螺母上料套件及其上料方法與流程

本發明屬于工業機器人及其技術應用領域，尤其涉及一種自動化螺接機器人的螺母上料套件及其上料方法。

背景技術：

螺栓螺母連接是零件之間的一種重要且常見的連接方式，它在裝配作業中占有相當大的比重，螺紋裝配的好壞直接影響到零部件的穩定性和質量。目前大多數螺栓螺母均采用傳統的手工裝配，借助簡單扳手進行人力作業，或者是借助氣動或電動安裝工具進行作業，在零部件繁多的情況下，效率低下、容易出錯。基于上述原因，數字化自動裝配技術已成為螺接工藝發展的必然趨勢。其中，基于工業機器人的自動化安裝系統是一個重要的發展方向，對于自動化安裝系統，一個典型的應用是：在航空航天領域，復合材料之間通常采用自動化螺接系統進行螺栓與螺母的精密裝配。

由于機器人在上料過程中，需要機器人帶動上料裝置變換不同姿勢完成不同的動作(例如機器人帶動上料裝置的上下翻轉)，所以在上料裝置變換姿勢的時候位于上料裝置的卡槽內的螺栓或螺母很容易從卡槽中脫落，而一旦螺栓或螺母從卡槽中脫落，將嚴重影響裝配精度與安全。為了防止出現上述情況，一些自動化螺接系統需要設計額外的夾持機構輔助上料裝置進行螺栓或螺母的夾持，而額外的夾持機構的設計又使得整套自動化螺接系統結構復雜、可靠性低。

相應地，本領域需要一種新的螺母上料套件及其上料方法來解決上述問題。

技術實現要素：

為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決現有上料裝置的螺母夾緊問題和外接上料夾持機構結構復雜、可靠性低的問題，一方面，本發明提供了一種螺母上料套件，該套件包括機器人和料盤機構，機器人的末端執行器的工作端設置有卡槽，所述料盤機構包括料盤安裝板以及設置于所述料盤安裝板上的、用于存放螺母的儲料機構，并且所述螺母能夠容納于所述卡槽；所述末端執行器上還設置有第一鎖緊機構，所述第一鎖緊機構能夠使所述螺母卡置于/脫離所述卡槽；所述儲料機構上設置有第二鎖緊機構，該第二鎖緊機構能夠使所述螺母卡置于/脫離所述儲料機構。

在上述螺母上料套件的優選技術方案中，沿所述卡槽的至少一個側面延伸出切面平臺，所述第一鎖緊機構設置于所述切面平臺，并且所述第一鎖緊機構能夠將所述螺母容納于所述卡槽內，并將容納于所述卡槽內的所述螺母卡置于所述卡槽。

在上述螺母上料套件的優選技術方案中，所述第一鎖緊機構包括鎖緊殼體以及容納于所述殼體的壓緊塊，所述鎖緊殼體與所述壓緊塊之間設置有第一壓緊彈簧，在外力介入的情形下，所述壓緊塊能夠通過壓緊所述第一壓緊彈簧的方式向遠離所述卡槽的方向移動，并且該移動能夠使所述螺母脫開所述卡槽。

在上述螺母上料套件的優選技術方案中，所述壓緊塊具有第一斜面，所述料盤安裝板上設置有與所述第一斜面對應的第一凸出結構，所述第一凸出結構能夠通過推動所述第一斜面使所述壓緊塊向遠離所述卡槽的方向移動。

在上述螺母上料套件的優選技術方案中，所述儲料機構還包括儲料殼體以及設置于所述儲料殼體內的、能夠容納所述螺母的儲料通孔，所述第二鎖緊機構能夠將容納于所述儲料通孔的所述螺母卡置于所述儲料通孔內。

在上述螺母上料套件的優選技術方案中，所述第二鎖緊機構包括第一活動件以及與所述第一活動件樞轉連接的、具有第二斜面的第二活動件。其中，所述第一活動件和所述儲料殼體之間設有第二壓緊彈簧，在外力介入的情形下，所述第一活動件能夠通過壓緊所述第二壓緊彈簧向遠離所述料盤安裝板的方向移動；其中，所述第二斜面能夠沿徑向進入所述儲料通孔，進而將容納于所述儲料通孔的所述螺母卡置于所述儲料通孔。

