CN111761345A - 一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于轨道车辆修理技术领域，并具体公开了一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统及方法。所述系统包括工装组件、支撑模块、集成于所述支撑模块上的六轴机器人模块和双轴拧紧模块以及主控机，主控机用于在所述拧紧轴和扭矩采集器与空气弹簧工件盖板上的螺栓对准后向所述拧紧轴控制器发送拧紧指令，并根据所述拧紧轴和扭矩采集器拧紧作业情况以及拧紧加工信息调整所述拧紧轴和扭矩采集器的旋转角度。所述方法包括：工件安装，坐标点信息以及拧紧加工信息识别、运动路径信息和旋转角度信息生成、拧紧轴与螺栓垂直对准，拧紧加工及扭矩测量和采集。本发明能自动完成对空气弹簧工件上盖板的多个螺栓的寻址和定位，实现了自动化拧紧作业。

Description

一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统及方法

技术领域

本发明属于轨道车辆修理技术领域，更具体地，涉及一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统及方法。

背景技术

对于和谐号动车组380B/BL空气弹簧组件，由于其主体结构采用气囊充气的结构形式，在顶部气囊盖板安装时，气囊为弹性状态，空气弹簧整体呈浮动结构。因此，在空簧顶部盖板的安装过程种如何保证其结构稳定性，以及如何能保证在空气弹簧整体呈浮动结构、螺栓数量多、螺栓拧紧扭矩较大的情况下螺栓的均匀压紧，防止出现螺栓倾斜受力的情况，成为空簧零件安装的难点和重中之重。

目前，由于缺少专业的拧紧系统设备和工具，动车段高级修转向架车间空气弹簧组装工位的作业方式如下：(1)采用普通机械扳手+人工辅助定位和夹紧的方式。其实现方式是：现场一个作业小组有三个人，一个人负责空簧零部件清洁安装和螺栓预紧，第二个人负责用手动扳手将螺栓拧紧，另外由于弹簧气囊呈弹性和柔性状态，盖板安装时空簧整体呈浮动结构，第三个人负责第二个人在用扳手拧紧螺栓时，用胳膊将弹簧盖板抱住，以减小其晃动量。由于空簧盖板固定螺栓数量多，现场作业人员需要不停的移动和变化位置，作业效率低，劳动强度大；使用普通机械扳手，对作业人员的经验依赖性较大，螺栓的拧紧精度低，扭矩数据无法采集，也无真实数据保留，后续追溯困难。(2)采用手动无线伺服力矩扳手+人工辅助定位和夹紧方式。与(1)相比，采用手动伺服扳手，提高了螺栓的拧紧精度，在拧紧的同时扳手将螺栓的扭矩值进行采集和保存，用于后续工位的数据追溯。但是由于是单轴手动作业，空气弹簧呈浮动状态的弊端没有克服，螺栓拧紧时，仍然需要专门有一个人用胳膊抱住或辅助空气弹簧的盖板，另外一个人手持扳手用手劲将螺栓进行拧紧，劳动强度高，依赖工人的作业经验。(3)当下新冠肺炎疫情当前，作业现场无消毒措施。

基于上述缺陷和不足，本领域亟需对现有的空气弹簧组件的拧紧设备及方法做出进一步的改进设计，构建智能化、安全化的空簧拧紧设备及方法，以提高工作效率、保证作业人员健康安全。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统及方法，能自动完成对空气弹簧工件上盖板的多个螺栓的寻址和定位，实现了自动化拧紧作业，节省了人工作业时间，提高了作业效率。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统，包括工装组件、支撑模块、集成于所述支撑模块上的六轴机器人模块和双轴拧紧模块以及主控机，其中，

所述工装组件用于工装空气弹簧工件；

所述双轴拧紧模块设于所述六轴协作机器人的末端，包括信息识别装置、拧紧轴和扭矩采集器以及拧紧轴控制器，所述信息识别装置用于识别空气弹簧工件的坐标点信息以及拧紧加工信息，并将该坐标点信息以及加工信息传输给主控机，以生成六轴机器人模块的运动路径信息，所述拧紧轴控制器根据所述主控机发送的拧紧指令，控制所述拧紧轴和扭矩采集器拧紧空气弹簧工件盖板上的螺栓，并对螺栓扭矩进行延时保持，同时，所述拧紧轴和扭矩采集器采集螺栓扭矩值并将该扭矩值发送给主控机；

