一种动车组高级修六轴机器人自动化智能装配系统的制作方法

本发明涉及自动化智能装配领域，具体为一种动车组高级修六轴机器人自动化智能装配系统。

背景技术：

一种动车组高级修六轴机器人自动化智能装配系统，主要用于crh3和谐号动车组高级修构架检修工位紧固螺栓的拧紧和装配作业。

目前全国各地的动车段和动车运用所的检修装配车间，用于crh3和谐号动车组高级修构架紧固螺栓的拧紧和装配作业模式主要有以下几种：

人工+普通机械工具，其实现方式是多个作业人员，每人手拿一把普通的机械扳手进行螺栓的拧紧和装配作业，扳手被设定为固定扭矩值，作业人员操作扳手进行螺栓拧紧，当工件的拧紧力矩达到目标力矩时，扳手会发出咔嗒声响，作业人员随即退出棘轮头，进行后面的作业。

人工+带数据采集的数字工具，其实现方式是多个作业人员，每人手拿一把带数据采集的数字扳手进行螺栓的拧紧和装配作业，扳手的扭矩值可以根据系统设定进行无极调整，作业人员操作扳手进行螺栓拧紧，当工件的拧紧力矩达到目标力矩时，扳手会发出咔嗒声响和灯光报警提示，并将扭矩数值进行采集后上传至系统软件，作业人员随即退出棘轮头，进行后面的作业。

人工+助力机械臂式拧紧工具，该结构为固定工位形式，助力臂主体为摇臂结构，扳手为电动类型，扳手通过专用支架和紧固螺钉安装在助力臂的末端位置；作业人员可以握持助力臂上的手柄，操作扳手对构架工件上要紧固的螺栓进行寻位和对位，依靠电动扳手本身实现拧紧作业。

以上几种作业模式现场使用过程中存在的问题如下：

人工+普通机械工具，这种模式下，扳手虽然可以通过机械声响来提示作业人员，但是这只是一个结果提示，在作业过程中，扳手到达目标力矩时，触发扳手内的机械结构发出声响，作业人员听到声响后，经过大脑处理后再发信息给作业人员的胳膊和手臂，这样就多了一个声音传递过程，这中间可能会有零点几秒的时间，而在这个时间内人的手臂操作扳手是一直动作的，等于人在扭矩到达后多拧紧了零点几秒，所以这种模式大多数情况下螺栓扭矩都会打过，作业误差较大，作业数据不能量化和采集，作业过程无记录；扳手数量多，需要每天进行维护和校验，作业人员工作量大；每次需要多人配合才能作业一个构架工件，效率相对较低。

人工+带数据采集的数字工具，与普通的机械扳手相比较，可以进行数据采集和记录，但是数字扳手对作业人员的手感要求高，需要经过专门培训后才能上岗；扳手数量多，需要每天进行专门维护和校验，作业人员工作量大；每次需要多人配合才能作业一个构架工件，效率相对较低。

人工+助力机械臂式拧紧轴工具，与前两种作业模式相比，拧紧轴到达扭矩值后，可以自动停转，拧紧精度高；使用一把电动工具就可以覆盖整个构架上表面的所有螺栓的装配，扳手数量相对较少；但是构架底部的螺栓检修不能用助力机械臂覆盖，对作业人员的依赖性仍然较大；助力机械臂覆盖范围有限，只能覆盖一个构架工件，要满足多个构架工件同时作业要求，需要上多套设备，造价高。

为此，提供一种动车组高级修六轴机器人自动化智能装配系统。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种动车组高级修六轴机器人自动化智能装配系统，该动车组高级修六轴机器人自动化智能装配系统，适用范围更广，不限于动车组，其它类似如地铁、市域铁路、城际铁路列车构架均可使用，更进一步，可拓展到其它螺栓装配拧紧场景。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种动车组高级修六轴机器人自动化智能装配系统，包括车间主体，所述车间主体的上端外表面边角位置及其上端外表面前后两端中间位置均固定安装有车间立柱，所述车间立柱的外表面中间位置活动安装有纵向梁抱箍支撑组件，且纵向梁抱箍支撑组件的上端外表面靠近车间主体的一端活动安装有纵向滑轨梁，所述车间主体的上端外表面一侧后端位置活动安装有电控系统箱，所述车间主体的上端外表面两侧均固定安装有翻转作业机构，且翻转作业机构的上端外表面活动安装有动车构架工件，相邻两个所述纵向滑轨梁之间活动安装有横向滑轨梁，所述横向滑轨梁的上端外表面两侧均固定安装有拱形支撑梁，且拱形支撑梁的下端固定安装有横向梁滑动导轨，所述横向梁滑动导轨的上端外表面设有横向梁齿条导轨，所述横向滑轨梁与纵向滑轨梁之间活动安装有纵向梁连接槽轨，且纵向梁连接槽轨靠近横向滑轨梁的一端外表面一侧活动安装有伺服驱动电机，所述横向梁滑动导轨的上端外表面中间位置活动安装有滑轨梁转接机构，且滑轨梁转接机构的下端活动安装有竖直滑轨梁组件，所述竖直滑轨梁组件的下端活动安装有拧紧轴组件，所述拱形支撑梁远离车间主体的一侧活动安装有构架寻址定位机构。

