一种非标自动化生产设备的简洁式力臂结构

技术领域

本发明涉及非标自动化生产设备技术领域，具体是一种非标自动化生产设备的简洁式力臂结构。

背景技术

非标自动化设备是用户定制的、用户唯一的、非市场流通的自动化系统集成设备，是采用按照国家颁布的统一的行业标准和规格制造的单元设备组装而成，是根据客户的用途需要，开发设计制造的设备，不同类型客户其工艺要求均不相同；

目前，在对工厂的产品进行螺丝拧紧操作时，一般通过手动任意定位进行螺丝拧紧工作，费时费力，随着生产技术的不断发展，现在也通过自动拧紧设备来进行螺丝拧紧操作，但工厂的产品种类繁多，螺丝拧紧位置非常不规律，工序的防错十分复杂，导致非标自动化的设备兼容性不好，难以适应多种类产品的拧紧操作，生产效率和使用效果有待提高；

针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非标自动化生产设备的简洁式力臂结构，通过坐标系生成单元生成操作区的二维坐标系，通过设定界面预先设定每种产品的数据，实现对每种产品各项信息的分类对应存储，通过产品分析单元进行分析并确定待加工产品的种类，处理器基于产品种类获取该产品所预先设置的产品数据，并控制设备进行运转以按照拧紧顺序对产品的各个拧紧点进行拧紧，能够对多种类产品进行任意螺丝拧紧位置的设定和拧紧顺序的自由调整，显著提升了设备的兼容性，且操作简单，不需人工进行拧紧，操作省时省力，显著提高了产品的加工效率，解决了现有工厂的产品种类繁多，螺丝拧紧位置非常不规律，工序的防错十分复杂，导致非标自动化的设备兼容性不好，难以适应多种类产品的拧紧操作，生产效率和使用效果有待提高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种非标自动化生产设备的简洁式力臂结构，包括自动拧紧装置、控制器、底座、固定板和竖板，所述固定板水平设置并位于底座的上方，所述竖板通过螺栓固定连接底座和固定板，所述控制器通过螺栓固定安装在竖板上，所述固定板的底部通过滑轨滑动安装有沿Y向设置的滑动座，所述竖板上安装有沿X向设置的第一电动推拉杆，且第一电动推拉杆与滑动座连接，所述滑动座的底部通过滑轨滑动安装有滑动板，所述滑动座的底部安装有沿Y向设置的第二电动推拉杆，且第二电动推拉杆与滑动板连接；

所述滑动板的底部安装有第三电动推拉杆和连接板，所述连接板上通过转轴安装有杠杆，且杠杆的一端与第三电动推拉杆连接，杠杆的另一端连接有铰接杆；所述连接板上安装有固定杆，固定杆远离连接板的一端通过螺栓固定安装有导向环，且导向环上开设有矩形导向孔，所述自动拧紧装置通过连接组件与升降杆的底端连接，所述铰接杆远离杠杆的一端与升降杆的顶端连接，且升降杆为矩形杆并穿过矩形导向孔；所述底座的顶部设有操作区，且自动拧紧装置位于操作区的正上方；

所述控制器包括处理器、数据采集单元、产品分析单元、画面显示单元、数据存储单元和坐标系生成单元，且处理器与数据采集单元、产品分析单元、画面显示单元、数据存储单元、坐标系生成单元通信连接；数据采集单元用于采集待加工的产品数据和拧紧操作过程中自动拧紧装置的位移数据，产品分析单元用于分析待加工产品的种类；画面显示单元用于设备运转过程中所涉及的数据信息的显示，以及用于对产品参数的设定；数据存储单元用于存储预先设置的参数和图像，坐标系生成单元用于生成操作区的二维坐标系。

进一步的，所述连接组件包括第一水平板、第二水平板、限位导向杆、安装座、连接块、弹簧、斜杆和横杆，所述第一水平板位于第二水平板的上方，且第一水平板与升降杆固定连接，所述第二水平板的底部通过螺栓与自动拧紧装置固定连接，所述限位导向杆竖直设置在第一水平板的底部，且限位导向杆向下穿过第二水平板；