在上述螺母上料套件的優選技術方案中，所述第二活動件上設置有條形限位孔，固定于所述儲料殼體的銷軸設置于該所述條形限位孔內，在所述第一活動件向遠離所述料盤安裝板的方向移動的情形下，通過所述銷軸的限制，所述第二斜面能夠沿徑向退出所述儲料通孔，進而使所述螺母在所述儲料通孔內移動。

在上述螺母上料套件的優選技術方案中，所述料盤機構還包括上料管，所述上料管與所述儲料通孔連接，所述螺母能夠通過所述上料管進入并通過所述第二鎖緊機構卡置于/脫離所述儲料通孔。

在上述螺母上料套件的優選技術方案中，所述料盤安裝板上還設置有下料管和第二凸出結構，所述第二凸出結構能夠通過推動所述第一斜面使所述壓緊塊向遠離所述卡槽的方向移動，進而使所述卡槽中的部件能夠進入所述下料管。

在上述螺母上料套件的優選技術方案中，所述第一凸出結構和第二凸出結構分別設置于所述料盤安裝板的相反側。

在上述螺母上料套件的優選技術方案中，所述螺母為高鎖螺母，所述末端執行器的工作端能夠通過與所述第一凸出結構配合的方式使所述高鎖螺母卡置于所述卡槽，以及所述末端執行器的工作端能夠通過與所述第二凸出結構配合的方式使所述高鎖螺母的脫落部分落入所述下料管。

本發明的另一方面，提供了一種螺母上料套件的螺母上料方法，該上料方法包括如下步驟：

使螺母從料盤機構的上料管落入所述料盤機構的儲料通孔；

使落入所述儲料通孔內的螺母卡置于所述儲料通孔內；

使卡置于所述儲料通孔內的螺母落入機器人的末端執行器的工作端的卡槽；

使落入所述卡槽的螺母卡置于所述卡槽內。

本領域技術人員能夠理解的是，在本發明的優選技術方案中，在末端執行器上設置有卡槽和第一鎖緊機構，第一鎖緊機構包括有壓緊塊，第一鎖緊機構能夠通過壓緊塊的移動將螺母卡置/脫離卡槽。另外，在儲料機構上設置有儲料通道和第二鎖緊機構，第二鎖緊機構包括第一活動件和與第一活動件樞轉連接的第二活動件，第二鎖緊機構能夠通過第一活動件帶動第二活動件移動，將螺母卡置/脫離儲料通道。換句話說，通過第一鎖緊機構與第二鎖緊機構的設置，使機器人能夠保持螺母處于夾緊狀態的同時，還能與料盤機構配合完成上料或者下料作業。上述螺母上料套件及其上料方法，不僅結構簡單，便于加工，而且有效解決了機器人螺接系統的螺母夾緊問題，簡化了螺接系統的結構，提高了螺接系統自動化程度。

方案1、一種螺母上料套件，包括機器人和料盤機構，機器人的末端執行器的工作端設置有卡槽，其特征在于，

所述料盤機構包括料盤安裝板以及設置于所述料盤安裝板上的、用于存放螺母的儲料機構，并且所述螺母能夠容納于所述卡槽；

所述末端執行器上還設置有第一鎖緊機構，所述第一鎖緊機構能夠使所述螺母卡置于/脫離所述卡槽；

所述儲料機構上設置有第二鎖緊機構，該第二鎖緊機構能夠使所述螺母卡置于/脫離所述儲料機構。

方案2、根據方案1所述的螺母上料套件，其特征在于，沿所述卡槽的至少一個側面延伸出切面平臺，所述第一鎖緊機構設置于所述切面平臺，并且

所述第一鎖緊機構能夠將所述螺母容納于所述卡槽內，并將容納于所述卡槽內的所述螺母卡置于所述卡槽。

方案3、根據方案2所述的螺母上料套件，其特征在于，所述第一鎖緊機構包括鎖緊殼體以及容納于所述殼體的壓緊塊，所述鎖緊殼體與所述壓緊塊之間設置有第一壓緊彈簧，在外力介入的情形下，所述壓緊塊能夠通過壓緊所述第一壓緊彈簧的方式向遠離所述卡槽的方向移動，并且該移動能夠使所述螺母脫開所述卡槽。

