拧螺丝机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种拧螺丝机器人，属于零件自动装配技术领域。包括机械臂和自动拧螺丝机，机械臂带动自动拧螺丝机在空间运动，自动拧螺丝机由动力模块、弹性装置、缓冲装置和夹紧装置依次串联组成；动力模块包括控制器、电机和减速器，提供拧螺丝力矩和转速，控制系统的启停。弹性装置的弹性形变程度反映输出力矩大小，同时增加自动拧螺丝机的旋向柔顺性；缓冲装置有螺丝进给方向的缓冲作用。本实用新型专利技术通过电机控制改变两端面角度差，将力矩控制转化为弹性体的角位置控制，实现螺丝刀的精确力矩控制；弹性装置的旋向柔顺性和缓冲装置的进给向柔顺性减小了对拧螺丝机器人和工件的破坏。

Screw-twisting Robot

The utility model discloses a screwing robot, which belongs to the technical field of automatic assembly of parts. It includes mechanical arm and automatic screwdriver. The mechanical arm drives the automatic screwdriver to move in space. The automatic screwdriver consists of power module, elastic device, buffer device and clamping device in series. The power module includes controller, motor and speed reducer, which provides screwdriver torque and speed, and the start and stop of the control system. The elastic deformation degree of the elastic device reflects the magnitude of the output moment, and increases the flexibility of the automatic screw screwing machine. The cushioning device has the cushioning effect of the screw feeding direction. The utility model changes the angle difference between two ends by motor control, converts the torque control into the angular position control of the elastomer, realizes the accurate moment control of the screwdriver, and reduces the damage to the screwdriver robot and the workpiece by the flexibility of the rotation of the elastic device and the feeding flexibility of the buffer device.

【技术实现步骤摘要】
拧螺丝机器人
本技术属于零件自动装配
，涉及一种拧螺丝机器人。
技术介绍