所述六轴机器人模块包括机器人控制器以及六轴协作机器人，所述机器人控制器与所述主控机通信连接，用于将所述主控机发送的运动路径信息转化为六轴协作机器人驱动电机的伺服信号，所述六轴协作机器人根据驱动电机的伺服信号驱动所述拧紧轴和扭矩采集器与空气弹簧工件盖板上的一对螺栓对准；

所述主控机用于在所述拧紧轴和扭矩采集器与空气弹簧工件盖板上的螺栓对准后向所述拧紧轴控制器发送拧紧指令，并根据所述拧紧轴和扭矩采集器拧紧作业情况以及拧紧加工信息调整所述拧紧轴和扭矩采集器的旋转角度。

其中，拧紧加工信息包括拧紧轴和扭矩采集器与空气弹簧工件的相对位姿信息、空气弹簧工件盖板上的螺栓在六轴协作机器人基坐标系中的位置，以及相邻两对盖板上的螺栓的角度信息。

作为进一步优选的，所述支撑模块包括主支撑支架以及协作机器人支架，所述支撑模块与地基固定连接，所述协作机器人支架固定设于所述主支撑支架上，用于支撑所述六轴协作机器人。

作为进一步优选的，所述信息识别装置设于所述拧紧轴和扭矩采集器上，该信息识别装置包括视觉识别相机和激光测距传感器，所述视觉识别相机用于识别空气弹簧工件的坐标点信息以及空气弹簧工件盖板上的螺栓的图像信息，所述激光测距传感器用于测量所述拧紧轴和扭矩采集器与空气弹簧工件盖板上的螺栓的距离信息。

作为进一步优选的，所述拧紧轴和扭矩采集器包括拧紧轴以及设于所述拧紧轴上的扭矩数据采集器，所述拧紧轴包括旋转轴、双轴拧紧支架、以及两个拧紧组件，所述旋转轴一端通过法兰与所述六轴协作机器人的末端可转动连接，另一端与所述双轴拧紧支架固定连接，两个所述拧紧组件固定设置在所述双轴拧紧支架两端。

进一步的，双轴拧紧支架上设有滑轨，拧紧组件通过滑块与滑轨可滑动连接，以此方式，可调整两个拧紧组件之间的间距，提高本发明系统的适用性。

作为进一步优选的，所述拧紧组件包括依次连接的拧紧电机、编码器以及拧紧刀具。此外，在拧紧电机与拧紧刀具之间还设有调速器。

作为进一步优选的，所述主控机包括控制柜，该控制柜设于支撑模块的旁侧，所述主控机还包括设于所述支撑模块上的系统显示屏、数据采集模块、数据处理模块以及通信模块，其中，所述数据处理模块集成有图像处理器。

作为进一步优选的，还包括紫外线杀毒模块以及报警模块，该紫外线杀毒模块以及报警模块均设置于所述支撑模块的顶部，所述报警模块用于在所述紫外线杀毒模块工作前的指定时间内发出报警指令；

所述机器人空簧双轴自动拧紧系统还包括设于车间门上的智能锁，所述智能锁与主控机通信连接，用于在报警模块发出报警指令后的指定时间点锁止。

作为进一步优选的，还包括固定设于所述支撑模块竖直壁上的光栅传感器。

按照本发明的另一个方面，提供一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧方法，包括以下步骤：

S1将六轴机器人模块位置及数据归零；

S2将空气弹簧工件吊装至工装组件上；

S3信息识别装置对空气弹簧工件以及六轴机器人模块进行识别，并将其识别的空气弹簧工件坐标点信息以及拧紧加工信息发送给主控机；

S4主控机根据空气弹簧工件坐标点信息以及拧紧加工信息进行处理，以生成六轴机器人模块的运动路径信息和拧紧轴和扭矩采集器的旋转角度信息，并将该信息发送给机器人控制器；

