一種機器人鎖鉚鉚接系統及其精密伺服鉚壓機的制作方法

本發明涉及機器人鉚接設備技術領域，特別是涉及一種機器人鎖鉚鉚接系統及其精密伺服鉚壓機。

背景技術：

傳統的鉚接設備多為氣壓、液壓或者氣液增壓等方式，其特點是：只能以恒定的速度和設定好的壓力進行鉚接,相應的缺點是：壓裝速度不能實現無級可跳,壓力不穩定、不具備壓力/位移全過程的判定功能，產品鉚接過程質量無法監控等。且設備的兼容性差，換產麻煩，鉚接不同的產品需要配備不同的工裝模具，增加工裝硬件成本和人工調試成本。此外，氣壓噪音大，設備體積龐大，無法應用于機器人生產線，能耗大，污染嚴重。

同時，壓力檢測多為動態測量，具體為將所述壓力傳感器設置在鉚接設備的工作頭的端部，或者設置在運動選裝的主軸上，這樣設置的傳感器因為會隨著鉚接主軸或工作頭運動而影響壓力的測量結果，使得壓力傳感器測量的過程會隨著工作頭或主軸運動和旋轉，這樣得到的測量結果為動態測量，是間接測量值，其結果不精準，同時容易將與壓力傳感器連接的導線扯斷失效，使得鉚接設備的工作可靠性大大降低，再者，設置在工作頭端部或主軸上，由于工作頭部或主軸存在旋轉或直線運動，所以無法對壓力傳感器進行標定，進一步影響測量值，而且，采用這種動態的設置方式無法事先對壓力檢測器進行標定，使得壓力檢測器件存在零點漂移，導致檢測的結果不準確，最后，對于控制系統而言也沒法很好的實現閉環控制。

以上背景技術內容的公開僅用于輔助理解本發明的發明構思及技術方案，其并不必然屬于本專利申請的現有技術，在沒有明確的證據表明上述內容在本專利申請的申請日已經公開的情況下，上述背景技術不應當用于評價本申請的新穎性和創造性。

技術實現要素：

本發明的目的在于提出一種機器人鎖鉚鉚接系統及其精密伺服鉚壓機，以解決上述現有技術存在的鉚接/鉚壓等操作無法保證壓力的檢測精度及不能很好實現閉環控制的技術問題。

為此，本發明提出一種精密伺服鉚壓機，包括鉗體、送料機構、導向防轉機構、鉚壓動力機構、檢測機構和控制系統，所述檢測機構包括壓力檢測器、位移檢測器和壓力傳導件，所述鉗體上設有導向防轉機構和送料機構，所述鉚壓動力機構與所述導向防轉機構連接，所述鉚壓動力機構包括基座，和設于所述基座中的動力部件，以及固定安裝于所述基座中的壓力檢測器，所述基座上設有壓蓋，通過所述壓蓋以一預緊力將所述壓力檢測器靜壓預緊安裝于所述動力部件與所述壓蓋之間，所述壓力檢測器與所述動力部件無接觸，所述導向防轉機構的作用力依次經由與其連接的所述鉚壓動力機構、壓力傳導件輸出以實現壓力的準確傳遞，并通過所述壓力檢測器、位移檢測機構和控制系統實現鉚壓過程中壓力和位移的閉環在線控制。

優選地，本發明還可以具有如下技術特征：

所述動力部件包括伺服電機及其減速機構，以及與所述減速機構連接的絲桿機構，所述位移檢測器為內置于所述伺服電機中的旋轉編碼器，所述動力部件上設有接近傳感器，所述壓力檢測器為壓力傳感器，所述壓力傳感器用于檢測所述導向防轉機構的作用力，所述旋轉編碼器用于將絲桿機構的旋轉角度轉換為直線位移。

所述減速機構由所述伺服電機的動力軸、第一同步輪、第二同步輪和同步帶構成，所述絲桿機構包括絲桿及其螺母，所述螺母嵌設于所述基座上，所述導向防轉機構包括導向桿及其壓縮彈簧；所述絲桿與所述導向桿同軸地耦合，將所述絲桿的旋轉運動轉換為所述導向桿的直線運動；所述旋轉編碼器用于將所述絲桿機構的螺母的旋轉角度轉換為所述導向桿的直線位移，所述壓力傳感器和旋轉編碼器的輸出端接于所述控制系統。

