螺母上料套件及其上料方法与流程

本发明属于工业机器人及其技术应用领域，尤其涉及一种自动化螺接机器人的螺母上料套件及其上料方法。

背景技术：

螺栓螺母连接是零件之间的一种重要且常见的连接方式，它在装配作业中占有相当大的比重，螺纹装配的好坏直接影响到零部件的稳定性和质量。目前大多数螺栓螺母均采用传统的手工装配，借助简单扳手进行人力作业，或者是借助气动或电动安装工具进行作业，在零部件繁多的情况下，效率低下、容易出错。基于上述原因，数字化自动装配技术已成为螺接工艺发展的必然趋势。其中，基于工业机器人的自动化安装系统是一个重要的发展方向，对于自动化安装系统，一个典型的应用是：在航空航天领域，复合材料之间通常采用自动化螺接系统进行螺栓与螺母的精密装配。

由于机器人在上料过程中，需要机器人带动上料装置变换不同姿势完成不同的动作(例如机器人带动上料装置的上下翻转)，所以在上料装置变换姿势的时候位于上料装置的卡槽内的螺栓或螺母很容易从卡槽中脱落，而一旦螺栓或螺母从卡槽中脱落，将严重影响装配精度与安全。为了防止出现上述情况，一些自动化螺接系统需要设计额外的夹持机构辅助上料装置进行螺栓或螺母的夹持，而额外的夹持机构的设计又使得整套自动化螺接系统结构复杂、可靠性低。

相应地，本领域需要一种新的螺母上料套件及其上料方法来解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有上料装置的螺母夹紧问题和外接上料夹持机构结构复杂、可靠性低的问题，一方面，本发明提供了一种螺母上料套件，该套件包括机器人和料盘机构，机器人的末端执行器的工作端设置有卡槽，所述料盘机构包括料盘安装板以及设置于所述料盘安装板上的、用于存放螺母的储料机构，并且所述螺母能够容纳于所述卡槽；所述末端执行器上还设置有第一锁紧机构，所述第一锁紧机构能够使所述螺母卡置于/脱离所述卡槽；所述储料机构上设置有第二锁紧机构，该第二锁紧机构能够使所述螺母卡置于/脱离所述储料机构。

在上述螺母上料套件的优选技术方案中，沿所述卡槽的至少一个侧面延伸出切面平台，所述第一锁紧机构设置于所述切面平台，并且所述第一锁紧机构能够将所述螺母容纳于所述卡槽内，并将容纳于所述卡槽内的所述螺母卡置于所述卡槽。

在上述螺母上料套件的优选技术方案中，所述第一锁紧机构包括锁紧壳体以及容纳于所述壳体的压紧块，所述锁紧壳体与所述压紧块之间设置有第一压紧弹簧，在外力介入的情形下，所述压紧块能够通过压紧所述第一压紧弹簧的方式向远离所述卡槽的方向移动，并且该移动能够使所述螺母脱开所述卡槽。

在上述螺母上料套件的优选技术方案中，所述压紧块具有第一斜面，所述料盘安装板上设置有与所述第一斜面对应的第一凸出结构，所述第一凸出结构能够通过推动所述第一斜面使所述压紧块向远离所述卡槽的方向移动。

在上述螺母上料套件的优选技术方案中，所述储料机构还包括储料壳体以及设置于所述储料壳体内的、能够容纳所述螺母的储料通孔，所述第二锁紧机构能够将容纳于所述储料通孔的所述螺母卡置于所述储料通孔内。

在上述螺母上料套件的优选技术方案中，所述第二锁紧机构包括第一活动件以及与所述第一活动件枢转连接的、具有第二斜面的第二活动件。其中，所述第一活动件和所述储料壳体之间设有第二压紧弹簧，在外力介入的情形下，所述第一活动件能够通过压紧所述第二压紧弹簧向远离所述料盘安装板的方向移动；其中，所述第二斜面能够沿径向进入所述储料通孔，进而将容纳于所述储料通孔的所述螺母卡置于所述储料通孔。

在上述螺母上料套件的优选技术方案中，所述第二活动件上设置有条形限位孔，固定于所述储料壳体的销轴设置于该所述条形限位孔内，在所述第一活动件向远离所述料盘安装板的方向移动的情形下，通过所述销轴的限制，所述第二斜面能够沿径向退出所述储料通孔，进而使所述螺母在所述储料通孔内移动。