S5所述机器人控制器根据运动路径信息和旋转角度信息转化为六轴协作机器人驱动电机的伺服信号；

S6所述六轴协作机器人驱动电机根据所述伺服信号驱动六轴协作机器人动作，使得拧紧轴和扭矩采集器与空气弹簧工件的盖板上的一对螺栓垂直对准；

S7所述主控机向拧紧轴控制器发送拧紧指令，所述拧紧轴控制器根据该拧紧指令控制所述拧紧轴和扭矩采集器拧紧空气弹簧工件盖板上的螺栓，并对螺栓扭矩进行延时保持，同时，所述拧紧轴和扭矩采集器采集螺栓扭矩值并将该扭矩值发送给主控机；

S8所述拧紧轴和扭矩采集器完成一对螺栓拧紧工作后，所述六轴协作机器人向上抬升指定距离，然后驱动拧紧轴和扭矩采集器旋转至与下一对螺栓对准后下降上述抬升的指定距离；

S9重复步骤S7至步骤S8，直至完成空气弹簧工件盖板上所有螺栓的拧紧工作，所述六轴协作机器人回位并驱动所述拧紧轴和扭矩采集器回位。

作为进一步优选的，在执行步骤S1之前，还包括一下步骤：

S01开启报警模块，提示工作人员离开车间；

S02开启紫外线杀毒模块，对工作间进行紫外线杀毒，并锁止车间门；

S03紫外线杀毒完成，开启车间门；

步骤S2还包括以下步骤：

空气弹簧工件吊装完成后，主控机控制光栅传感器检测车间人员离开状况，若人员离开，执行步骤S3，否则，报警模块提示报警，直至人员离开。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明通过采用视觉及图像识别处理技术、激光定位传感器技术、并与六自由度协作机器人控制技术、自动完成了对空气弹簧工件上盖板的多个螺栓的寻址和定位、以及自动化拧紧作业，节省了人工作业时间，提高了作业效率。

2.本发明通过采用六轴协作机器人与双轴拧紧轴协同作业定点刹车技术，避免了在空气弹簧气囊呈弹性和柔性状态下，盖板安装与空簧整体呈浮动结构时，依靠人工抱紧的方式来保持工件稳定，作业强度大和作业不方便的问题

3.本发明通过采用双轴电动拧紧技术和扭矩传感器数据采集技术，与人工手动扳手拧紧作业相比提高了扭矩作业精度、缩短了作业时间，提高了作业效率；

4.本发明通过光栅传感器技术与六自由度机器人智能控制技术相结合，避免了机器人作业时，有人员靠近的情况下，对人员造成碰撞伤害的问题。

5.本发明通过采用紫外线消毒灯，与系统作业节拍和作业时间相结合，在每天作业开始前一定时间和作业结束后，对作业现场工位进行杀毒，净化了工人的工作环境，为当前新冠病毒疫情形式下，作业工人的身体健康提供了保障。

总而言之，本发明根据空气弹簧工件的特点，相应的对其盖板上的螺栓拧紧系统进行了设计和布局，通过信息识别装置识别工件与拧紧轴的位姿，并以此生成六轴协作机器人的运动路径，该运动路径包括了拧紧轴与螺栓对准路劲以及六轴协作机器人驱动拧紧轴旋转至下一个加工工位的路径，以此方式，自动完成了对空气弹簧工件上盖板的多个螺栓的寻址和定位，实现了自动化拧紧作业，节省了人工作业时间，提高了作业效率。

附图说明

图1是本发明实施例涉及的一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统的结构示意图；

图2是图1的另一视角的结构示意图；

图3是本发明实施例涉及的一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统的控制结构示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-控制柜、2-协作机器人支架、3-紫外线消毒灯、4-六轴协作机器人、5-拧紧轴控制器、6-机器人控制器、7-报警灯、8-系统显示屏、9-光栅传感器、10-拧紧轴和数据采集器、11-视觉识别相机和激光测距传感器、12-空气弹簧工件、13-双拧紧轴支架、14-工装组件、15-铝合金屏风

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1、图2以及图3所示，本发明实施例提供的一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统包括工装组件、支撑模块、集成于所述支撑模块上的六轴机器人模块和双轴拧紧模块以及主控机。

