自动拧螺钉机器人制造技术

一种自动拧螺钉机器人，包括：三自由度机械手、导向轮装置、平台框架和车轮装置，其中：三自由度机械手设置于平台框架上，车轮装置设置于平台框架下，导向轮装置设置于平台框架上并与车轮装置相连，用于提供方向导向；三自由度机械手包括：X向平移机构、Y向平移机构、Z向平移机构和自动拧螺钉机构；本发明专利技术采用轮式驱动、内壁导向方式，具备一个三自由度平移机械手和自动拧螺钉机构，并在前部安装有摄像头和光源，通过几何特征识定位螺钉的位置，自动完成螺钉拧紧作业并达到设定的扭矩，可实现箱体内拧螺钉作业过程的自动化，从而将工人从狭窄空间的恶劣作业中解放出来，提高生产效率和质量。

Automatic screw robot

【技术实现步骤摘要】
自动拧螺钉机器人
本专利技术涉及的是一种移动机器人领域的技术，具体是一种自动拧螺钉机器人。
技术介绍
箱体内狭窄空间中的加工、检测和装配作业，施展空间小，劳动强度大，且作业质量难以保证。针对箱体内部狭小空间内自动拧螺钉作业需求，需要机器人将目前由工人爬进箱体内通过扭力扳手将螺钉锁紧到指定扭矩的工艺过程，进行实现替代。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种自动拧螺钉机器人，采用轮式驱动、内壁导向方式，具备一个三自由度平移机械手和自动拧螺钉机构，并在前部安装有摄像头和光源，通过几何特征识定位螺钉的位置，自动完成螺钉拧紧作业并达到设定的扭矩，可实现箱体内拧螺钉作业过程的自动化，从而将工人从狭窄空间的恶劣作业中解放出来，提高生产效率和质量。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术包括：三自由度机械手、导向轮装置、平台框架和车轮装置，其中：三自由度机械手设置于平台框架上，车轮装置设置于平台框架下，导向轮装置设置于平台框架上并与车轮装置相连，用于提供方向导向。所述的三自由度机械手包括：X向平移机构、Y向平移机构、Z向平移机构和自动拧螺钉机构，其中：X向平移机构、Y向平移机构和Z向平移机构分别以车轮行驶为X轴、Y轴和Z轴的方向设置，Z向平移机构设置于平台框架上，Y向平移机构设置于Z向平移机构上，X向平移机构设置于Y向平移机构上，自动拧螺钉机构与X向平移机构相连。所述的Z向平移机构包括：Z向导轨、Z向滑块、Z向丝杆支座、Z向移动丝杆和Z向驱动结构，其中：Z向导轨竖直设置于平台框架上，Z向滑块活动设置于Z向导轨上并与Y向平移机构相连，Z向丝杆支座上下设置于平台框架上并设置于Z向导轨中心，Z向移动丝杆设置于Z向丝杆支座之间并与Y向平移机构相连，Z向驱动结构设置于Z向丝杆支座上并通过Z向移动丝杆与Y向平移机构相连。所述的Y向平移机构包括：Y向底板、Y向丝杆支座、Y向移动丝杆、Y向导轨、Y向滑块、Y向驱动结构和齿轮，其中：Y向底板设置于平台框架上并与Z向平移机构相连，Y向导轨设置于Y向底板上，Y向滑块活动设置于Y向导轨上并与X向平移机构相连，Y向丝杆支座设置于Y向底板上，Y向移动丝杆设置于Y向丝杆支座之间并与X向平移机构相连，齿轮设置于Y向驱动结构和Y向丝杆支座上并相互啮合，Y向驱动结构设置于Y向底板上并通过齿轮与Y向移动丝杆活动连接。所述的X向平移机构包括：X向驱动结构、X向底板、X向导轨、X向滑块和X向移动丝杆，其中：X向导轨设置于X向底板上，X向滑块设置于X向底板上并与X向导轨滑动连接，X向滑块设置于自动拧螺钉机构下，X向驱动结构设置于X向底板上并通过X向移动丝杆与自动拧螺钉机构相连。所述的X向驱动结构包括：X向电机、X向减速器、电机安装板和联轴器，其中：电机安装板和联轴器设置于X向底板上，X向电机和X向减速器设置于电机安装板内并通过联轴器与X向移动丝杆相连。所述的自动拧螺钉机构包括：拧螺钉电机减速器、用于减少Z方向高度的直角减速器、安装底板、刀座、导向杆、刀杆、压簧和第一轴端挡板，其中：安装底板设置于X向平移机构上，直角减速器设置于安装底板上，拧螺钉电机减速器与直角减速器相连，刀座设置于安装底板下，导向杆设置于刀座内，刀杆通过第一轴端挡板设置于刀座另一端并通过压簧与导向杆相连。所述的导向轮装置包括：自上而下依次设置的偏心轴、偏心调整锁紧盘、偏心机构、底轮支架和第二轴端挡板，其中：偏心轴通过偏心调整锁盘与偏心机构锁紧并贯穿偏心机构，底轮支架设置于偏心机构下并设置于偏心轴底部与偏心轴活动连接，底轮支架与平台框架相连，第二轴端挡板设置于底轮支架下。