[发明专利]一种力矩可控的拧螺丝机器人

说明书

本发明公开了一种力矩可控的拧螺丝机器人，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，提供可控的拧螺丝力矩和转速，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，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。本发明通过测量弹性装置输入输出端面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，同时可实时监测力矩异常状况。

技术领域

本发明属于零件自动装配技术领域，涉及一种拧螺丝机器人。

背景技术

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。

力矩可调螺丝刀没有力矩感知能力，当螺丝没有对准螺丝孔时，力矩出现异常，螺丝刀无法及时感知力矩异常的情况并做出反应，对螺丝和螺丝孔产生破坏，不利于工件的安全。

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。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种力矩可控的拧螺丝机器人。为了实现以上目的，本发明提供的具体技术方案如下。

一种力矩可控的拧螺丝机器人，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，提供可控的拧螺丝力矩和转速，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可控的扭矩，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，控制器获取盘式编码器I和盘式编码器II的角度值，用两个盘式编码器角度值之差计算出输出的扭矩，以此作为力矩反馈来实现力矩闭环控制，控制器还通过该扭矩的大小和变化趋势来监测异常情况。

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。