工装组件为金属焊接而成的框架结构，该框架结构的底部通过膨胀螺栓与地面固定连接，该框架结构的顶部开有固定安装孔，该固定安装孔通过螺栓与待加工的工件固定连接。在本发明中，框架结构的高度与六轴协作机器人4配合设置，以此方式，使得待加工的工件位于六轴协作机器人4的运动范围内。

支撑模块包括主支撑支架15、协作机器人支架2以及包覆在主支撑支架上的铝合金屏风。其中，主支撑支架15为U字型的框架结构，其可由横纵金属架焊接而成，其底部通过膨胀螺栓与地面固定连接，其U字型的框架结构内侧用于集成本系统涉及的其他相关部件。

主控机用于在所述拧紧轴和扭矩采集器10与空气弹簧工件12盖板上的螺栓对准后向所述拧紧轴控制器5发送拧紧指令，并根据所述拧紧轴和扭矩采集器10拧紧作业情况以及拧紧加工信息调整所述拧紧轴和扭矩采集器10的旋转角度。其包括控制柜1、系统显示屏8、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、通信模块、图像处理器、报警和语音提示模块以及人员识别模块。通信模块用于与系统中的各相关部件进行通信连接，该通信连接的方式可通过无线网进行连接或者网线、网卡等方式进行连接。数据采集模块通过通信模块与拧紧轴控制器5、机器人控制器6、信息识别装置等连接，用于采集加工作业数据，并将该加工作业数据发送给数据存储模块进行存储。数据处理模块用于对加工作业数据进行分析处理。

双轴拧紧模块设于所述六轴协作机器人4的末端，包括信息识别装置、拧紧轴和扭矩采集器10以及拧紧轴控制器5。其中，信息识别模块用于在系统进行加工作业时，拍摄空气弹簧工件12与拧紧轴和扭矩采集器10的照片，并测量空气弹簧工件12与拧紧轴和扭矩采集器10之间的距离，同时，将该照片及距离发送给图像处理模块，图像处理模块对该照片进行分析处理，确定空气弹簧工件12的坐标点信息，同时，提取空气弹簧工件12盖板上的螺栓在六轴协作机器人4基坐标系中的坐标点，然后根据空气弹簧工件12的坐标点信息以及空气弹簧工件12盖板上的螺栓在六轴协作机器人4基坐标系中的坐标点确定拧紧轴和扭矩采集器10在拧紧加工过程中的旋转角度。其具体如下：首先确定空气弹簧工件12盖板的中心，然后以该中心为中心点，连接空气弹簧工件12盖板上相对的两个螺栓，形成多条线段，测量相邻线段之间的夹角，该夹角即为拧紧加工过程中的旋转角度。通过确定空气弹簧工件12盖板上螺栓的个数，可设定六轴协作机器人在拧紧加工过程中定点刹车的次数，如空气弹簧工件12盖板上螺栓的个数为2N，那么定点刹车的次数为N-1次。进一步的，为了实现拧紧轴和扭矩采集器10与一对空气弹簧工件12盖板上螺栓的精确对准，通过测量空气弹簧工件12与拧紧轴和扭矩采集器10之间的相对位姿，然后数据处理模块根据该相对位姿生成六轴协作机器人的对准运动路径信息，然后机器人控制器5根据该对准运动路径信息转化为六轴协作机器人4驱动电机的伺服信号，然后六轴协作机器人4根据该伺服信号驱动所述拧紧轴和扭矩采集器10与空气弹簧工件12盖板上的螺栓垂直对准，然后，信息识别装置继续测量空气弹簧工件12与拧紧轴和扭矩采集器10之间的距离，该距离即为拧紧加工过程中所述拧紧轴和扭矩采集器10向下运动的距离。在一对螺栓拧紧完成后，拧紧轴和扭矩采集器10向上运动至指定位置，然后旋转拧紧加工过程中的旋转角度，进行下一对螺栓的拧紧工作。