所述的偏心机构包括：上端盖、挡轮、下端盖、向心球轴承、内套筒和外套筒，其中：上端盖设置于偏心轴顶部下，下端盖设置于偏心轴底部上并设置于底轮支架上，挡轮设置于上端盖和下端盖之间两侧，向心球轴承通过内套筒和外套筒对称设置于偏心轴和挡轮之间，内套筒和外套筒设置于向心球轴承上下之间，内套筒设置于靠偏心轴一侧，外套筒设置于靠挡轮一侧。所述的偏心调整锁紧盘上设有用于固定的销孔。所述的车轮装置包括：设置于平台框架下并相连的减速器机构和底轮机构。所述的减速器机构包括：减速器支座、底轮电机减速器、第一同步带轮、第二同步带轮、同步带、挡圈和轮轴，其中：减速器支座设置于平台框架下，底轮电机减速器与减速器支座相连，第一同步带轮与减速器支座相连，挡圈设置于第一同步带轮上，第二同步带轮设置于底轮机构上并通过同步带与第一同步带轮相连。所述的底轮机构包括：底轮支座、车轮、轮轴、端盖和轴套，其中：底轮支座设置于平台框架下，车轮设置于底轮支座内，轮轴通过轴承设置于底轮支座中心并与车轮相连，轴承通过轴套和端盖与底轮支座相连。技术效果本专利技术整体解决了在箱体内部的导向行走和承受反向扭矩、螺钉的识别和定位、拧螺钉头的位置的精确调整、箱体内部螺钉的拧紧压力和进给以及拧螺钉的拧紧扭矩的技术问题。与现有技术相比，本专利技术独有的技术效果包括：1)采用轮式机构实现在箱体内狭小空间内的运动；2)采用可调节偏心轮机构实现沿箱体的导向，调整精度高，可保证与箱体的紧密接触，绕Z轴扭转刚度大，可承受螺钉拧紧过程的反扭矩；3)具备X，Y，Z向三个自由度的平移机构，可实现拧螺钉机构的精确定位；4)采用摄像头自动搜索箱内螺钉头的形状特征，并自动调整螺丝刀到螺钉头的中心；5)采用电机驱动拧紧刀头及压簧实现螺钉头的Z向顺应运动；6)采用控制伺服电机的电流控制拧紧力矩，从而满足拧螺钉的固定力矩需求；7)提高了生产效率和质量，提升了机器人的自动化和智能化水平。附图说明图1为本专利技术整体结构示意图；图2为本专利技术导向轮装置结构示意图；其中：a为整体结构示意图，b为剖视图；图3为本专利技术车轮机构结构示意图；其中：a为正视图，b为右视图；图4为本专利技术Z向平移机构结构示意图；图5为本专利技术Y向平移机构结构示意图；图6为本专利技术X向平移机构结构示意图；其中：a为主视图，b为左视图；图中：三自由度机械手1、导向轮装置2、平台框架3、车轮装置4、控制器5、摄像头6、X向平移机构7、Y向平移机构8、Z向平移机构9、自动拧螺钉机构10、Z向导轨11、Z向滑块12、Z向丝杆支座13、Z向移动丝杆14、Z向驱动结构15、螺母座16、联轴器17、减速器安装板18、Z向电机减速器19、Y向底板20、Y向丝杆支座21、Y向导轨22、Y向滑块23、Y向驱动结构24、齿轮25、Y向电机减速器26、减速器座27、Y向移动丝杆28、X向驱动结构29、X向底板30、X向导轨31、X向滑块32、X向移动丝杆33、X向电机34、X向减速器35、电机安装板36、X向丝杆支座37、拧螺钉电机减速器38、直角减速器39、安装底板40、刀座41、导向杆42、刀杆43、压簧44、第一轴端挡板45、连接法兰46、偏心轴47、偏心调整锁紧盘48、偏心机构49、底轮支架50、第二轴端挡板51、上端盖52本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动拧螺钉机器人，其特征在于，包括：三自由度机械手、导向轮装置、平台框架和车轮装置，其中：三自由度机械手设置于平台框架上，车轮装置设置于平台框架下，导向轮装置设置于平台框架上并与车轮装置相连，用于提供方向导向；/n所述的三自由度机械手包括：X向平移机构、Y向平移机构、Z向平移机构和自动拧螺钉机构，其中：X向平移机构、Y向平移机构和Z向平移机构分别以车轮行驶为X轴、Y轴和Z轴的方向设置，Z向平移机构设置于平台框架上，Y向平移机构设置于Z向平移机构上，X向平移机构设置于Y向平移机构上，自动拧螺钉机构与X向平移机构相连；/n所述的导向轮装置包括：自上而下依次设置的偏心轴、偏心调整锁紧盘、偏心机构、底轮支架和第二轴端挡板，其中：偏心轴通过偏心调整锁盘与偏心机构锁紧并贯穿偏心机构，底轮支架设置于偏心机构下并设置于偏心轴底部与偏心轴活动连接，底轮支架与平台框架相连，第二轴端挡板设置于底轮支架下。/n