在上述螺母上料套件的优选技术方案中，所述料盘机构还包括上料管，所述上料管与所述储料通孔连接，所述螺母能够通过所述上料管进入并通过所述第二锁紧机构卡置于/脱离所述储料通孔。

在上述螺母上料套件的优选技术方案中，所述料盘安装板上还设置有下料管和第二凸出结构，所述第二凸出结构能够通过推动所述第一斜面使所述压紧块向远离所述卡槽的方向移动，进而使所述卡槽中的部件能够进入所述下料管。

在上述螺母上料套件的优选技术方案中，所述第一凸出结构和第二凸出结构分别设置于所述料盘安装板的相反侧。

在上述螺母上料套件的优选技术方案中，所述螺母为高锁螺母，所述末端执行器的工作端能够通过与所述第一凸出结构配合的方式使所述高锁螺母卡置于所述卡槽，以及所述末端执行器的工作端能够通过与所述第二凸出结构配合的方式使所述高锁螺母的脱落部分落入所述下料管。

本发明的另一方面，提供了一种螺母上料套件的螺母上料方法，该上料方法包括如下步骤：

使螺母从料盘机构的上料管落入所述料盘机构的储料通孔；

使落入所述储料通孔内的螺母卡置于所述储料通孔内；

使卡置于所述储料通孔内的螺母落入机器人的末端执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内。

本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，在末端执行器上设置有卡槽和第一锁紧机构，第一锁紧机构包括有压紧块，第一锁紧机构能够通过压紧块的移动将螺母卡置/脱离卡槽。另外，在储料机构上设置有储料通道和第二锁紧机构，第二锁紧机构包括第一活动件和与第一活动件枢转连接的第二活动件，第二锁紧机构能够通过第一活动件带动第二活动件移动，将螺母卡置/脱离储料通道。换句话说，通过第一锁紧机构与第二锁紧机构的设置，使机器人能够保持螺母处于夹紧状态的同时，还能与料盘机构配合完成上料或者下料作业。上述螺母上料套件及其上料方法，不仅结构简单，便于加工，而且有效解决了机器人螺接系统的螺母夹紧问题，简化了螺接系统的结构，提高了螺接系统自动化程度。

方案1、一种螺母上料套件，包括机器人和料盘机构，机器人的末端执行器的工作端设置有卡槽，其特征在于，

所述料盘机构包括料盘安装板以及设置于所述料盘安装板上的、用于存放螺母的储料机构，并且所述螺母能够容纳于所述卡槽；

所述末端执行器上还设置有第一锁紧机构，所述第一锁紧机构能够使所述螺母卡置于/脱离所述卡槽；

所述储料机构上设置有第二锁紧机构，该第二锁紧机构能够使所述螺母卡置于/脱离所述储料机构。

方案2、根据方案1所述的螺母上料套件，其特征在于，沿所述卡槽的至少一个侧面延伸出切面平台，所述第一锁紧机构设置于所述切面平台，并且

所述第一锁紧机构能够将所述螺母容纳于所述卡槽内，并将容纳于所述卡槽内的所述螺母卡置于所述卡槽。

方案3、根据方案2所述的螺母上料套件，其特征在于，所述第一锁紧机构包括锁紧壳体以及容纳于所述壳体的压紧块，所述锁紧壳体与所述压紧块之间设置有第一压紧弹簧，在外力介入的情形下，所述压紧块能够通过压紧所述第一压紧弹簧的方式向远离所述卡槽的方向移动，并且该移动能够使所述螺母脱开所述卡槽。

方案4、根据方案3所述的螺母上料套件，其特征在于，所述压紧块具有第一斜面，所述料盘安装板上设置有与所述第一斜面对应的第一凸出结构，所述第一凸出结构能够通过推动所述第一斜面使所述压紧块向远离所述卡槽的方向移动。