优选的，所述翻转作业机构的上端外表面两侧均固定安装有钢结构支架，所述钢结构支架远离翻转作业机构的一侧外表面上端位置活动安装有竖直旋转伺服电机，且钢结构支架靠近翻转作业机构的一侧外表面上端位置活动安装有构架承载工装，所述构架承载工装靠近钢结构支架的一侧外表面下端位置活动安装有构架水平夹紧电机，且构架承载工装远离钢结构支架的一侧外表面对应构架水平夹紧电机的位置活动安装有构架水平夹紧滑动机构，所述竖直旋转伺服电机及构架水平夹紧电机均与电控系统箱之间电性连接。

优选的，所述竖直旋转伺服电机与构架承载工装之间转动连接，所述构架水平夹紧电机与构架水平夹紧滑动机构之间转动连接。

优选的，所述拧紧轴组件的上端活动安装有水平旋转伺服电机，且水平旋转伺服电机的下端活动安装有保持架，所述保持架的前端外表面活动安装有转盘，且保持架的下端外表面活动安装有拧紧轴连接件，所述拧紧轴连接件的前端外表面活动安装有拧紧轴，且拧紧轴连接件的后端外表面固定安装有相机支架，所述相机支架的上端外表面活动安装有视觉识别相机，所述水平旋转伺服电机及视觉识别相机均与电控系统箱之间电性连接。

优选的，所述保持架与拧紧轴连接件之间的夹角为45°。

优选的，所述纵向梁连接槽轨与纵向滑轨梁之间滑动连接。

优选的，所述滑轨梁转接机构通过横向梁齿条导轨与横向梁滑动导轨之间滑动连接。

优选的，所述伺服驱动电机及构架寻址定位机构与电控系统箱之间电性连接。

(三)有益效果

本发明提供了一种动车组高级修六轴机器人自动化智能装配系统，具备以下有益效果：

(1)通过采用激光定位传感器技术、视觉及图像识别处理技术并与伺服机器人控制技术、齿轮齿条滑轨等相结合成3轴机器人，自动完成了拧紧轴对水平面方向上多个构架工件的寻址定位和螺栓拧紧装配作业，节省了人工围绕构架工件的作业步骤和时间，提高了作业效率。

(2)通过采用激光定位传感器技术、视觉及图像识别处理技术并与伺服电机控制技术、数控机床轮盘电机技术等结合成5轴机器人，自动完成了对构架工件四个竖直面方向上拧紧轴姿态和角度的自动调节和水平自动进给、螺栓拧紧和自动退回归零作业，节省了人工操作拧紧轴对位、进给和拧紧的步骤和时间，提高了作业效率。

(3)通过在设备所在的车间地面设计专用的夹持工装和翻转机构，结合定位传感器技术和构架正面的5轴机器人配合动作，结合成6轴机器人，实现了对构架工件背面零部件安装的自动化拧紧作业；解决了摇臂式助力臂作业模式下，构架背面部位的零部件不能用拧紧轴进行自动作业的问题。

(4)通过采用拱桥结构，将横向滑轨梁设计成一体化的钢结构形式，在大跨度的情况下，保证梁体坚固和强度的同时，使用材料较少，与普通形式的钢结构滑轨梁相比降低了重量；通过引入黄金分割比例，使得整个梁体看上去美观大方；通过将竖直方向滑轨设置在梁体中间位置，与普通的滑轨形式相比，重心居中，增加了结构的稳定性。

(5)系统将作业过程中的物料配送数据、工件作业数据和设备各个部件模块儿协同动作的数据进行量化和采集，并上传提交至服务器，为后续智慧车间和数字化工厂的筹建和运营提供了数据支撑。

