锁螺钉装置及应用其的锁螺钉机器人的制作方法

本发明属于锁螺钉设备技术领域，具体为一种锁螺钉装置及应用其的锁螺钉机器人。

背景技术：

在各种领域的产品上，零部件之间一般采用螺钉进行连接固定，而传统的锁螺钉方式则是通过人工实现，该种方式不仅生产效率低下，而且工作人员的疲劳强度高，并不利于生产制造，随着科技的发展，锁螺钉机逐渐代替了传统的人工锁螺钉方式，现有的锁螺钉机通常采用在scara机器人的输出臂上集成锁螺钉装置的方式，但现有的锁螺钉装置如中国专利cn209503452u，其通过在升降座上设置带动螺丝刀，利用升降气缸驱动带动螺丝刀上下移动从而驱使批头既可旋转也可上下移动，该种锁螺钉装置单纯地将两个机构组合，体积较大，结构并不紧凑，因此，研发一种结构紧凑、整合有升降和旋转功能的一体式锁螺钉装置是十分必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种集旋转和升降为一体的锁螺钉装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种锁螺钉装置，包括外壳、活塞驱动件、驱动组件和批头，外壳纵向设有连通其内腔的第一气孔和第二气孔，活塞驱动件设于外壳内且可被操控地相对外壳上下活动，其包括上连接部、下连接部和连接上连接部和下连接部的活塞主体，上连接部与外壳在第一气孔之上滑动密封配合，活塞主体与外壳在第一气孔和第二气孔之间滑动密封配合，下连接部与外壳在第二气孔之下滑动密封配合，驱动组件包括电机以及与电机传动连接的驱动轴，驱动轴设于上连接部的上侧，上连接部与驱动轴滑动连接，批头可上下浮动地连接于下连接部的下侧，电机驱动驱动轴旋转，从而通过活塞驱动件带动批头旋转。

与现有技术相比，本发明提供的锁螺钉装置，将驱动批头升降和旋转的结构整合在外壳内形成一体结构，使得锁螺钉装置结构简单紧凑，密封性能更好，反应迅速，作业时，第一气孔和第二气孔连接气动装置，如气泵，通过控制第一气孔和第二气孔的进出气，从而选择性地驱使活塞驱动件上移或者下移，锁螺钉时，第一气孔进气，第二气孔出气，使活塞驱动件下移，利用浮动设置的批头将螺钉预压紧在螺孔内，随即电机控制驱动轴旋转，从而通过活塞驱动件带动批头拧动螺钉，使螺钉旋入螺孔，在螺钉旋入螺孔的过程中，浮动的批头也相适应地调整其高度，直至拧紧螺钉后，第一气孔出气，第二气孔进气，驱使批头上移复位。上连接部和下连接部分别与活塞主体之间形成用于控制活塞驱动件上下移动的腔室，通过控制第一气孔和第二气孔在对应腔室的进出气状态，便能相应地驱动活塞驱动件移动，该种结构驱动迅速敏捷。

进一步的，上连接部的上端设有上连接槽，上连接槽内连接有第一套筒，驱动轴穿入第一套筒并与第一套筒滑动连接，通过设置第一套筒，简化上连接部的结构，可直接将第一套筒的内孔设置为与驱动轴形状相适配的非圆孔即可带动活塞驱动件旋转，而不需要直接在上连接部上加工特定形状的孔，从而降低驱动轴的设计难度。

进一步的，下连接部的下端设有下连接槽，下连接槽内连接有第二套筒，批头活动插入第二套筒并与第二套筒滑动连接，批头与下连接槽的顶壁之间抵接有弹性连接件，所述弹性连接件优选为弹簧，用于实现批头的上下浮动效果，通过设置第二套筒，简化下连接部的结构，可直接将第二套筒的内孔设置为与批头连接端形状相适配的非圆孔即可带动批头旋转，而不需要直接在下连接部上加工特定形状的孔，从而降低驱动轴的设计难度。

进一步的，批头设有用于抵接在第二套筒上侧的限位台阶，通过设置第二套筒和限位台阶，可对批头实现限位，使批头装配更稳固可靠，同时，通过设置第二套筒，也可便于批头的装配，其装配过程快捷方便。