方案4、根據方案3所述的螺母上料套件，其特征在于，所述壓緊塊具有第一斜面，所述料盤安裝板上設置有與所述第一斜面對應的第一凸出結構，所述第一凸出結構能夠通過推動所述第一斜面使所述壓緊塊向遠離所述卡槽的方向移動。

方案5、根據方案4所述的螺母上料套件，其特征在于，所述儲料機構還包括儲料殼體以及設置于所述儲料殼體內的、能夠容納所述螺母的儲料通孔，

所述第二鎖緊機構能夠將容納于所述儲料通孔的所述螺母卡置于所述儲料通孔內。

方案6、根據方案5所述的螺母上料套件，其特征在于，所述第二鎖緊機構包括第一活動件以及與所述第一活動件樞轉連接的、具有第二斜面的第二活動件，

其中，所述第一活動件和所述儲料殼體之間設有第二壓緊彈簧，在外力介入的情形下，所述第一活動件能夠通過壓緊所述第二壓緊彈簧向遠離所述料盤安裝板的方向移動；

其中，所述第二斜面能夠沿徑向進入所述儲料通孔，進而將容納于所述儲料通孔的所述螺母卡置于所述儲料通孔。

方案7、根據方案6所述的螺母上料套件，其特征在于，所述第二活動件上設置有條形限位孔，固定于所述儲料殼體的銷軸設置于該所述條形限位孔內，

在所述第一活動件向遠離所述料盤安裝板的方向移動的情形下，通過所述銷軸的限制，所述第二斜面能夠沿徑向退出所述儲料通孔，進而使所述螺母在所述儲料通孔內移動。

方案8、根據方案7所述的螺母上料套件，其特征在于，所述料盤機構還包括上料管，

所述上料管與所述儲料通孔連接，所述螺母能夠通過所述上料管進入并通過所述第二鎖緊機構卡置于/脫離所述儲料通孔。

方案9、根據方案4至8中任一項所述的螺母上料套件，其特征在于，所述料盤安裝板上還設置有下料管和第二凸出結構，

所述第二凸出結構能夠通過推動所述第一斜面使所述壓緊塊向遠離所述卡槽的方向移動，進而使所述卡槽中的部件能夠進入所述下料管。

方案10、根據方案9所述的螺母上料套件，其特征在于，所述第一凸出結構和第二凸出結構分別設置于所述料盤安裝板的相反側。

方案11、根據方案10所述的螺母上料套件，其特征在于，所述螺母為高鎖螺母，

所述末端執行器的工作端能夠通過與所述第一凸出結構配合的方式使所述高鎖螺母卡置于所述卡槽，以及

所述末端執行器的工作端能夠通過與所述第二凸出結構配合的方式使所述高鎖螺母的脫落部分落入所述下料管。

方案12、一種采用方案1至11中任一項所述的螺母上料套件的螺母上料方法，其特征在于，該上料方法包括如下步驟：

使螺母從料盤機構的上料管落入所述料盤機構的儲料通孔；

使落入所述儲料通孔內的螺母卡置于所述儲料通孔內；

使卡置于所述儲料通孔內的螺母落入機器人的末端執行器的工作端的卡槽；

使落入所述卡槽的螺母卡置于所述卡槽內。

附圖說明

圖1是本發明的螺母上料套件的結構示意圖；

圖2是本發明的機器人的末端執行器的結構示意圖；

圖3是本發明的第一鎖緊機構的結構示意圖；

圖4是本發明的料盤機構的結構示意圖；

圖5是本發明的料盤機構的結構剖視圖；

圖6A是本發明的末端執行器與料盤機構的接觸前的第一鎖緊機構的示意圖；

圖6B是本發明的末端執行器與料盤機構的接觸后的第一鎖緊機構的示意圖；

圖7A是本發明的末端執行器與料盤機構的接觸前的第二鎖緊裝置的示意圖；

圖7B是本發明的末端執行器與料盤機構的接觸后的第二鎖緊裝置的示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖來描述本發明的優選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用于解釋本發明的技術原理，并非旨在限制本發明的保護范圍。例如，雖然實施例中的卡槽的截面為正六邊形，但是這種截面形式并非一成不變，本領域技術人員可以根據需要對其作出調整，以便適應具體的應用場合。