所述鉗體包括上模、下模和定位桿，所述送料機構連接于所述上模，所述下模設有下模定位桿。

所述上模和下模可拆卸更換，使得該精密伺服鉚壓機可實現壓裝、沖壓、無鉚、鎖鉚、壓鉚等多種作業。

所述壓力傳感器包括傳感器本體，和內置于所述傳感器本體中的應變電阻，以及開設于所述傳感器本體上的通孔，所述壓力傳感器通過所述通孔套設于所述絲桿上，所述壓力傳導件設于所述螺母上，所述壓力傳導件為推力軸承，所述壓力傳感器設于所述推力軸承上。

所述導向防轉機構還包括導向套和防轉塊。

所述控制系統為CPU控制系統，輸入端包括DP通訊接口、I/O通訊接口、壓力傳感器接口、接近傳感器接口和啟停按鈕接口，分別用于接收外部輸入信號。

所述控制系統還包括控制設備主電源的斷路器和/或獨立的觸摸屏式操作按鈕盒。

本發明還提供一種機器人鎖鉚鉚接系統，包括機器人和鉚壓機，所述鉚壓機為前述任一項所述的精密伺服鉚壓機，所述精密伺服鉚壓機設于所述機器人的機械臂上，所述機器人根據所述控制系統的指令進行動作，以配合所述精密伺服鉚壓機完成鉚壓操作。

本發明與現有技術對比的有益效果包括：本發明的采用將所述壓力檢測器靜壓預緊安裝于所述動力部件與所述壓蓋之間，相比于現有的采用的將壓力檢測器設置在導向桿工作頭前端或運動旋轉的主軸上而言，本發明的設置方式避免了壓力傳感器動態測量的可能，因為將壓力檢測器固定安裝在基座上，在測量的過程中，壓力檢測器本體不會隨著導向桿或主軸的運動和旋轉而一起運動，實現了靜態測量的可能，同時，采用本發明的設置形式，可以對壓力傳感器進行預緊安裝，通過預緊安裝，可以通過一預緊力對其進行標定，標定后的壓力檢測器避免了零點漂移的可能，使得檢測的結構更為精準，本發明導向防轉機構的作用力通過依次經由與其連接的所述鉚壓動力機構、壓力傳導件輸出以實現壓力的準確傳遞，實現所述的動力經由所述導向防轉機構輸出以實現動力的準確傳遞，并通過所述壓力/位移檢測機構和控制系統實現鉚壓過程中壓力和位移的閉環在線控制，可獲得準確的鉚接壓力及鉚接位移，并能夠實現鉚接過程的閉環在線控制，這種檢測方式測得的值為直接測量測得的值，非間接測量得到的，相比于現有的間接測量得到的值而言，直接測量測得的值更為準確，進一步提高控制系統的精確度，靜態安裝的壓力檢測器不至于將與其連接的導線扯斷導致失效，提高的本發明的工作可靠性。

附圖說明

圖1是本發明具體實施方式一的結構示意圖；

圖2是本發明具體實施方式一的局部放大結構示意圖；

圖3是本發明具體實施方式一的另一局部放大結構示意圖；

圖4是圖2中主要組成部件的爆炸圖；

圖5是所述絲桿機構和送料機構的爆炸圖；

圖6是本發明一個實施例的控制系統分布示意圖；

圖7是本發明一個實施例的主電路接線圖；

圖8是本發明一個實施例的控制電路接線圖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式并對照附圖對本發明作進一步詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。