进一步的，电机为伺服电机，其通过减速机构与驱动轴连接，设置伺服电机可通过检测伺服电机输出的扭力，便可判断出螺钉是否拧紧或者是否出现滑丝等不良现象，同时更有利于与控制系统连接，形成高精准的扭力输出以及扭力反馈的闭环控制，使得扭力精准度达到±5％。与现有通过设置高度传感器检测螺钉是否拧紧的方式相比，本发明更精准可靠。

进一步的，活塞主体的外周套设有第一旋转密封圈，以及位于第一旋转密封圈上下两侧的导向环，第一旋转密封圈与外壳的内侧壁密封配合，导向环与外壳的内侧壁滑动接触，通过设置第一旋转密封圈和导向环，使得活塞主体在相对外壳旋转和上下移动的同时，也能确保密封性能，此外，导向环还能在活塞主体上下移动时起到导正的作用。

进一步的，外壳的上端内侧设有第二旋转密封圈、其下端内侧设有第三旋转密封圈，上连接部通过第二旋转密封圈与外壳滑动密封配合，下连接部通过第三旋转密封圈与外壳滑动密封配合，第二旋转密封圈和第三旋转密封圈可确保活塞驱动件在旋转和上下移动的同时不漏气。

进一步的，所述外壳包括第一壳体、第二壳体和固定座，所述第一壳体连接于所述第二壳体的上端，所述驱动组件设于所述第一壳体上；所述第二壳体的上端设有过孔、下端敞口，所述第一气孔和第二气孔设于所述第二壳体的侧部，所述上连接部位于靠近所述活塞主体的一侧设有向外侧延伸的限位轴肩，所述上连接部穿过所述过孔伸入所述第一壳体与所述驱动轴连接，所述上连接部与所述过孔滑动密封配合；所述固定座封盖所述第二壳体的下侧，其设有伸入第二壳体内的轴套，所述下连接部通过所述轴套贯穿所述固定座，并与所述轴套滑动密封配合，上述外壳与活塞驱动件的配合方式结构紧凑，整体性强，密封性好。

进一步的，还包括送料组件，所述送料组件具有两种设置方式。

作为送料组件的第一种设置方式，所述送料组件包括批嘴、支架和料嘴，所述批嘴安装在外壳的下端，所述批头活动插在所述批嘴中，所述料嘴通过所述支架固定设于所述批嘴的下方，所述料嘴设有供所述批头下端活动插入的装配通道、以及连接所述装配通道下部的料道，所述料道用于将螺钉输送至所述装配通道的底部。上述送料组件的设置方式锁螺钉速率高，只要将锁螺钉装置移至螺孔上方即可同时完成送钉和锁钉。

作为送料组件的第二种设置方式，所述送料组件包括批嘴、支架和吸附管道，所述批嘴安装在外壳的下端，所述批头活动插在所述批嘴中，所述吸附管道通过所述支架固定设于所述批嘴的下方，所述批头的下端活动插入所述吸附管道内，所述吸附管道用于连接负压发生装置，使其管腔内产生负压吸附螺钉。上述送料组件的设置方式结构相对简单，成本较为低廉，作业时，锁螺钉装置先移动至上料台处吸附螺钉，然后再移动到螺孔上进行锁螺钉操作。

本发明还提供一种锁螺钉机器人，其包括底座、与底座铰接的第一转臂、与第一转臂铰接的第二转臂、装设在第二转臂上的升降机构、装设在第二转臂自由端上的视觉组件、以及上述的锁螺钉装置，所述升降机构包括设于第二转臂上侧的丝杆、与丝杆螺纹连接的螺母座、驱动丝杆旋转的驱动装置，所述外壳与螺母座固定连接，所述锁螺钉装置通过所述升降机构可被操控地相对第二转臂上下移动，所述第二转臂的自由端设有供批头通过的镂空部，所述视觉组件固定设于镂空部的外端，其包括用于定位螺孔位置的摄像模组。本发明提供的锁螺钉机器人采用了整合有升降和旋转结构为一体的锁螺钉装置，与升降机构的连接简单，装配方便快捷，有利于日常的更换使用。