更具体而言，信息识别装置设于所述拧紧轴和扭矩采集器10上，该信息识别装置包括视觉识别相机和激光测距传感器，所述视觉识别相机用于识别空气弹簧工件12的坐标点信息以及空气弹簧工件12盖板上的螺栓的图像信息，所述激光测距传感器用于测量所述拧紧轴和扭矩采集器10与空气弹簧工件12盖板上的螺栓的距离信息。拧紧轴和扭矩采集器10包括拧紧轴以及设于所述拧紧轴上的扭矩数据采集器，所述拧紧轴包括旋转轴、双轴拧紧支架13、以及两个拧紧组件，所述旋转轴一端通过法兰与所述六轴协作机器人4的末端可转动连接，另一端与所述双轴拧紧支架13固定连接，两个所述拧紧组件固定设置在所述双轴拧紧支架13两端。拧紧组件包括依次连接的拧紧电机、编码器以及拧紧刀具。其中，编码器用于记录拧紧电机的转动圈数，拧紧刀具用于拧紧螺栓。此外，在拧紧电机与拧紧刀具之间还设有调速器。在本发明中，双轴拧紧支架13上设有滑轨，拧紧组件通过滑块与滑轨可滑动连接，以此方式，可调整两个拧紧组件之间的间距，提高本发明系统的适用性。

在拧紧过程中，拧紧轴控制器5根据所述主控机发送的拧紧指令，控制所述拧紧轴和扭矩采集器10拧紧空气弹簧工件12盖板上的螺栓，并对螺栓扭矩进行延时保持，同时，所述拧紧轴和扭矩采集器10采集螺栓扭矩值并将该扭矩值发送给主控机进行数据存储和显示。

作为本发明的优选方案，本发明系统还包括紫外线杀毒模块以及报警模块，该紫外线杀毒模块以及报警模块均设置于所述支撑模块的顶部，所述报警模块用于在所述紫外线杀毒模块工作前的指定时间内发出报警指令；所述机器人空簧双轴自动拧紧系统还包括设于车间门上的智能锁，所述智能锁与主控机通信连接，用于在报警模块发出报警指令后的指定时间点锁止。其中，紫外线杀毒模块可为紫外线消毒灯，报警模块包括报警灯7。