方案5、根据方案4所述的螺母上料套件，其特征在于，所述储料机构还包括储料壳体以及设置于所述储料壳体内的、能够容纳所述螺母的储料通孔，

所述第二锁紧机构能够将容纳于所述储料通孔的所述螺母卡置于所述储料通孔内。

方案6、根据方案5所述的螺母上料套件，其特征在于，所述第二锁紧机构包括第一活动件以及与所述第一活动件枢转连接的、具有第二斜面的第二活动件，

其中，所述第一活动件和所述储料壳体之间设有第二压紧弹簧，在外力介入的情形下，所述第一活动件能够通过压紧所述第二压紧弹簧向远离所述料盘安装板的方向移动；

其中，所述第二斜面能够沿径向进入所述储料通孔，进而将容纳于所述储料通孔的所述螺母卡置于所述储料通孔。

方案7、根据方案6所述的螺母上料套件，其特征在于，所述第二活动件上设置有条形限位孔，固定于所述储料壳体的销轴设置于该所述条形限位孔内，

在所述第一活动件向远离所述料盘安装板的方向移动的情形下，通过所述销轴的限制，所述第二斜面能够沿径向退出所述储料通孔，进而使所述螺母在所述储料通孔内移动。

方案8、根据方案7所述的螺母上料套件，其特征在于，所述料盘机构还包括上料管，

所述上料管与所述储料通孔连接，所述螺母能够通过所述上料管进入并通过所述第二锁紧机构卡置于/脱离所述储料通孔。

方案9、根据方案4至8中任一项所述的螺母上料套件，其特征在于，所述料盘安装板上还设置有下料管和第二凸出结构，

所述第二凸出结构能够通过推动所述第一斜面使所述压紧块向远离所述卡槽的方向移动，进而使所述卡槽中的部件能够进入所述下料管。

方案10、根据方案9所述的螺母上料套件，其特征在于，所述第一凸出结构和第二凸出结构分别设置于所述料盘安装板的相反侧。

方案11、根据方案10所述的螺母上料套件，其特征在于，所述螺母为高锁螺母，

所述末端执行器的工作端能够通过与所述第一凸出结构配合的方式使所述高锁螺母卡置于所述卡槽，以及

所述末端执行器的工作端能够通过与所述第二凸出结构配合的方式使所述高锁螺母的脱落部分落入所述下料管。

方案12、一种采用方案1至11中任一项所述的螺母上料套件的螺母上料方法，其特征在于，该上料方法包括如下步骤：

使螺母从料盘机构的上料管落入所述料盘机构的储料通孔；

使落入所述储料通孔内的螺母卡置于所述储料通孔内；

使卡置于所述储料通孔内的螺母落入机器人的末端执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内。

附图说明

图1是本发明的螺母上料套件的结构示意图；

图2是本发明的机器人的末端执行器的结构示意图；

图3是本发明的第一锁紧机构的结构示意图；

图4是本发明的料盘机构的结构示意图；

图5是本发明的料盘机构的结构剖视图；

图6A是本发明的末端执行器与料盘机构的接触前的第一锁紧机构的示意图；

图6B是本发明的末端执行器与料盘机构的接触后的第一锁紧机构的示意图；

图7A是本发明的末端执行器与料盘机构的接触前的第二锁紧装置的示意图；

图7B是本发明的末端执行器与料盘机构的接触后的第二锁紧装置的示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，虽然实施例中的卡槽的截面为正六边形，但是这种截面形式并非一成不变，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的目的在于，在不引入额外的夹持机构的前提下，通过在机器人的末端执行器上设置第一锁紧机构以及在料盘装置上设置第二锁紧机构，有效地解决机器人螺接系统的螺母夹紧问题，简化螺接系统的结构，提高系统自动化程度。

如图1所示，本发明的螺母上料套件主要包括机器人1和料盘机构3。其中，机器人1的末端设置有末端执行器2，通过机器人1的动作，可以使末端执行器2从料盘机构3中获取螺母，并将螺母置于末端执行器2的工作端，以对螺母进行相应的拧紧作业。

如图2所示，末端执行器2的工作端上设置有能容纳螺母的卡槽21，沿卡槽21的至少一个侧面延伸出切面平台22。切面平台22上设置有第一锁紧机构23，第一锁紧机构23能够与卡槽21配合将螺母卡置或脱开于卡槽21。具体而言，在螺母从料盘机构3中进入卡槽21时，第一锁紧机构23能够使螺母进入卡槽21。在进入卡槽21之后，第一锁紧机构23能够将螺母卡置于卡槽21内，保证后续的拧紧作业能够可靠地进行。以六角螺母为例，卡槽21可以是横截面为与六角螺母对应的正六边形，且卡槽21与工作端的轴心重合。正六边形的上侧边在切面平台22内。本领域技术人员可以想到的是，卡槽21的结构也可以螺母类紧固件的外缘相适应的其他形式，如本实施例中的螺母可以为高锁螺母4。当然，除了螺母类紧固件，本发明的螺母上料套件也适用于需要通过夹持进行作业的其他任意零件，在将本发明的螺母上料套件应用于该零件时，需要保证卡槽21和零件的结构匹配性。