需要說明的是，在本發明的描述中，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方向或位置關系的術語是基于附圖所示的方向或位置關系，這僅僅是為了便于描述，而不是指示或暗示所述裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，還需要說明的是，在本發明的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域技術人員而言，可根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

本發明的目的在于，在不引入額外的夾持機構的前提下，通過在機器人的末端執行器上設置第一鎖緊機構以及在料盤裝置上設置第二鎖緊機構，有效地解決機器人螺接系統的螺母夾緊問題，簡化螺接系統的結構，提高系統自動化程度。

如圖1所示，本發明的螺母上料套件主要包括機器人1和料盤機構3。其中，機器人1的末端設置有末端執行器2，通過機器人1的動作，可以使末端執行器2從料盤機構3中獲取螺母，并將螺母置于末端執行器2的工作端，以對螺母進行相應的擰緊作業。

如圖2所示，末端執行器2的工作端上設置有能容納螺母的卡槽21，沿卡槽21的至少一個側面延伸出切面平臺22。切面平臺22上設置有第一鎖緊機構23，第一鎖緊機構23能夠與卡槽21配合將螺母卡置或脫開于卡槽21。具體而言，在螺母從料盤機構3中進入卡槽21時，第一鎖緊機構23能夠使螺母進入卡槽21。在進入卡槽21之后，第一鎖緊機構23能夠將螺母卡置于卡槽21內，保證后續的擰緊作業能夠可靠地進行。以六角螺母為例，卡槽21可以是橫截面為與六角螺母對應的正六邊形，且卡槽21與工作端的軸心重合。正六邊形的上側邊在切面平臺22內。本領域技術人員可以想到的是，卡槽21的結構也可以螺母類緊固件的外緣相適應的其他形式，如本實施例中的螺母可以為高鎖螺母4。當然，除了螺母類緊固件，本發明的螺母上料套件也適用于需要通過夾持進行作業的其他任意零件，在將本發明的螺母上料套件應用于該零件時，需要保證卡槽21和零件的結構匹配性。

進一步如圖3所示，第一鎖緊機構23主要包括鎖緊殼體231(如兩個背對螺接的L型鎖緊殼體單元)以及容納于鎖緊殼體231內的壓緊塊232。在鎖緊殼體231和壓緊塊232之間可以設置有第一壓緊彈簧233，并且壓緊塊232和第一壓緊彈簧233均安裝在設置于鎖緊殼體231內的具有相應結構的第一行程槽234中。壓緊塊232可以通過第一壓緊彈簧233的彈力在卡槽21與第一行程槽234之間的、設定的范圍內往復移動。優選地，可以在壓緊塊232上設置有第一斜面(圖中未標出)，當有外力推動第一斜面時，第一壓緊彈簧233受力壓縮，該壓縮可以使螺母進入卡槽21或者使卡槽21中的螺母脫離卡槽21。類似地，在外力消失的情形下，被壓縮的第一壓緊彈簧233伸長，該伸長產生的彈力能夠使將螺母穩定地卡置于卡槽21內。當然，第一斜面也可以為其他的結構形式，只要該結構形式可以通過使壓緊塊232在卡槽21與第一行程槽234之間的往復移動，使螺母能夠順利進入/脫離卡槽21，并且在進入卡槽21后能夠可靠地卡置于卡槽21中即可。