所述第一水平板的底部两侧通过螺栓固定设置有安装座，且横杆连接两组安装座，所述连接块通过滑轨滑动设置在第一水平板的底部，且连接块位于横杆的两端，所述弹簧套设在横杆的外周面，且弹簧连接两组连接块，所述连接块的底部铰接有斜杆，且斜杆远离连接块的一端与第二水平板连接。

进一步的，所述底座的顶部安装有产品定位块，所述产品定位块对待加工的产品进行定位，且产品定位块位于操作区的范围内。

进一步的，所述底座的顶部开设有放置槽和多组定位槽，且放置槽内通过螺栓固定安装有电磁铁，所述产品定位块的底部安装有铁板和多组定位杆，且定位杆与定位槽一一对应，所述铁板延伸入放置槽内并与电磁铁接触，所述定位杆插入对应的定位槽中。

进一步的，所述数据采集单元包括X向位移传感器、Y向位移传感器、摄像头和测距传感器，所述X向位移传感器安装在滑动座上，所述Y向位移传感器安装在滑动板上，所述摄像头和测距传感器均设置在自动拧紧装置上。

进一步的，所述控制器还包括监控单元，所述监控单元将设备监控信息发送至处理器，所述画面显示单元对设备监控信息进行显示，且监控单元包括运行状态监控模块、报警监控模块和信号监控模块；

所述运行状态监控模块用于监控设备运行的状态信息，所述报警监控模块用于监控设备的异常信息和警报内容，所述信号监控模块用于监控设备的输入和输出信号的状态信息。

进一步的，所述画面显示单元包括设定界面和运行界面，其中，所述设定界面用于操作人员对各个产品的参数进行设置，对预先设置的参数进行修改，以及添加新产品的参数信息，所述运行界面用于显示设备运行状态信息和相关数据记录。

进一步的，所述画面显示单元还包括实时异常界面、异常履历界面和监视界面，所述实时异常界面用于显示报警监控模块发送的实时异常数据，实时异常数据代表未解除的异常内容，所述异常履历界面用于显示报警监控模块发送的异常履历数据，异常履历数据代表已经发生过的所有异常内容，所述监视界面用于实时显示设备上的输入和输出信号的状态。

进一步的，所述产品分析单元的分析过程具体如下：

获取数据存储单元内存储的所有产品图像，并生成图像数据库；

获取当前产品的实时图像，并将实时图像与图像数据库内的图像进行比对；

当实时图像与图像数据库内的某组图像吻合时，则得以确定当前产品的种类，并将分析结果发送至处理器；

当实时图像与图像数据库中的所有图像均不吻合时，则重新拍摄图像并再次进行比对，重复比对三次，若三次比对结果均未发现与其相吻合的存储图像，则判定未录入该种产品的信息。

进一步的，本发明还提出了该简洁式力臂结构的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、通过摄像头采集操作区的图像，坐标系生成单元基于操作区的长度和宽度数据对操作区的图像进行分析，最终生成操作区的二维坐标系；

步骤二、通过画面显示单元的设定界面预先设定每种产品的数据，并将不同种类的产品标记为a1、a2、a3、……ai，预先设定的产品数据包括该产品的拧紧点数目、各个拧紧点在二维坐标系中所对应的坐标、各个拧紧点所处高度和拧紧点的拧紧顺序；

按照拧紧点的拧紧顺序将产品的各个拧紧点标记为b1、b2、b3、……bm，且将各个拧紧点的坐标信息标记为(b1x，b1y)、(b2x，b2y)、(b2x，b2y)、……(bmx，bmy)，并对应输入各拧紧点在二维坐标系中的坐标数据，以确定各个拧紧点在二维坐标系中的位置；