进一步如图3所示，第一锁紧机构23主要包括锁紧壳体231(如两个背对螺接的L型锁紧壳体单元)以及容纳于锁紧壳体231内的压紧块232。在锁紧壳体231和压紧块232之间可以设置有第一压紧弹簧233，并且压紧块232和第一压紧弹簧233均安装在设置于锁紧壳体231内的具有相应结构的第一行程槽234中。压紧块232可以通过第一压紧弹簧233的弹力在卡槽21与第一行程槽234之间的、设定的范围内往复移动。优选地，可以在压紧块232上设置有第一斜面(图中未标出)，当有外力推动第一斜面时，第一压紧弹簧233受力压缩，该压缩可以使螺母进入卡槽21或者使卡槽21中的螺母脱离卡槽21。类似地，在外力消失的情形下，被压缩的第一压紧弹簧233伸长，该伸长产生的弹力能够使将螺母稳定地卡置于卡槽21内。当然，第一斜面也可以为其他的结构形式，只要该结构形式可以通过使压紧块232在卡槽21与第一行程槽234之间的往复移动，使螺母能够顺利进入/脱离卡槽21，并且在进入卡槽21后能够可靠地卡置于卡槽21中即可。

如图4和图5所示，料盘机构3主要包括料盘安装板31以及设置于料盘安装板31上的、用于存放高锁螺母4的储料机构32，储料机构32还对应设置有用于存放高锁螺母4的上料管35。与压紧块232上的第一斜面对应，在料盘安装板31上还设置有第一凸出结构33。当压紧块232接近第一凸出结构33时，第一凸出结构33即可以推动压紧块232，使其沿径向退出卡槽21，以便螺母能够进入/脱离卡槽21。以高锁螺母4为例，料盘机构3还可以包括回收高锁螺母4的脱落部分的下料管36和第二凸出结构34。第二凸出结构34通过推动压紧块232上的第一斜面使压紧块232向远离卡槽21的方向移动，进而使高锁螺母4的脱落部分进入下料管36。

进一步参照图5，仍然以高锁螺母4为例，储料机构32主要包括储料壳体321(如两个背对螺接的L型储料壳体单元)、设置于储料壳体321内的第二锁紧机构322以及可以容纳高锁螺母4的储料通孔323。其中，第二锁紧机构322可以使高锁螺母4卡置/脱离储料通孔323，第一凸出结构33和第二凸出结构34均可以通过插入第一行程槽234进而推动压紧块232的第一斜面使压紧块232在径向退出卡槽21，进而使储料通孔323中的高锁螺母4进入卡槽21内，以及使卡槽21中的高锁螺母4的脱落部分进入下料管36。其中，上料管35与储料通孔323连接，高锁螺母4可以通过上料管35进入储料通孔323，之后在第一凸出结构33推动压紧块232的第一斜面时可以使进入储料通孔323中的高锁螺母4进入卡槽21。

继续参照图5，第二锁紧机构322主要包括第一活动件3221(如大致呈L型结构的储料开关)以及与第一活动件3221枢转连接的第二活动件3222。第一活动件3221与储料壳体321之间设置有第二压紧弹簧3223，并且第一活动件3221、第二活动件3222与第二压紧弹簧3223均安装在设置于储料壳体321内的第二行程槽3224中。此外，第二活动件3222上还设置有条形限位孔3225，储料壳体321内还设置有容纳于条形限位孔3225内的销轴3226。当按压第一活动件3221时，由于与第一活动件3221枢转连接，第二活动件3222的一端可以随第一活动件3221的按压进行上下运动的同时，第二活动件3222的自由端可以在销轴3226的限制下沿储料通孔323的径向摆动。优选地，在第二活动件3222的自由端具有第二斜面(图中未标出)，在第一活动件3221和销轴3226的共同限制下，第二斜面可以在一定程度上沿径向进入储料通孔323，将孔内的高锁螺母4卡紧，或者沿径向退出储料通孔323，允许孔内的高锁螺母4下滑。本领域技术人员可以想到的是，第二斜面也可以为其他形式，只要该形式通过第二活动件3222的活动，能够实现高锁螺母4在储料通孔323内的静置存放或者自由脱离即可。