附图说明

图1为本发明的六轴机器人自动化智能装配系统整体结构示意图；

图2为本发明的六轴机器人自动化智能装配系统横向滑轨梁结构示意图；

图3为本发明的六轴机器人自动化智能装配系统拧紧轴组件结构示意图；

图4为本发明的六轴机器人自动化智能装配系统翻转作业机构结构示意图。

图中：1、电控系统箱；2、横向滑轨梁；3、纵向滑轨梁；4、动车构架工件；5、翻转作业机构；6、纵向梁抱箍支撑组件；7、车间立柱；8、拧紧轴组件；9、竖直滑轨梁组件；10、滑轨梁转接机构；11、构架寻址定位机构；12、车间主体；21、拱形支撑梁；22、纵向梁连接槽轨；23、伺服驱动电机；24、横向梁滑动导轨；25、横向梁齿条导轨；51、竖直旋转伺服电机；52、钢结构支架；53、构架承载工装；54、构架水平夹紧电机；55、构架水平夹紧滑动机构；81、水平旋转伺服电机；82、保持架；83、视觉识别相机；84、相机支架；85、拧紧轴连接件；86、拧紧轴；87、转盘。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：一种动车组高级修六轴机器人自动化智能装配系统，如图1至图2所示，包括车间主体12，所述车间主体12的上端外表面边角位置及其上端外表面前后两端中间位置均固定安装有车间立柱7，所述车间立柱7的外表面中间位置活动安装有纵向梁抱箍支撑组件6，且纵向梁抱箍支撑组件6的上端外表面靠近车间主体12的一端活动安装有纵向滑轨梁3，所述车间主体12的上端外表面一侧后端位置活动安装有电控系统箱1，所述车间主体12的上端外表面两侧均固定安装有翻转作业机构5，且翻转作业机构5的上端外表面活动安装有动车构架工件4，相邻两个所述纵向滑轨梁3之间活动安装有横向滑轨梁2，所述横向滑轨梁2的上端外表面两侧均固定安装有拱形支撑梁21，且拱形支撑梁21的下端固定安装有横向梁滑动导轨24，所述横向梁滑动导轨24的上端外表面设有横向梁齿条导轨25，所述横向滑轨梁2与纵向滑轨梁3之间活动安装有纵向梁连接槽轨22，且纵向梁连接槽轨22靠近横向滑轨梁2的一端外表面一侧活动安装有伺服驱动电机23，所述横向梁滑动导轨24的上端外表面中间位置活动安装有滑轨梁转接机构10，且滑轨梁转接机构10的下端活动安装有竖直滑轨梁组件9，所述竖直滑轨梁组件9的下端活动安装有拧紧轴组件8，所述拱形支撑梁21远离车间主体12的一侧活动安装有构架寻址定位机构11；

如图3所示，所述拧紧轴组件8的上端活动安装有水平旋转伺服电机81，且水平旋转伺服电机81的下端活动安装有保持架82，所述保持架82的前端外表面活动安装有转盘87，且保持架82的下端外表面活动安装有拧紧轴连接件85，所述拧紧轴连接件85的前端外表面活动安装有拧紧轴86，且拧紧轴连接件85的后端外表面固定安装有相机支架84，所述相机支架84的上端外表面活动安装有视觉识别相机83，所述水平旋转伺服电机81及视觉识别相机83均与电控系统箱1之间电性连接；

如图4所示，所述翻转作业机构5的上端外表面两侧均固定安装有钢结构支架52，所述钢结构支架52远离翻转作业机构5的一侧外表面上端位置活动安装有竖直旋转伺服电机51，且钢结构支架52靠近翻转作业机构5的一侧外表面上端位置活动安装有构架承载工装53，所述构架承载工装53靠近钢结构支架52的一侧外表面下端位置活动安装有构架水平夹紧电机54，且构架承载工装53远离钢结构支架52的一侧外表面对应构架水平夹紧电机54的位置活动安装有构架水平夹紧滑动机构55，所述竖直旋转伺服电机51及构架水平夹紧电机54均与电控系统箱1之间电性连接。

