和仿真，以利用传感器的信息进行决策和规划；(7)通信功能，以完成离线编程系统所生成的运动代码到各种机器人控制柜的通信；(8)用户接口，以提供有效的人机界面，便于人工干预和进行系统的操作。本专利技术的另一目的通过下述技术方案实现：一种狭窄空间螺栓定位安装机器人的控制方法，包括如下步骤：步骤S1:将螺栓和垫片放入工装夹具内，并固定螺栓和垫片的位置，使螺栓的头部嵌入从动齿轮的内六角孔内并与其配合，托环板在复位弹簧的弹力作用下托住螺栓并使螺栓与从动齿轮保持配合，同时使垫片位于托环板与安装板之间。步骤S2:将带有螺栓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种狭窄空间螺栓定位安装机器人，其特征在于，包括用于固定安装机器人的安装平台、设置在安装平台上的固定板、用于拧紧螺栓的工装夹具、用于驱动工装夹具到达指定位置的工业机器人、用于驱动工业机器人平移的运动模组、以及用于处理图像数据并驱动各执行部件的控制器；所述安装平台固定设置，所述运动模组安装在固定板上，所述工装夹具安装在工业机器人的末端，所述工业机器人安装在运动模组上，所述控制器分别与运动模组、工业机器人和工装夹具电连接，控制运动模组驱动工业机器人在固定板上平移，驱动工装夹具将螺栓拧入螺纹孔内；所述工装夹具包括与工业机器人末端固定连接的连接板、安装板、连接安装板与连接板的安装杆、用于获取螺纹孔位置图像的摄像头、用于提高成像质量的LED光源、用于拧紧螺栓的驱动装置、以及用于控制拧入深度的限位装置；所述工业机器人末端与连接板的中部固定；所述安装杆的两端分别与连接板和安装板的一端连接；所述安装板的另一端设有用于放置螺栓的开口；所述摄像头和LED光源均设置在安装板上，位于安装杆下方；所述驱动装置和限位装置安装在安装板的另一端，且与摄像头关于安装板的中心轴对称；所述驱动装置包括拧入电机、主动齿轮和从动齿轮；所述拧入电机固定在安装板上，其输出轴向上穿过安装板并与主动齿轮固定连接；所述从动齿轮的一侧通过轴承安装在连接板上，并与主动齿轮啮合，从动齿轮的另一侧设有与螺栓配合的内六角孔；所述限位装置包括用于承托螺栓的托环板、连接杆、复位弹簧、连接块、以及限制拧入深度的限位传感器；所述安装板上设有连接孔，所述连接杆穿过连接孔，连接杆的一端与托环板固定连接，另一端与连接块的一端固定；所述限位传感器固定在连接块的另一端上；所述复位弹簧套设在连接杆上，其一端抵住安装板，另一端与托环板抵接。...

【技术特征摘要】
1.一种狭窄空间螺栓定位安装机器人，其特征在于，包括用于固定安装机器人的安装平台、设置在安装平台上的固定板、用于拧紧螺栓的工装夹具、用于驱动工装夹具到达指定位置的工业机器人、用于驱动工业机器人平移的运动模组、以及用于处理图像数据并驱动各执行部件的控制器；所述安装平台固定设置，所述运动模组安装在固定板上，所述工装夹具安装在工业机器人的末端，所述工业机器人安装在运动模组上，所述控制器分别与运动模组、工业机器人和工装夹具电连接，控制运动模组驱动工业机器人在固定板上平移，驱动工装夹具将螺栓拧入螺纹孔内；所述工装夹具包括与工业机器人末端固定连接的连接板、安装板、连接安装板与连接板的安装杆、用于获取螺纹孔位置图像的摄像头、用于提高成像质量的LED光源、用于拧紧螺栓的驱动装置、以及用于控制拧入深度的限位装置；所述工业机器人末端与连接板的中部固定；所述安装杆的两端分别与连接板和安装板的一端连接；所述安装板的另一端设有用于放置螺栓的开口；所述摄像头和LED光源均设置在安装板上，位于安装杆下方；所述驱动装置和限位装置安装在安装板的另一端，且与摄像头关于安装板的中心轴对称；所述驱动装置包括拧入电机、主动齿轮和从动齿轮；所述拧入电机固定在安装板上，其输出轴向上穿过安装板并与主动齿轮固定连接；所述从动齿轮的一侧通过轴承安装在连接板上，并与主动齿轮啮合，从动齿轮的另一侧设有与螺栓配合的内六角孔；所述限位装置包括用于承托螺栓的托环板、连接杆、复位弹簧、连接块、以及限制拧入深度的限位传感器；所述安装板上设有连接孔，所述连接杆穿过连接孔，连接杆的一端与托环板固定连接，另一端与连接块的一端固定；所述限位传感器固定在连接块的另一端上；所述复位弹簧套设在连接杆上，其一端抵住安装板，另一端与托环板抵接。2.根据权利要求1所述的狭窄空间螺栓定位安装机器人，其特征在于，所述运动模组包括导杆、伺服电机、导轨、第一滑块、第二滑块和丝杆；所述导杆和导轨互相平行地固定在固定板上，所述第一滑块安装在导杆上，所述第二滑块安装在导轨上；所述工业机器人固定在第一滑块和第二滑块上；所述丝杆两端固定在固定板上，并与第二滑块传动连接；所述伺服电机与丝杆传动连接并驱动第二滑块及工业机器人在导轨和导杆上来回滑动。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华龙，李力，李志鹏，黄坤山，张美杰，
申请(专利权)人：佛山市南海区广工大数控装备协同创新研究院，佛山市广工大数控装备技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44