如圖4和圖5所示，料盤機構3主要包括料盤安裝板31以及設置于料盤安裝板31上的、用于存放高鎖螺母4的儲料機構32，儲料機構32還對應設置有用于存放高鎖螺母4的上料管35。與壓緊塊232上的第一斜面對應，在料盤安裝板31上還設置有第一凸出結構33。當壓緊塊232接近第一凸出結構33時，第一凸出結構33即可以推動壓緊塊232，使其沿徑向退出卡槽21，以便螺母能夠進入/脫離卡槽21。以高鎖螺母4為例，料盤機構3還可以包括回收高鎖螺母4的脫落部分的下料管36和第二凸出結構34。第二凸出結構34通過推動壓緊塊232上的第一斜面使壓緊塊232向遠離卡槽21的方向移動，進而使高鎖螺母4的脫落部分進入下料管36。

進一步參照圖5，仍然以高鎖螺母4為例，儲料機構32主要包括儲料殼體321(如兩個背對螺接的L型儲料殼體單元)、設置于儲料殼體321內的第二鎖緊機構322以及可以容納高鎖螺母4的儲料通孔323。其中，第二鎖緊機構322可以使高鎖螺母4卡置/脫離儲料通孔323，第一凸出結構33和第二凸出結構34均可以通過插入第一行程槽234進而推動壓緊塊232的第一斜面使壓緊塊232在徑向退出卡槽21，進而使儲料通孔323中的高鎖螺母4進入卡槽21內，以及使卡槽21中的高鎖螺母4的脫落部分進入下料管36。其中，上料管35與儲料通孔323連接，高鎖螺母4可以通過上料管35進入儲料通孔323，之后在第一凸出結構33推動壓緊塊232的第一斜面時可以使進入儲料通孔323中的高鎖螺母4進入卡槽21。

繼續參照圖5，第二鎖緊機構322主要包括第一活動件3221(如大致呈L型結構的儲料開關)以及與第一活動件3221樞轉連接的第二活動件3222。第一活動件3221與儲料殼體321之間設置有第二壓緊彈簧3223，并且第一活動件3221、第二活動件3222與第二壓緊彈簧3223均安裝在設置于儲料殼體321內的第二行程槽3224中。此外，第二活動件3222上還設置有條形限位孔3225，儲料殼體321內還設置有容納于條形限位孔3225內的銷軸3226。當按壓第一活動件3221時，由于與第一活動件3221樞轉連接，第二活動件3222的一端可以隨第一活動件3221的按壓進行上下運動的同時，第二活動件3222的自由端可以在銷軸3226的限制下沿儲料通孔323的徑向擺動。優選地，在第二活動件3222的自由端具有第二斜面(圖中未標出)，在第一活動件3221和銷軸3226的共同限制下，第二斜面可以在一定程度上沿徑向進入儲料通孔323，將孔內的高鎖螺母4卡緊，或者沿徑向退出儲料通孔323，允許孔內的高鎖螺母4下滑。本領域技術人員可以想到的是，第二斜面也可以為其他形式，只要該形式通過第二活動件3222的活動，能夠實現高鎖螺母4在儲料通孔323內的靜置存放或者自由脫離即可。

進一步地，可以將第一凸出結構33與第二凸出結構34分別設置在料盤安裝板31的相反側，用于改善機器人1在進行上下料作業時的操作性。如按照圖5方位，第一凸出結構33設置在料盤安裝板31的下側，并且位于靠近儲料通孔323的位置，如大致設置于儲料通孔323的邊緣，以便工作端接近儲料通孔323時，該第一凸出結構33可以按壓到壓緊塊232的第一斜面。對應地，第二凸出結構34設置在料盤安裝板31的上側，并且位于靠近下料管36的位置，如大致設置于下料管36的邊緣。也就是說，在本實施例中，機器人1的末端執行器2采用卡槽21開口朝上的方式上料，使高鎖螺母4進入卡槽21后，離開料盤安裝板31進行相應的擰緊作業，之后采用卡槽21開口朝下的方式下料，使擰斷的高鎖螺母4的脫落部分落入下料管36。本領域技術人員可以想到的是，第一凸出結構33與第二凸出結構34的設置位置并非一成不變，可以根據具體使用環境，以及末端執行器2的上、下料的位置和姿勢進行調整。