目前的力矩可调螺丝刀大多通过一定的可变机械结构来限制螺丝刀能产生的最大力矩。螺丝实际的预紧力与螺丝刀设定的最大力矩值有关，还与实际作业时间长度有关。由于无法自动实现停车动作，力矩可调螺丝刀在达到最大力矩后，往往会持续拧紧动作，直到人为关停为止，导致实际的预紧力远远超过预期，情况严重时同样会导致螺丝和螺孔的损害。螺丝刀的力矩可调范围有限，无法实现连续设定。对于不同场合预紧力要求不同，只能通过经验判断手动调节相应机械部件的位置，来限定最大力矩，无法实现拧紧过程中的力矩调节。此外频繁地调节机械部件和机械振动引发磨损等问题，使得实际力矩限定值与设计值有偏差，造成系统误差。这种传统力矩可调螺丝刀不利于力矩限定的精确性和该工具通用性。很多精密设备例如医疗器械、精密测量仪器等对螺丝的拧紧力精度要求很高，一些特殊材质的低强度螺丝对拧紧力矩大小很敏感，常规的力矩螺丝刀无法做到高精度的力矩控制，不能用于高精度设备的自动化装配过程，限制了精密设备的批量自动化装配。另一方面，市面上的自动拧螺丝机器人采用昂贵的扭矩传感器检测力矩，且扭矩输出部分多为刚性，当螺丝已经被拧紧时，扭矩会陡然上升，此时刚性拧螺丝机器人由于没有足够的时间做出停车响应，很容易使输出扭矩超出螺丝预紧力，损坏工件。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服上述
技术介绍
的不足，提供一种工作过程柔顺的拧螺丝机器人。为了实现以上目的，本技术提供的具体技术方案如下。拧螺丝机器人，包括机械臂和自动拧螺丝机，机械臂带动自动拧螺丝机在空间运动。自动拧螺丝机由动力模块、弹性装置和夹紧装置依次串联组成。动力模块包括控制器、电机和减速器，提供拧螺丝力矩和转速，控制拧螺丝机器人的启停。通过动力模块和弹性装置的共同作用，使得自动拧螺丝机能输出扭矩相比现有技术更为柔顺，可拧紧或拧松螺丝，同时具有旋向和轴向的柔性，减小对拧螺丝机和工件的破坏。在一些具体实施方案中，所述弹性装置由输入法兰、盘式编码器I及对应的光电编码器读头I、弹性体、盘式编码器II及对应的光电编码器读头II、输出法兰和固定轴承组成；盘式编码器I与输入法兰同轴固定连接，盘式编码器II与输出法兰同轴固定连接，固定轴承保证同轴度；光电编码器读头I读取盘式编码器I角度值，光电编码器读头II读取盘式编码器II角度值，并反馈给控制器。进一步地，所述弹性装置中的弹性体可更换，根据不同使用场合对力矩大小和精度的相应要求，更换对应的弹性体。上述具体实施方案详述如下。电机在控制器的驱动下，通过减速器减速后输出一定转速和力矩，以此驱动弹性装置。弹性装置由输入法兰、盘式编码器I及对应的光电编码器读头I、弹性体、盘式编码器II及对应的光电编码器读头II、输出法兰和固定轴承组成。弹性体由于受力形变特性，在被施加力矩的情况下，前后端面会产生扭转变形，输入法兰和输出法兰会存在一定角度差，将盘式编码器I和盘式编码器II分别同轴固定在输入法兰和输出法兰上，用光电编码器读头I读取盘式编码器I角度值θm，光电编码器读头II读取盘式编码器II角度值θ1，两者之间的角度差θr反映了弹性体的形变程度。角度差θr反馈给控制器后，通过一定函数关系T(θr)得到对应的力矩值Tr。T(θr)称为弹性体的刚度，与弹性体的类型、性质、尺寸、扭角大小和环境等因素有关，控制精度要求较低时可以认为刚度T(θr)为常数，精度要求较高时刚度T(θr)为θr的函数。本技术所述弹性体可以根据不同的应用场合来选择替换，当预紧力较大、扭矩精度要求不高时选择刚度较大的弹性体，可以提高响应速度；当预紧力较小、扭矩精度要求高时选择刚度较小的弹性体，可以保证产品质量和安全。弹性体的扭转角度和力矩对应关系T(θr)需要在生产之前进行标定。弹性体的使用，提高了力矩控制的稳定性和准确性。一方面，输出端的高频力矩扰动会被低刚度弹性体吸收，减小了高频扰动对控制系统带来的冲击，提高了整体稳定性。另一方面，低刚度弹性体放大了传统力矩检测的形变范围，降低力矩检测成本，提高力矩检测的精度。在一些具体实施方案中，自动拧螺丝机在弹性装置和夹紧装置之间还设置有缓冲装置，所述缓冲装置由固定筒、压簧和限位筒组成，弹性装置的输出法兰和限位筒之间串联压簧，输出法兰通过键与限位筒联结。详述如下。拧螺丝过程中，螺丝不仅有旋转运动，还有轴向进给运动，自动拧螺丝机只能产生旋转运动，轴向运动只能通过机械臂的延伸运动来完成，由于进给速度通常会变化而且很难控制，机械臂提供的刚性进给运动很容易对螺丝和螺丝孔的螺纹产生破坏，因此需要提高该方向上运动的柔顺性。