附图说明

图1为锁螺钉装置的立体图；

图2为锁螺钉装置的前视图；

图3为锁螺钉装置的剖视图；

图4为送料组件第一种设置方式的结构示意图；

图5为送料组件第二种设置方式的结构示意图；

图6为锁螺钉机器人的结构示意图；

图7为锁螺钉机器人的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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。

实施例一：

参见图1至图3，本实施例提供一种锁螺钉装置，包括外壳1、活塞驱动件2、驱动组件3、批头4和送料组件5，活塞驱动件2可上下活动地设于外壳1内，其包括上连接部21、下连接部23和连接上连接部21和下连接部23的活塞主体22，所述外壳1包括第一壳体11、第二壳体12和固定座13，所述第一壳体11连接于所述第二壳体12的上端，所述驱动组件3设于所述第一壳体11上，其包括伺服电机31、减速器32和驱动轴33，驱动轴33可旋转地设于第一壳体11内，其通过减速器32与伺服电机31传动连接。

参见图1和图3，所述第二壳体12的上端设有过孔123、下端敞口，第二壳体12的侧部设有连通其内腔的第一气孔121和第二气孔122，所述活塞主体22与第二壳体12在第一气孔121和第二气孔122之间滑动密封配合，作为一种具体的实施方式，活塞主体22的外周套设有第一旋转密封圈221，以及位于第一旋转密封圈221上下两侧的导向环222，第一旋转密封圈221与第二壳体12的内侧壁密封配合，导向环222与第二壳体12的内侧壁滑动接触，通过设置第一旋转密封圈221和导向环222，使得活塞主体22在相对外壳1旋转和上下往复移动的同时，也能确保密封性能，此外，导向环222还能在活塞主体22上下移动时起到导正的作用。

参见图3，所述上连接部21位于靠近活塞主体22的一侧设有向外侧延伸的限位轴肩211，限位轴肩211在活塞驱动件2上移至预设位置时抵靠在第二壳体12的顶壁上，用于对活塞驱动件2进行限位，上连接部21穿过过孔123伸入第一壳体11与驱动轴33连接，并与过孔123滑动密封配合，作为一种具体的实施方式，过孔123上设有第二旋转密封圈124，上连接部21通过第二旋转密封圈124与第二壳体12滑动密封配合。

参见图3，所述固定座13封盖第二壳体12的下侧，其设有伸入第二壳体12的轴套131，下连接部23通过轴套131向下贯穿固定座13，并与轴套131滑动密封配合，作为一种具体的实施方式，轴套131内侧设有第三旋转密封圈132，下连接部23通过第三旋转密封圈132与固定座13滑动密封配合。

作为一种具体的实施方式，所述第一至第三旋转密封圈(221、124、132)分别由一耐磨环以及套设在所述耐磨怀外周的o型橡胶密封圈组成，其中，橡胶密封圈提供预紧力，可对耐磨环的磨损起到补偿作用，磨损环优选为ptfe材质，其摩擦系数小，动静摩擦系数相近，适用于相对旋转运动及相对往复运动下的密封，第一至第三旋转密封圈132可确保活塞驱动件2在旋转和上下移动时不漏气。

参见图3，上连接部21的上端设有上连接槽212，上连接槽212内螺纹连接有第一套筒213，驱动轴33穿入第一套筒213并与第一套筒213滑动连接，通过设置第一套筒213，简化上连接部21的结构，可直接将第一套筒213的内孔设置为与驱动轴33形状相适配的非圆孔即可带动活塞驱动件2旋转，而不需要直接在上连接部21上加工特定形状的孔，从而降低驱动轴33的设计难度。优选的，驱动轴33为多边形轴。

参见图，下连接部23的下端设有下连接槽231，下连接槽231内连接有第二套筒232，批头4活动插入第二套筒232并与第二套筒232滑动连接，批头4与下连接槽231的顶壁之间抵接有弹性连接件233，所述弹性连接件233优选为弹簧，用于实现批头4的上下浮动效果，通过设置第二套筒232，简化下连接部23的结构，可直接将第二套筒232的内孔设置为与批头4连接端形状相适配的非圆孔即可带动批头4旋转，而不需要直接在下连接部23上加工特定形状的孔，从而降低驱动轴33的设计难度。优选的，批头4与驱动轴33连接端设置为多边形结构。