作为本发明的优选方案，本发明系统还包括固定设于所述支撑模块竖直壁上的光栅传感器9。

以下为本发明涉及的一个具体实施例，控制柜1通过地面预埋电缆与车间内电源联通，通过电源线给各个零部件供电，通过信号线与各个功能部件进行数据通讯。其中，为系统主控机的中央控制中心，其内部安装有系统主机和服务器、数据采集模块、数据分析模块和数据处理模块等对所有设备和零部件进行数据实时采集和处理，以及对整个系统的作业动作和节拍进行控制。协作机器人支架2通过膨胀螺栓与地面连接，顶部通过紧固螺钉与六轴协作机器人4的底座法兰相连接。整体为钢结构焊接而成，底部通过地脚螺栓调平后，通过连接件和膨胀螺栓与地面固定。紫外线消毒灯通过紧固螺钉与铝合金屏风固定，通过电源线和信号线与控制柜相连接。紫外线消毒模块采用紫外线消毒灯3，其杀菌效率达99.99％，杀毒过程无臭氧产生，确保工位无异味，杀毒范围在30～120平米之间可调，与主控机相结合，通过主控机程序设定后自动开启，对空簧作业工位进行开工前一个小时和完工后一个小时进行自动杀毒，并与作业车间自动门锁相关联，确保作业人员安全。六轴协作机器人4通过紧固螺钉与主支撑支架15连接固定，通过特制螺钉和定位销与双拧紧轴支架固定，通过电源线和信号线与机器人控制器6相连接。本发明中的六轴协作机器人4除了具备市场上所有六轴机器人的性能和优点之外，还针对空簧组装工位进行二次开发，与双轴拧紧轴协同作业，具备定点刹车功能，即六轴协作机器人4在机器人控制器6的控制作用下在指定位置定点刹车。拧紧轴控制器5通过紧固螺钉与铝合金屏风相连接，通过特制数据线与拧紧轴和扭矩采集器10相连接，通过电源线和网线与控制柜相连接。机器人控制器6通过紧固螺钉和主支撑支架与铝合金屏风连接固定，通过电源线和WIFI与控制柜1连接通讯，通过电源线和数据线与六轴协作机器人4相连接，其为六轴协作机器人4调试和指令收发控制工具，负责六轴协作机器人4的现场调试和坐标点定位和对位以及数据运算和核查等功能。报警灯7通过紧固螺钉与铝合金屏风固定，通过电源线和信号线与控制柜1相连接。报警灯7与主控机通信连接，对紫外线杀毒灯、六轴协作机器人和双轴拧紧轴的工作过程中进行报警指示和故障提示。系统显示屏8通过紧固螺钉和支架与铝合金屏风固定，通过电源线和数据线与主控机连接。通过主控机软件设定，对主控机采集和收发的动态进行实时显示，对当前作业过程、作业进度进行显示，对作业过程中的报警信息进行显示。光栅传感器9通过紧固螺钉和主支撑支架与铝合金屏风相连接，通过电源线和数据线与控制柜相连接。其主要用于人员防护，有主控机控制，当有人员靠近作业中的六轴协作机器人4时，进入光栅传感器9的栅栏范围时，系统自动停机，停止作业，防止对人员造成碰伤事故。拧紧轴和扭矩采集器10通过紧固螺钉与双轴拧紧支架13固定，通过特制数据线与拧紧轴控制器5相连接。拧紧轴整体为电力驱动，拧紧轴体和数据采集传感器为一体结构，在拧紧螺栓的同时，对螺栓的拧紧扭矩值进行实时采集，并通过数据线缆回传至拧紧轴控制器5。视觉识别相机和激光测距传感器11通过紧固螺钉和主支撑支架与双轴拧紧支架13相连接，通过电源线和数据线与主控机相连接。其通过实时拍照对比的方式对工件螺栓的孔位进行识别和坐标定位，通过激光测距原理，来实时反馈拧紧轴与工件的距离，是自动化装配和拧紧轴的关键部件。空气弹簧工件底部为一钢制底板，中间为一个橡胶材质的气囊，上部为一金属材质的盖板。平时作业橡胶气囊不充气，柔软有弹性，顶部盖板安装时，与底下气囊构成浮动结构。其通过定位孔直接放置在工装组件上，通过定位销与工装组件上表面定位。双轴拧紧支架13，采用紧固螺钉与六轴协作机器人末端通过法兰安装面固定连接，通过紧固螺钉和定位销与拧紧轴固定；工装组件通过膨胀螺栓与地面固定，通过定位销与定位孔与空簧工件定位；铝合金屏风通过膨胀螺栓与地面固定，通过紧固螺钉与紫外线消毒灯、拧紧轴控制器、光栅传感器和机器人控制器固定。

其工作流程如下：

A、根据程序设定，早上七点，紫外线杀毒模块开始工作，杀毒前一分钟，杀毒灯自带的蜂鸣报警器开始工作，报警模块发出语音提醒：车间杀毒工作即将开始，请人员离开。一分钟之后，主控机控制该车间智能锁锁止，车间门上锁，紫外线杀毒灯开启，对车间进行杀毒，大约30分钟后，紫外线杀毒灯自动停止工作，同时主控机控制该车间智能锁开启，车间门开锁，报警模块发出语音提醒：人员可以安全进入。

B、主控机根据程序设定，控制六轴协作机器人各个轴归零位，光栅传感器开机工作。

C、作业人员通过桁架吊将空簧工件吊装到空气弹簧工装组件台面上，并用定位销对工件进行定位。

D、光栅传感器检测到人员吊装离开后，主控机控制机器人视觉识别相机和激光测距传感器开启，视觉识别相机开始对空簧工件进行扫描。

E、视觉识别相机和激光测距传感器检测到空气弹簧工件，对空簧工件的坐标点进行采集后，将数据发送到主控机。

F、主控机将数据进行分析和处理后，生成六轴机器人模块的运动路径信息，将六轴机器人模块的运动路径信息发送机器人控制器，机器人控制器将其转化为六轴协作机器人各个伺服轴电机的伺服信号。

G、六轴协作机器人开始动作，六轴协作机器人各个轴根据读取到的机器人控制器发来的伺服信号驱动关节转动，将安装于六轴协作机器人末端法兰盘上的双拧紧轴支架移动到与空气弹簧工件表面垂直的位置。