通过采用上述技术方案，翻转作业机构5中构架承载工装53上的构架水平夹紧电机54得到指令旋转，将构架水平夹紧滑动机构55从构架工件两侧同时向前推进，动车构架工件4被从两侧和上下方向上定位并夹紧，构架寻址定位机构11开机工作，开始数据搜集，伺服驱动电机23接收到信号开始转动，驱动横向滑轨梁2在纵向滑轨梁3上滑动，构架寻址定位机构11搜索到动车构架工件4后，通过系统预先设计的补偿量，使得横向滑轨梁2中心轴线与动车构架工件4的中心位置对齐，系统通过驱动横向滑轨梁2在纵向滑轨梁3上滑动，结合滑轨梁转接机构10承载着竖直滑轨梁组件9在横向滑轨梁2的横向梁齿条导轨25上滑动，来完成对动车构架工件4上表面零件和螺栓的装配和拧紧作业，系统通过结合横向滑轨梁2在纵向滑轨梁3上纵向滑动，滑轨梁转接机构10承载着竖直滑轨梁组件9和拧紧轴组件8在横向滑轨梁2的横向梁齿条导轨25上横向移动，再结合拧紧轴组件8本身水平旋转伺服电机81的水平转动和转盘87的斜向转动，可以完成对动车构架工件4上竖直面表面零件和螺栓的装配和拧紧作业，多个动车构架工件4同时作业，前面的动车构架工件4顶面和四个里面的零件和螺栓装配作业完成后，在构架寻址定位机构11的数据指引下，横向滑轨梁2通过纵向滑轨梁3沿着纵向滑动到下一个动车构架工件4的位置，继续前面的作业，已经作业完成顶面和四个竖直面的构架零件，翻转作业机构5上的竖直旋转伺服电机51接收到指令，通过两台竖直旋转伺服电机51的同时动作，将动车构架工件4翻转180°，为横向滑轨梁2返回时装配和安装动车构架工件4底部的零件做好了准备，横向滑轨梁2在将其余的动车构架工件4顶部和四个竖直面的零件的螺栓装配作业完成后，在构架寻址定位机构11的数据指引下，在纵向滑轨梁3上进行返程滑动，同时竖直滑轨梁组件9和拧紧轴组件8根据拧紧轴组件8上的视觉识别相机83将位置和姿态调整完毕，继续进行动车构架工件4底面零件的螺栓装配，如此反复，最后，系统将所有的已经翻转过来的动车构架工件4底面的零件螺栓作业完毕后，系统自动回归零位，系统工作结束。

具体的，如图4所示，所述翻转作业机构5的上端外表面两侧均固定安装有钢结构支架52，所述钢结构支架52远离翻转作业机构5的一侧外表面上端位置活动安装有竖直旋转伺服电机51，且钢结构支架52靠近翻转作业机构5的一侧外表面上端位置活动安装有构架承载工装53，所述构架承载工装53靠近钢结构支架52的一侧外表面下端位置活动安装有构架水平夹紧电机54，且构架承载工装53远离钢结构支架52的一侧外表面对应构架水平夹紧电机54的位置活动安装有构架水平夹紧滑动机构55，所述竖直旋转伺服电机51及构架水平夹紧电机54均与电控系统箱1之间电性连接。

通过采用上述技术方案，翻转作业机构5中构架承载工装53上的构架水平夹紧电机54得到指令旋转，将构架水平夹紧滑动机构55从构架工件两侧同时向前推进，动车构架工件4被从两侧和上下方向上定位并夹紧，翻转作业机构5上的竖直旋转伺服电机51接收到指令，通过两台竖直旋转伺服电机51的同时动作，将动车构架工件4翻转180°，为横向滑轨梁2返回时装配和安装动车构架工件4底部的零件做好了准备。

具体的，如图4所示，所述竖直旋转伺服电机51与构架承载工装53之间转动连接，所述构架水平夹紧电机54与构架水平夹紧滑动机构55之间转动连接。

通过采用上述技术方案，翻转作业机构5中构架承载工装53上的构架水平夹紧电机54得到指令旋转，将构架水平夹紧滑动机构55从构架工件两侧同时向前推进，动车构架工件4被从两侧和上下方向上定位并夹紧，翻转作业机构5上的竖直旋转伺服电机51接收到指令，通过两台竖直旋转伺服电机51的同时动作，将动车构架工件4翻转180°。

具体的，如图3所示，所述拧紧轴组件8的上端活动安装有水平旋转伺服电机81，且水平旋转伺服电机81的下端活动安装有保持架82，所述保持架82的前端外表面活动安装有转盘87，且保持架82的下端外表面活动安装有拧紧轴连接件85，所述拧紧轴连接件85的前端外表面活动安装有拧紧轴86，且拧紧轴连接件85的后端外表面固定安装有相机支架84，所述相机支架84的上端外表面活动安装有视觉识别相机83，所述水平旋转伺服电机81及视觉识别相机83均与电控系统箱1之间电性连接。

通过采用上述技术方案，滑轨梁转接机构10承载着竖直滑轨梁组件9和拧紧轴组件8在横向滑轨梁2的横向梁齿条导轨25上横向移动，再结合拧紧轴组件8本身水平旋转伺服电机81的水平转动和转盘87的斜向转动，可以完成对动车构架工件4上竖直面表面零件和螺栓的装配和拧紧作业，竖直滑轨梁组件9和拧紧轴组件8根据拧紧轴组件8上的视觉识别相机83将位置和姿态调整完毕。