參照以下附圖1-8，將描述非限制性和非排他性的實施例，其中相同的附圖標記表示相同的部件，除非另外特別說明。

一種機器人鎖鉚鉚接系統，如圖1所示，包括機器人80和設于其機械臂801上的精密伺服鉚壓機。其中，所述機器人80可采用現有技術的機器人，本實施例中不做詳細描述。

所述精密伺服鉚壓機，如圖1和圖2所示，包括鉗體10、送料機構20、導向防轉機構30、鉚壓動力機構40、檢測機構和控制系統50，所述檢測機構包括壓力檢測器、位移檢測器和壓力傳導件，所述鉗體10上設有導向防轉機構30和送料機構20，所述鉚壓動力機構40與所述導向防轉機構30連接，所述鉚壓動力機構40包括基座404，和設于所述基座404中的動力部件，以及固定安裝于所述基座404中的壓力檢測器，所述基座404上設有壓蓋4015，通過所述壓蓋4015以一預緊力將所述壓力檢測器靜壓預緊安裝于所述動力部件與所述壓蓋4015之間，所述壓力檢測器與所述動力部件無接觸，所述送料機構20和導向防轉機構30分別固設于所述鉗體10上，所述導向防轉機構30的作用力依次經由與其連接的所述鉚壓動力機構40、壓力傳導件輸出以實現壓力的準確傳遞，并通過所述壓力檢測器、位移檢測機構和控制系統50實現鉚壓過程中壓力和位移的閉環在線控制。圖2所示中的P1、P2為本實施例中所要鉚接的兩個板材。

如圖3所示，所述動力部件包括伺服電機409及其減速機構，以及與所述減速機構連接的絲桿機構，所述位移檢測器為內置于所述伺服電機409中的旋轉編碼器，所述壓力檢測器為壓力傳感器407，所述壓力傳感器407用于檢測所述導向防轉機構30的作用力，所述旋轉編碼器用于將絲桿機構的旋轉角度轉換為直線位移。所述鉚壓動力機構40還包括接近傳感器408。

如圖3、圖4和圖5所示，所述絲桿機構包括絲桿401及其螺母，所述螺母嵌設于所述基座404上，所述導向防轉機構30包括導向桿3102及其壓縮彈簧3103；所述絲桿401為行星滾柱絲桿；所述絲桿401與所述導向桿3102同軸地耦合，將所述絲桿401的旋轉運動轉換為所述導向桿3102的直線運動；所述旋轉編碼器用于將所述絲桿機構的螺母的旋轉角度轉換為所述導向桿3102的直線位移，所述壓力傳感器407和旋轉編碼器的輸出端接于所述控制系統50。

所述減速機構由所述伺服電機409的動力軸、第一同步輪4010、第二同步輪405和同步帶4031構成，所述第一同步輪4010與所述動力軸相連，所述第二同步輪405設于所述螺母上，所述螺母嵌設于所述基座上，所述動力軸驅動所述第一同步輪4010旋轉，經所述同步帶4031帶動所述第二同步輪405旋轉，進而驅動螺母旋轉，與所述螺母嚙合的行星滾柱絲桿401在螺母旋轉運動下，作直線運動。

11、圖3及圖4所示的爆炸圖中，顯示了一個具體實施方式的鉚壓動力機構40核心部件，所述壓力傳導件由推力軸承406組成，包括伺服電機409、接近傳感器408、絲桿401、壓力傳感器407、推力軸承406、第一同步輪4010、第二同步輪405、基座404、角接觸球軸承403和連接座402等。其中，所述壓力傳感器407包括傳感器本體，和內置于所述傳感器本體中的應變電阻，以及開設于所述傳感器本體上的通孔，所述壓力傳感器407通過所述通孔套設于所述絲桿401上，所述壓力傳感器407設于所述推力軸承406上。通過在行星滾柱絲桿401后端的壓力傳導件(推力軸承406)上設置壓力傳感器407，以及在壓力傳感器407上設置通孔，在工作鉚壓的過程中，雖然行星滾柱絲桿401存在旋轉，但通孔的設置使得壓力傳感器407不與絲桿401接觸，通過推力軸承的設置可以防止壓力傳感器407跟隨絲桿401一起運動，實現了靜態的測量，將所述壓力傳感器407靜壓預緊安裝于所述動力部件與所述壓蓋4015之間，該設置方式可進一步提高檢測精度，避免了壓力傳感器407動態測量，可實現了靜態測量，通過預緊安裝，可以通過一預緊力對其進行標定，標定后的壓力檢測器避免了零點漂移的可能，使得檢測的結構更為精準，這種檢測方式測得的值為直接測量測得的值，非間接測量得到的，其值更為準確，提高控制系統的精確度，有利于閉環控制，且相比于其它設置結構設計方式，能夠解決使用中電纜折斷的問題，設置在行星滾柱絲桿401上后端的壓力傳感器407，相比于傳統的壓力傳感器的結構而言，需要開設通孔，并在傳感器本體中設置應變片，雖然制作需更加精細，難度增加，精度要求更高，但能帶來良好的檢測效果。