H、视觉识别相机和激光测距传感器再次工作，对空簧工件盖板进行拍照，并将数据发送主控机。

I、主控机对数据进行分析和处理后，发出指令给机器人控制器，驱动六轴协作机器人带动拧紧轴支架进行角度微调，使得拧紧轴轴线与螺栓孔轴线对齐。

J、视觉识别相机将拧紧轴角度微调后的数据进行坐标采集，并发送至主控机。

K、主控机对数据进行分析和处理后，发出指令，控制六轴协作机器人的轴向角度旋转的伺服电机进行定点刹车，使得六轴协作机器人和双轴拧紧轴组合为刚性。

L、六轴协作机器人继续接受指令，带动拧紧轴支架沿垂直于空簧盖板工作面的方向进行轴向向下进给至指定位置。

M、中央控制中心发送指令给拧紧轴控制器，驱动拧紧轴进行旋转拧紧。

N、系统对空簧工件完成自动进给和螺栓拧紧作业，同时拧紧轴继续接受指令，对螺栓扭矩进行延时保持，防止扭矩衰减。

O、拧紧轴完成螺栓拧紧并抬起到固定高度值(由系统设定)，然后六轴协作机器人沿Z轴方向再次旋转一定角度后，在进行定点刹车，使得六轴协作机器人本体和双轴拧紧轴组合为刚性。

P、如此反复。

Q、整个空簧空间所有螺栓作业完成后，六轴协作机器人驱动双轴拧紧轴带动各坐标轴返回原点。

R、主控机控制视觉识别相机和激光测距传感器关闭，光栅传感器保持开启。

S、作业人员将作业完成的空簧组件用桁架吊调离工位，重新吊上待作业新工件。

T、光栅传感器检测到作业人员离开后，将数据发送给主控机。

U、主控机接受数据后发出指令，控制视觉识别相机和激光测距传感器继续开启，继续后面的空簧工件拧紧作业。

V、当天作业完成后，主控机自动关机，根据程序设定，紫外线杀毒模块继续工作。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统，其特征在于，包括工装组件、支撑模块、集成于所述支撑模块上的六轴机器人模块和双轴拧紧模块以及主控机，其中，

所述工装组件用于工装空气弹簧工件(12)；

所述双轴拧紧模块设于所述六轴协作机器人(4)的末端，包括信息识别装置、拧紧轴和扭矩采集器(10)以及拧紧轴控制器(5)，所述信息识别装置用于识别空气弹簧工件(12)的坐标点信息以及拧紧加工信息，并将该坐标点信息以及加工信息传输给主控机，以生成六轴机器人模块的运动路径信息，所述拧紧轴控制器(5)根据所述主控机发送的拧紧指令，控制所述拧紧轴和扭矩采集器(10)拧紧空气弹簧工件(12)盖板上的螺栓，并对螺栓扭矩进行延时保持，同时，所述拧紧轴和扭矩采集器(10)采集螺栓扭矩值并将该扭矩值发送给主控机；

所述六轴机器人模块包括机器人控制器(6)以及六轴协作机器人(4)，所述机器人控制器(6)与所述主控机通信连接，用于将所述主控机发送的运动路径信息转化为六轴协作机器人(4)驱动电机的伺服信号，所述六轴协作机器人(4)根据驱动电机的伺服信号驱动所述拧紧轴和扭矩采集器(10)与空气弹簧工件(12)盖板上的一对螺栓对准；

所述主控机用于在所述拧紧轴和扭矩采集器(10)与空气弹簧工件(12)盖板上的螺栓对准后向所述拧紧轴控制器(5)发送拧紧指令，并根据所述拧紧轴和扭矩采集器(10)拧紧作业情况以及拧紧加工信息调整所述拧紧轴和扭矩采集器(10)的旋转角度。

2.根据权利要求1所述的一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统，其特征在于，所述支撑模块包括主支撑支架(15)以及协作机器人支架(2)，所述支撑模块与地基固定连接，所述协作机器人支架固定设于所述主支撑支架上，用于支撑所述六轴协作机器人(4)。

3.根据权利要求1所述的一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统，其特征在于，所述信息识别装置设于所述拧紧轴和扭矩采集器(10)上，该信息识别装置包括视觉识别相机和激光测距传感器，所述视觉识别相机用于识别空气弹簧工件(12)的坐标点信息以及空气弹簧工件(12)盖板上的螺栓的图像信息，所述激光测距传感器用于测量所述拧紧轴和扭矩采集器(10)与空气弹簧工件(12)盖板上的螺栓的距离信息。