仍然以高鎖螺母4為例，如圖6A、6B、7A、7B所示，進一步說明采用本發明的螺母上料套件進行上、下料作業的具體動作過程。

上料作業的具體動作過程主要包括：

在上料之前，高鎖螺母4通過上料管35被運送至儲料通孔323內，并通過第二活動件3222的自由端上的第二斜面卡置于儲料通孔323內。

上料時，機器人1驅動末端執行器2按預定姿勢運動，末端執行器2的工作端抵靠并進一步推動料盤安裝板31底側的第一凸出結構33，使第一凸出結構33插入第一行程槽234，并通過推動壓緊塊232的第一斜面使壓緊塊232沿徑向遠離卡槽21，此時卡槽21處于能夠使高鎖螺母4進入的位置。

與此同時，末端執行器2的工作端按壓第二鎖緊機構322的第一活動件3221使其產生自下而上的位移，第二活動件3222的第二斜面在第一活動件3221和銷軸3226的限制下擺動至豎直方向，即退出儲料通孔323，高鎖螺母4在自身重力的作用下落，落入末端執行器2的卡槽21內。

離開料盤安裝板31的第一凸出結構33之后，壓緊塊232在第一壓緊彈簧233的彈力作用下將高鎖螺母4卡置在卡槽21中，上料完成。上料完成后，機器人1可以驅動末端執行器2按預定姿勢運動，如可以在離開料盤安裝板31之后完成高鎖螺母4的裝配，進行相應的緊固作業。與此同時，第一活動件3221在第二壓緊彈簧3223的彈力作用下，帶動第二活動件3222的第二斜面向上擺動，并沿徑向進入儲料通孔323，等待將下一個儲料通孔323內的高鎖螺母4卡緊。

下料作業的具體動作過程主要包括：

在機器人1驅動末端執行器2完成高鎖螺母4的裝配后，被擰斷的高鎖螺母4的脫落部分仍然卡置于卡槽21中，此時機器人1驅動末端執行器2按預定姿態運動，如末端執行器2的工作端抵靠并進一步通過推動料盤安裝板31的上側的第二凸出結構34，使第二凸出結構34插入第一行程槽234，并通過推動壓緊塊232的第一斜面，使壓緊塊232沿徑向遠離卡槽21，此時卡槽21處于能夠使高鎖螺母4的脫落部分脫開的位置。此時高鎖螺母4的脫落部分在自身重力的作用下從卡槽21落入下料管36內，高鎖螺母4的脫落部分得以回收，下料作業完成。

下料作業完成之后，機器人1驅動末端執行器2按預定姿勢運動，在離開料盤安裝板31上的第二凸出結構34之后，壓緊塊232在第一壓緊彈簧233的彈力作用下沿徑向靠近卡槽21。在下一次上料時，通過第一凸出結構33使壓緊塊232重新沿徑向退出卡槽21，以便上料。如此循環。

上述優選的實施方式，通過在末端執行器2上設置第一鎖緊機構23，以及在料盤機構3上設置第二鎖緊機構322的方式，使得機器人1在進行上料或下料操作的過程中，無需引入額外的夾持機構，即可以有效地對高鎖螺母4進行持放。上述方式不僅在省略了額外的夾持機構的前提下解決了機器人1螺接系統的螺母夾緊問題，簡化了螺接系統的結構，提高了系統自動化程度，而且，第一鎖緊機構23與第二鎖緊機構322的設計巧妙，結構簡單，便于加工。

至此，已經結合附圖所示的優選實施方式描述了本發明的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本發明的保護范圍顯然不局限于這些具體實施方式。在不偏離本發明的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術方案都將落入本發明的保護范圍之內。