进一步地，可以将第一凸出结构33与第二凸出结构34分别设置在料盘安装板31的相反侧，用于改善机器人1在进行上下料作业时的操作性。如按照图5方位，第一凸出结构33设置在料盘安装板31的下侧，并且位于靠近储料通孔323的位置，如大致设置于储料通孔323的边缘，以便工作端接近储料通孔323时，该第一凸出结构33可以按压到压紧块232的第一斜面。对应地，第二凸出结构34设置在料盘安装板31的上侧，并且位于靠近下料管36的位置，如大致设置于下料管36的边缘。也就是说，在本实施例中，机器人1的末端执行器2采用卡槽21开口朝上的方式上料，使高锁螺母4进入卡槽21后，离开料盘安装板31进行相应的拧紧作业，之后采用卡槽21开口朝下的方式下料，使拧断的高锁螺母4的脱落部分落入下料管36。本领域技术人员可以想到的是，第一凸出结构33与第二凸出结构34的设置位置并非一成不变，可以根据具体使用环境，以及末端执行器2的上、下料的位置和姿势进行调整。

仍然以高锁螺母4为例，如图6A、6B、7A、7B所示，进一步说明采用本发明的螺母上料套件进行上、下料作业的具体动作过程。

上料作业的具体动作过程主要包括：

在上料之前，高锁螺母4通过上料管35被运送至储料通孔323内，并通过第二活动件3222的自由端上的第二斜面卡置于储料通孔323内。

上料时，机器人1驱动末端执行器2按预定姿势运动，末端执行器2的工作端抵靠并进一步推动料盘安装板31底侧的第一凸出结构33，使第一凸出结构33插入第一行程槽234，并通过推动压紧块232的第一斜面使压紧块232沿径向远离卡槽21，此时卡槽21处于能够使高锁螺母4进入的位置。

与此同时，末端执行器2的工作端按压第二锁紧机构322的第一活动件3221使其产生自下而上的位移，第二活动件3222的第二斜面在第一活动件3221和销轴3226的限制下摆动至竖直方向，即退出储料通孔323，高锁螺母4在自身重力的作用下落，落入末端执行器2的卡槽21内。

离开料盘安装板31的第一凸出结构33之后，压紧块232在第一压紧弹簧233的弹力作用下将高锁螺母4卡置在卡槽21中，上料完成。上料完成后，机器人1可以驱动末端执行器2按预定姿势运动，如可以在离开料盘安装板31之后完成高锁螺母4的装配，进行相应的紧固作业。与此同时，第一活动件3221在第二压紧弹簧3223的弹力作用下，带动第二活动件3222的第二斜面向上摆动，并沿径向进入储料通孔323，等待将下一个储料通孔323内的高锁螺母4卡紧。

下料作业的具体动作过程主要包括：

在机器人1驱动末端执行器2完成高锁螺母4的装配后，被拧断的高锁螺母4的脱落部分仍然卡置于卡槽21中，此时机器人1驱动末端执行器2按预定姿态运动，如末端执行器2的工作端抵靠并进一步通过推动料盘安装板31的上侧的第二凸出结构34，使第二凸出结构34插入第一行程槽234，并通过推动压紧块232的第一斜面，使压紧块232沿径向远离卡槽21，此时卡槽21处于能够使高锁螺母4的脱落部分脱开的位置。此时高锁螺母4的脱落部分在自身重力的作用下从卡槽21落入下料管36内，高锁螺母4的脱落部分得以回收，下料作业完成。

下料作业完成之后，机器人1驱动末端执行器2按预定姿势运动，在离开料盘安装板31上的第二凸出结构34之后，压紧块232在第一压紧弹簧233的弹力作用下沿径向靠近卡槽21。在下一次上料时，通过第一凸出结构33使压紧块232重新沿径向退出卡槽21，以便上料。如此循环。

上述优选的实施方式，通过在末端执行器2上设置第一锁紧机构23，以及在料盘机构3上设置第二锁紧机构322的方式，使得机器人1在进行上料或下料操作的过程中，无需引入额外的夹持机构，即可以有效地对高锁螺母4进行持放。上述方式不仅在省略了额外的夹持机构的前提下解决了机器人1螺接系统的螺母夹紧问题，简化了螺接系统的结构，提高了系统自动化程度，而且，第一锁紧机构23与第二锁紧机构322的设计巧妙，结构简单，便于加工。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。