步骤三、数据存储单元对二维坐标系信息和每种产品的数据进行存储，且对每种产品的图像信息进行存储，并将每种产品的产品图像与预先设置的数据相对应；

步骤四、将待加工的产品固定在操作区内，通过摄像头采集产品图像，并将采集的产品图像发送至处理器，产品分析单元基于实时产品图像和数据存储单元内存储的图像进行比对，以确定产品的种类；

步骤五、处理器基于产品种类获取该产品所预先设置的产品数据，并控制设备进行运转以按照拧紧顺序对产品的各个拧紧点进行拧紧，具体如下：

基于当前拧紧点的二维坐标数据，第一电动推拉杆进行伸缩以使滑动座进行X向运动，第二电动推拉杆进行伸缩以使滑动板进行Y向运动，最终使自动拧紧装置处于当前拧紧点的上方；

基于获取的当前拧紧点所处高度数据，第三电动推拉杆拉动杠杆，通过杠杆和铰接杆使升降杆下降，自动拧紧装置随之进行下降并对当前拧紧点进行拧紧；

对当前拧紧点进行拧紧后，通过第三电动推拉杆使自动拧紧装置恢复至原先高度，之后再重复上述操作以对下一个拧紧点进行拧紧，直至完成对该产品所有拧紧点的拧紧操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过摄像头采集操作区的画面，坐标系生成单元基于操作区的图像进行分析并生成操作区的二维坐标系，通过设定界面预先设定每种产品的数据，并对不同种类的产品进行标记，以及按照拧紧点的拧紧顺序对产品的各个拧紧点进行标记，并确定各个拧紧点在二维坐标系中的位置，实现对每种产品的各项信息的分类对应存储；

2、本发明中，通过产品分析单元进行分析并确定待加工产品的种类，处理器基于产品种类获取该产品所预先设置的产品数据，并控制设备进行运转以按照拧紧顺序对产品的各个拧紧点进行拧紧，能够对多种类产品进行任意螺丝拧紧位置的设定和拧紧顺序的自由调整，显著提升了设备的兼容性；

3、本发明中，通过第一电动推拉杆进行伸缩以使滑动座进行X向运动，第二电动推拉杆进行伸缩以使滑动板进行Y向运动，最终使自动拧紧装置处于当前拧紧点的上方，基于获取的当前拧紧点所处高度数据，第三电动推拉杆拉动杠杆，自动拧紧装置随之进行下降并对当前拧紧点进行拧紧，最终按照预先设置的顺序完成对该产品所有拧紧点的拧紧操作，操作简单，不需人工进行拧紧，操作省时省力，显著提高了产品的加工效率；

4、本发明中，通过设置连接组件，在进行下压拧紧操作时，弹簧处于拉伸状态并对两组连接块施加拉力，两组连接块对第二水平板施加向下的推力，以使自动拧紧装置向下紧压住螺丝，有助于对螺丝进行拧紧，且通过弹簧的缓冲作用能够对自动拧紧装置和产品起到保护作用；

5、本发明中，通过设置电磁铁和铁板，方便对产品定位块进行安装和拆卸，对产品定位块的更换省时省力，通过将定位杆插入对应的定位槽中，实现对产品定位块的定位，显著提高了对产品定位块的固定效果；

6、本发明中，通过监控单元将设备监控信息发送至处理器，画面显示单元对设备监控信息进行显示，能够对设备的实时异常数据、异常履历数据进行显示、输入和输出信号状态信息，有助于操作人员了解设备的运转信息，方便操作人员进行调控。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明；