具体的，如图3所示，所述保持架82与拧紧轴连接件85之间的夹角为45°。

通过采用上述技术方案，结合拧紧轴组件8本身水平旋转伺服电机81的水平转动和转盘87的斜向转动，可以完成对动车构架工件4上竖直面表面零件和螺栓的装配和拧紧作业。

具体的，如图1和图2所示，所述纵向梁连接槽轨22与纵向滑轨梁3之间滑动连接。

通过采用上述技术方案，伺服驱动电机23带动纵向梁连接槽轨22在纵向滑轨梁3上滑动，从而带动驱动横向滑轨梁2在纵向滑轨梁3上滑动。

具体的，如图1和图2所示，所述滑轨梁转接机构10通过横向梁齿条导轨25与横向梁滑动导轨24之间滑动连接。

通过采用上述技术方案，滑轨梁转接机构10承载着竖直滑轨梁组件9和拧紧轴组件8在横向滑轨梁2的横向梁齿条导轨25上横向移动，再结合拧紧轴组件8本身水平旋转伺服电机81的水平转动和转盘87的斜向转动，可以完成对动车构架工件4上竖直面表面零件和螺栓的装配和拧紧作业。

具体的，如图1和图2所示，所述伺服驱动电机23及构架寻址定位机构11与电控系统箱1之间电性连接。

通过采用上述技术方案，构架寻址定位机构11用于对动车构架工件4进行搜索，通过伺服驱动电机23带动驱动横向滑轨梁2在纵向滑轨梁3上滑动。

使用方法：使用时，首先系统开机自检，所有坐标轴回归零位，然后动车构架工件4搬运输送线启动，搬运吊车将动车构架工件4搬运到位，翻转作业机构5中构架承载工装53上的构架水平夹紧电机54得到指令旋转，将构架水平夹紧滑动机构55从构架工件两侧同时向前推进，动车构架工件4被从两侧和上下方向上定位并夹紧，构架寻址定位机构11开机工作，开始数据搜集，伺服驱动电机23接收到信号开始转动，驱动横向滑轨梁2在纵向滑轨梁3上滑动，构架寻址定位机构11搜索到动车构架工件4后，通过系统预先设计的补偿量，使得横向滑轨梁2中心轴线与动车构架工件4的中心位置对齐，系统通过驱动横向滑轨梁2在纵向滑轨梁3上滑动，结合滑轨梁转接机构10承载着竖直滑轨梁组件9在横向滑轨梁2的横向梁齿条导轨25上滑动，来完成对动车构架工件4上表面零件和螺栓的装配和拧紧作业，系统通过结合横向滑轨梁2在纵向滑轨梁3上纵向滑动，滑轨梁转接机构10承载着竖直滑轨梁组件9和拧紧轴组件8在横向滑轨梁2的横向梁齿条导轨25上横向移动，再结合拧紧轴组件8本身水平旋转伺服电机81的水平转动和转盘87的斜向转动，可以完成对动车构架工件4上竖直面表面零件和螺栓的装配和拧紧作业，多个动车构架工件4同时作业，前面的动车构架工件4顶面和四个里面的零件和螺栓装配作业完成后，在构架寻址定位机构11的数据指引下，横向滑轨梁2通过纵向滑轨梁3沿着纵向滑动到下一个动车构架工件4的位置，继续前面的作业，已经作业完成顶面和四个竖直面的构架零件，翻转作业机构5上的竖直旋转伺服电机51接收到指令，通过两台竖直旋转伺服电机51的同时动作，将动车构架工件4翻转180°，为横向滑轨梁2返回时装配和安装动车构架工件4底部的零件做好了准备，横向滑轨梁2在将其余的动车构架工件4顶部和四个竖直面的零件的螺栓装配作业完成后，在构架寻址定位机构11的数据指引下，在纵向滑轨梁3上进行返程滑动，同时竖直滑轨梁组件9和拧紧轴组件8根据拧紧轴组件8上的视觉识别相机83将位置和姿态调整完毕，继续进行动车构架工件4底面零件的螺栓装配，如此反复，最后，系统将所有的已经翻转过来的动车构架工件4底面的零件螺栓作业完毕后，系统自动回归零位，系统工作结束，动车构架工件4搬运输送线再次启动，将已经作业完成的动车构架工件4搬离工位，继续进行后面的工件作业。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。