【技术特征摘要】
1.一种自动拧螺钉机器人，其特征在于，包括：三自由度机械手、导向轮装置、平台框架和车轮装置，其中：三自由度机械手设置于平台框架上，车轮装置设置于平台框架下，导向轮装置设置于平台框架上并与车轮装置相连，用于提供方向导向；
所述的三自由度机械手包括：X向平移机构、Y向平移机构、Z向平移机构和自动拧螺钉机构，其中：X向平移机构、Y向平移机构和Z向平移机构分别以车轮行驶为X轴、Y轴和Z轴的方向设置，Z向平移机构设置于平台框架上，Y向平移机构设置于Z向平移机构上，X向平移机构设置于Y向平移机构上，自动拧螺钉机构与X向平移机构相连；
所述的导向轮装置包括：自上而下依次设置的偏心轴、偏心调整锁紧盘、偏心机构、底轮支架和第二轴端挡板，其中：偏心轴通过偏心调整锁盘与偏心机构锁紧并贯穿偏心机构，底轮支架设置于偏心机构下并设置于偏心轴底部与偏心轴活动连接，底轮支架与平台框架相连，第二轴端挡板设置于底轮支架下。


2.根据权利要求1所述的自动拧螺钉机器人，其特征是，所述的Z向平移机构包括：Z向导轨、Z向滑块、Z向丝杆支座、Z向移动丝杆和Z向驱动结构，其中：Z向导轨竖直设置于平台框架上，Z向滑块活动设置于Z向导轨上并与Y向平移机构相连，Z向丝杆支座上下设置于平台框架上并设置于Z向导轨中心，Z向移动丝杆设置于Z向丝杆支座之间并与Y向平移机构相连，Z向驱动结构设置于Z向丝杆支座上并通过Z向移动丝杆与Y向平移机构相连。


3.根据权利要求1所述的自动拧螺钉机器人，其特征是，所述的Y向平移机构包括：Y向底板、Y向丝杆支座、Y向移动丝杆、Y向导轨、Y向滑块、Y向驱动结构和齿轮，其中：Y向底板设置于平台框架上并与Z向平移机构相连，Y向导轨设置于Y向底板上，Y向滑块活动设置于Y向导轨上并与X向平移机构相连，Y向丝杆支座设置于Y向底板上，Y向移动丝杆设置于Y向丝杆支座之间并与X向平移机构相连，齿轮设置于Y向驱动结构和Y向丝杆支座上并相互啮合，Y向驱动结构设置于Y向底板上并通过齿轮与Y向移动丝杆活动连接。


4.根据权利要求1所述的自动拧螺钉机器人，其特征是，所述的X向平移机构包括：X向驱动结构、X向底板、X向导轨、X向滑块和X向移动丝杆，其中：X向导轨设置于X向底板上，X向滑块设置于X向底板上并与X向导轨滑动连接，X向滑块设置于自动拧螺钉机构下，X向驱动结构设置于X向底板上并通过X向移动丝杆与自动拧螺钉机构...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟军，冯家波，杨保佳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31