参见图3，批头4为长杆结构，其可以是一体结构，也可以由若干段结构组合连接而成，批头4上端设有用于抵接在第二套筒232上侧的限位台阶41，通过设置第二套筒232和限位台阶41，可对批头4实现限位，使批头4装配更稳固可靠，同时，通过设置第二套筒232，也可便于批头4的装配，其装配过程快捷方便。

本发明提供的锁螺钉装置，将驱动批头4升降和旋转的结构整合在外壳1内形成一体结构，使得锁螺钉装置结构简单紧凑，密封性能更好，反应迅速，作业时，第一气孔121和第二气孔122连接气动装置，如气泵，通过控制第一气孔121和第二气孔122的进出气，从而选择性地驱使活塞驱动件2上移或者下移，锁螺钉时，第一气孔121进气，第二气孔122出气，使活塞驱动件2下移，利用浮动设置的批头4将螺钉预压紧在螺孔中，随即伺服电机31控制驱动轴33旋转，从而通过活塞驱动件2带动批头4旋转拧动螺钉，使螺钉旋入螺孔，在螺钉旋入螺孔的过程中，浮动的批头4也相适应地调整其高度，直至拧紧螺钉后，第一气孔121出气，第二气孔122进气，驱使批头4上移复位。

本发明将电机31设置为伺服电机31可通过检测伺服电机31输出的扭力，便可判断出螺钉是否拧紧或者是否出现滑丝等不良现象，同时更有利于与控制系统连接，形成高精准的扭力输出以及扭力反馈的闭环控制，使得扭力精准度达到±5％。与现有通过设置高度传感器检测螺钉是否拧紧的方式相比，本发明更精准可靠。

所述送料组件5具有两种设置方式。

参见图1至图4，作为送料组件5的第一种设置方式，所述送料组件5包括批嘴51、支架52和料嘴53，所述批嘴51安装在固定座13的下端，所述批头4活动插在所述批嘴51中，所述料嘴53通过所述支架52固定设于所述批嘴51的下方，所述料嘴53设有供所述批头4下端活动插入的装配通道531、以及连接所述装配通道531下部的料道532，所述料道532用于将螺钉输送至所述装配通道531的底部供批头4拧动。上述送料组件5的设置方式锁螺钉速率高，作业时只要将锁螺钉装置移至螺孔上方即可同时完成送钉和锁钉。

参见图3和图5，作为送料组件5的第二种设置方式，所述送料组件5包括批嘴51、支架52和吸附管道54，所述批嘴51安装在外壳1的下端，所述批头4活动插在所述批嘴51中，所述吸附管道54通过所述支架52固定设于所述批嘴51的下方，所述批头4的下端活动插入所述吸附管道54内，所述吸附管道54用于连接负压发生装置，使其管腔内产生负压吸附螺钉供批头4拧动。上述送料组件5的设置方式结构相对简单，成本较为低廉，作业时，锁螺钉装置先移动至上料台处吸附待安装的螺钉，然后再移动到螺孔上进行锁螺钉操作。

实施例二：

参见图1至图7，本实施例提供一种应用实施例一的锁螺钉装置9的锁螺钉机器人，其包括底座63、与底座63铰接的第一转臂61、与第一转臂61铰接的第二转臂62、装设在第二转臂62上的升降机构7、装设在第二转臂62自由端上的视觉组件8、以及上述的锁螺钉装置9，所述升降机构7包括设于第二转臂62上侧的丝杆71、与丝杆71螺纹连接的螺母座72、驱动丝杆71旋转的驱动装置73，所述外壳1与螺母座72固定连接，所述锁螺钉装置9通过所述升降机构7可被操控地相对第二转臂62上下移动，所述第二转臂62的自由端设有供批头4通过的镂空部621，所述视觉组件8固定设于镂空部621的外端，其包括用于定位螺孔位置的摄像模组，当视觉组件8定位到螺孔后，升降机构7驱动锁螺钉装置9下移至合适的高度，随后由锁螺钉装置9将螺钉旋入螺孔内。为了提高机器人的整体性，第二转臂62上设有包覆锁螺钉装置9的机壳10。

本发明提供的锁螺钉机器人采用了整合有升降和旋转结构为一体的锁螺钉装置9，与升降机构7的连接简单，装配方便快捷，有利于日常的更换使用。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。