如圖5所示，所述導向防轉機構30還包括軸套3104、導套3111及配套的固定塊3105和U型塊3106等，所述導向桿3102的端部還設有耐磨套3101。圖中，送料機構20通過鎖緊螺母3110及其兩側的第一墊圈3107、第二墊圈3109連接于所述導向套3104上。

所述鉗體10包括上模、下模和定位桿，所述送料機構20連接于所述上模，所述下模設有下模定位桿。所述上模和下模可拆卸更換，使得該精密伺服鉚壓機可實現壓裝、沖壓、無鉚、鎖鉚、壓鉚等多種作業。

如圖6所示，所述控制系統50為CPU控制系統，輸入端包括DP通訊接口、I/O通訊接口5001、壓力傳感器接口5004、接近傳感器接口5002和啟停按鈕接口5003，分別用于接收外部輸入信號。如圖1和圖7所示，所述控制系統50的主電路還可包括控制設備主電源的斷路器503，以及獨立的觸摸屏式操作按鈕盒60。所述CPU控制系統的輸入端接所述觸摸屏式操作盒60的輸出端，CPU控制系統的輸出端接所述伺服電機409的輸入端。設備主電源經過所述斷路器(帶保護模塊)，并通過噪聲濾波器504直接驅動交流伺服驅動器502，同時，經過開關電源503降壓及直流濾波器506濾波后供電給CPU控制系統。交流伺服驅動器向伺服電機409提供驅動力，CPU控制系統接收外部輸入信號(如限位傳感器、壓力傳感器、按鈕、開關等提供的信號)，識別及處理向伺服電機409輸出，執行動作。如圖8所示，顯示了一個優選實施例的控制電路接線圖，其包括并聯連接的控制系統電源啟停電路801和伺服電機啟停電路802，以及并聯連接的控制系統電源電路803、散熱風扇電路804和PLC電源電路805。

工作時，伺服電機409通過同步帶4031一級減速后驅動行星滾柱絲桿401的螺母旋轉，導向防轉機構30將行星滾柱絲桿401的旋轉運動轉換為導向桿3102的直線運動，旋轉編碼器將行星滾柱絲桿401螺母的旋轉角度轉換為導向桿3102的直線位移，壓力傳感器407檢測導向桿3102的輸出力，借由變送器70傳送至所述交流伺服驅動器502，并由控制系統50根據旋轉編碼器和壓力傳感器407的檢測結果進行適當控制，使得鉚壓力準確傳遞，從而實現精密伺服鉚壓機閉環在線控制鉚壓過程。同時，由于該精密伺服鉚壓機采用伺服控制系統與機械傳動機構相結合的結構，因此在工作中不會產生粉塵和油污，符合無塵潔凈車間標準。

本實施例的精密伺服鉚壓機由交流伺服電機通過同步帶4031一級減速驅動行星滾柱絲桿輸出力，通過壓力、位移檢測功能及控制系統間的配合，可以實現鉚壓全過程的監控，從而實現高精度的位置和壓力控制，有效控制被鉚接產品的質量。此外，本實施例的產品體積小，兼容性好，可簡化工裝，并通過所述DP通訊接口與機器人配合用于生產線的裝配，實現一機多用，它既可用于板與板之間的連接，也可以用于有過盈配合要求的壓力裝配，也可用于實驗室的壓力測試。相比于傳統鉚壓設備，本實施例的鉚壓機能降低能耗，減少環境污染，且噪音小。

本領域技術人員將認識到，對以上描述做出眾多變通是可能的，所以實施例僅是用來描述一個或多個特定實施方式。

盡管已經描述和敘述了被看作本發明的示范實施例，本領域技術人員將會明白，可以對其作出各種改變和替換，而不會脫離本發明的精神。另外，可以做出許多修改以將特定情況適配到本發明的教義，而不會脫離在此描述的本發明中心概念。所以，本發明不受限于在此披露的特定實施例，但本發明可能還包括屬于本發明范圍的所有實施例及其等同物。