在自动拧螺丝机上的弹性装置和螺丝夹紧装置之间串联一个缓冲装置，缓冲装置由固定筒、压簧和限位筒组成，弹性装置输出法兰的四个键套到限位筒的滑动卡槽内，输出法兰和限位筒之间串联一个压簧起到轴向缓冲作用，保证了能传递扭矩的同时还能轴向相对滑动。当螺丝拧紧的过程中，机械臂会提供一定的进给力和进给速度，压簧会发生轴向形变，当进给速度大于或小于螺丝所需的速度时，压簧会产生缓冲作用，减小进给速度差对螺纹的破坏作用。在一些具体实施方案中，所述机械臂包括底盘、旋臂和手臂，底盘通过水平转动调节手臂的水平角度，旋臂通过在竖直方向转动调节手臂的高度和水平距离。进一步地，所述旋臂有三个，分别为旋臂I、旋臂II和旋臂III。手臂有上下和左右两个自由度可调节自动拧螺丝机的方向，整个机械臂带动自动拧螺丝机在空间六自由度运动，以此来满足不同工位和方向的螺丝孔。在一些具体实施方案中，所述夹紧装置由三爪卡盘和螺丝刀组成。进一步地，三爪卡盘的夹紧口径可调，以夹紧不同直径的螺丝刀。螺丝刀根据不同的应用场合选择对应的刀型和直径。本技术具有以下有益技术效果：弹性装置的弹性形变程度反映输出力矩大小，同时增加自动拧螺丝机的旋向柔顺性，可根据不同的预紧力选择。缓冲装置有螺丝进给方向的缓冲作用。测量弹性装置输入输出端面的角度差来计算输出反馈力矩，通过电机控制改变两端面角度差，将力矩控制转化为弹性体的角位置控制，实现螺丝刀的精确力矩控制；弹性装置的旋向柔顺性和缓冲装置的进给向柔顺性减小了对拧螺丝机器人和工件的破坏。附图说明图1是拧螺丝机器人的结构示意图。图2是自动拧螺丝机模块图。图3是自动拧螺丝机零件图。附图标记：1-自动拧螺丝机，2-手臂，3-旋臂III，4-旋臂II，5-旋臂I，6-底盘，7-电机，8-减速器，9-输入法兰，10-盘式编码器I，11-弹性体，12-盘式编码器II，13-输出法兰，14-固定轴承，15-固定筒，16-压簧，17-限位筒，18-三爪卡盘，19-螺丝刀，20-光电编码器读头II，21-光电编码器读头I，22-控制器。具体实施方式以下结合附图对本技术做进一步说明。如图1所示，本技术提供的拧螺丝机器人，包括机械臂和自动拧螺丝机1，机械臂带动自动拧螺丝机1在空间运动。机械臂包括底盘6、旋臂I5，旋臂II4、旋臂III3和手臂2，底盘6通过水平转动调节手臂2的水平角度，旋臂I5、旋臂II4和旋臂III3通过在竖直方向转动调节手臂2的高度和水平距离，手臂2有上下和左右两个自由度可调节自动拧螺丝机1的方向，整个机械臂带动自动拧螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.拧螺丝机器人，包括机械臂和自动拧螺丝机，机械臂带动自动拧螺丝机在空间运动，其特征在于，自动拧螺丝机由动力模块、弹性装置和夹紧装置依次串联组成；动力模块包括控制器、电机和减速器。

【技术特征摘要】
1.拧螺丝机器人，包括机械臂和自动拧螺丝机，机械臂带动自动拧螺丝机在空间运动，其特征在于，自动拧螺丝机由动力模块、弹性装置和夹紧装置依次串联组成；动力模块包括控制器、电机和减速器。2.根据权利要求1所述的拧螺丝机器人，其特征在于，所述弹性装置由输入法兰、盘式编码器I及对应的光电编码器读头I、弹性体、盘式编码器II及对应的光电编码器读头II、输出法兰和固定轴承组成；盘式编码器I与输入法兰同轴固定连接，盘式编码器II与输出法兰同轴固定连接；光电编码器读头I读取盘式编码器I角度值，光电编码器读头II读取盘式编码器II角度值，并反馈给控制器。3.根据权利要求2所述的拧螺丝机器人，其特征在于，所述弹性装置中的弹性体可更换。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：向馗，陈海波，庞牧野，周利锋，王进，唐必伟，周申培，
申请(专利权)人：无锡智动力机器人有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32