4.根据权利要求1所述的一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统，其特征在于，所述拧紧轴和扭矩采集器(10)包括拧紧轴以及设于所述拧紧轴上的扭矩数据采集器，所述拧紧轴包括旋转轴、双轴拧紧支架(13)、以及两个拧紧组件，所述旋转轴一端通过法兰与所述六轴协作机器人(4)的末端可转动连接，另一端与所述双轴拧紧支架(13)固定连接，两个所述拧紧组件固定设置在所述双轴拧紧支架(13)两端。

5.根据权利要求4所述的一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统，其特征在于，所述拧紧组件包括依次连接的拧紧电机、编码器以及拧紧刀具。

6.根据权利要求1所述的一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统，其特征在于，所述主控机包括控制柜(1)，该控制柜(1)设于支撑模块的旁侧，所述主控机还包括设于所述支撑模块上的系统显示屏(8)、数据采集模块、数据处理模块以及通信模块，其中，所述数据处理模块集成有图像处理器。

7.根据权利要求1所述的一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统，其特征在于，还包括紫外线杀毒模块以及报警模块，该紫外线杀毒模块以及报警模块均设置于所述支撑模块的顶部，所述报警模块用于在所述紫外线杀毒模块工作前的指定时间内发出报警指令；

所述机器人空簧双轴自动拧紧系统还包括设于车间门上的智能锁，所述智能锁与主控机通信连接，用于在报警模块发出报警指令后的指定时间点锁止。

8.根据权利要求1所述的一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧系统，其特征在于，还包括固定设于所述支撑模块竖直壁上的光栅传感器(9)。

9.一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1将六轴机器人模块位置及数据归零；

S2将空气弹簧工件(12)吊装至工装组件上；

S3信息识别装置对空气弹簧工件(12)以及六轴机器人模块进行识别，并将其识别的空气弹簧工件(12)坐标点信息以及拧紧加工信息发送给主控机；

S4主控机根据空气弹簧工件(12)坐标点信息以及拧紧加工信息进行处理，以生成六轴机器人模块的运动路径信息和拧紧轴和扭矩采集器(10)的旋转角度信息，并将该信息发送给机器人控制器(6)；

S5所述机器人控制器(6)根据运动路径信息和旋转角度信息转化为六轴协作机器人(4)驱动电机的伺服信号；

S6所述六轴协作机器人(4)驱动电机根据所述伺服信号驱动六轴协作机器人(4)动作，使得拧紧轴和扭矩采集器(10)与空气弹簧工件(12)的盖板上的一对螺栓垂直对准；

S7所述主控机向拧紧轴控制器(5)发送拧紧指令，所述拧紧轴控制器(5)根据该拧紧指令控制所述拧紧轴和扭矩采集器(10)拧紧空气弹簧工件(12)盖板上的螺栓，并对螺栓扭矩进行延时保持，同时，所述拧紧轴和扭矩采集器(10)采集螺栓扭矩值并将该扭矩值发送给主控机；

S8所述拧紧轴和扭矩采集器(10)完成一对螺栓拧紧工作后，所述六轴协作机器人(4)向上抬升指定距离，然后驱动拧紧轴和扭矩采集器(10)旋转至与下一对螺栓对准后下降上述抬升的指定距离；

S9重复步骤S7至步骤S8，直至完成空气弹簧工件(12)盖板上所有螺栓的拧紧工作，所述六轴协作机器人(4)回位并驱动所述拧紧轴和扭矩采集器(10)回位。

10.根据权利要求9所述的一种智能化机器人空簧双轴自动拧紧方法，其特征在于，在执行步骤S1之前，还包括一下步骤：

S01开启报警模块，提示工作人员离开车间；

S02开启紫外线杀毒模块，对工作间进行紫外线杀毒，并锁止车间门；

S03紫外线杀毒完成，开启车间门；

步骤S2还包括以下步骤：

空气弹簧工件(12)吊装完成后，主控机控制光栅传感器(9)检测车间人员离开状况，若人员离开，执行步骤S3，否则，报警模块提示报警，直至人员离开。

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