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中控制器的系统框图；

图3为本发明中第一电动推拉杆、滑动座、滑动板和第二电动推拉杆的连接示意图(仰视)；

图4为本发明中自动拧紧装置和连接组件的连接示意图；

图5为本发明中第三电动推拉杆、杠杆、铰接杆和升降杆的连接示意图；

图6为本发明中底座的立体图；

图7为本发明中升降杆、固定杆和导向环的连接示意图(俯视)；

图8为本发明中底座和产品定位块的连接示意图；

图9为本发明中画面显示单元的系统框图；

图10为本发明中监控单元的系统框图。

附图标记：1、自动拧紧装置；2、连接组件；3、控制器；4、底座；5、固定板；6、第一电动推拉杆；7、滑动座；8、滑动板；9、第二电动推拉杆；10、第三电动推拉杆；11、连接板；12、杠杆；13、铰接杆；14、升降杆；15、固定杆；16、导向环；17、矩形导向孔；18、产品定位块；19、操作区；20、放置槽；21、铁板；22、电磁铁；23、定位槽；24、定位杆；25、X向位移传感器；26、Y向位移传感器；27、摄像头；28、测距传感器；29、竖板；201、第一水平板；202、第二水平板；203、限位导向杆；204、安装座；205、连接块；206、弹簧；207、斜杆；208、横杆。

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。

实施例一：

如图1-7所示，本发明提出的一种非标自动化生产设备的简洁式力臂结构，包括自动拧紧装置1，固定板5水平设置并位于底座4的上方，竖板29通过螺栓固定连接底座4和固定板5，控制器3通过螺栓固定安装在竖板29上，固定板5的底部通过滑轨滑动安装有沿Y向设置的滑动座7，竖板29上安装有沿X向设置的第一电动推拉杆6，且第一电动推拉杆6与滑动座7连接，第一电动推拉杆6进行伸缩以推动滑动座7沿X向运动，滑动座7的底部通过滑轨滑动安装有滑动板8，滑动座7的底部安装有沿Y向设置的第二电动推拉杆9，且第二电动推拉杆9与滑动板8连接，第二电动推拉杆9进行伸缩以推动滑动板8沿Y向运动；

滑动板8的底部安装有第三电动推拉杆10和连接板11，连接板11上通过转轴与杠杆12的中部连接，且杠杆12的一端与第三电动推拉杆10连接，杠杆12的另一端连接有铰接杆13；第一电动推拉杆6、第二电动推拉杆9和第三电动推拉杆10通过电力驱动，连接板11上安装有固定杆15，固定杆15远离连接板11的一端通过螺栓固定安装有导向环16，且导向环16上开设有矩形导向孔17，自动拧紧装置1通过连接组件2与升降杆14的底端连接(自动拧紧装置1为现有技术，用于自动拧紧螺丝，在此不加以赘述)，铰接杆13远离杠杆12的一端与升降杆14的顶端连接，且升降杆14为矩形杆并穿过矩形导向孔17，矩形导向孔17对升降杆14的竖直方向运动进行导向，以使升降杆14能够顺利进行上升和下降；底座4的顶部设有操作区19，且自动拧紧装置1位于操作区19的正上方；底座4的顶部安装有产品定位块18，产品定位块18对待加工的产品进行定位，且产品定位块18位于操作区19的范围内，产品定位块18的结构与形状根据所需固定的产品进行设计；

在进行拧紧操作时，首先基于当前拧紧点的二维坐标数据，第一电动推拉杆6进行伸缩以使滑动座7进行X向运动，第二电动推拉杆9进行伸缩以使滑动板8进行Y向运动，最终使自动拧紧装置1处于当前拧紧点的上方；然后基于获取的当前拧紧点所处高度数据，第三电动推拉杆10拉动杠杆12，通过杠杆12和铰接杆13使升降杆14下降，自动拧紧装置1随之进行下降并对当前拧紧点进行拧紧；对当前拧紧点进行拧紧后，通过第三电动推拉杆10使自动拧紧装置1恢复至原先高度，之后再重复上述操作以对下一个拧紧点进行拧紧，直至完成对该产品所有拧紧点的拧紧操作，操作简单，不需人工进行拧紧，操作省时省力，显著提高了产品的加工效率；

控制器3包括处理器、数据采集单元、产品分析单元、画面显示单元、数据存储单元和坐标系生成单元，且处理器与数据采集单元、产品分析单元、画面显示单元、数据存储单元、坐标系生成单元通信连接；数据采集单元用于采集待加工的产品数据，以及采集拧紧操作过程中自动拧紧装置1的运动数据，产品分析单元用于分析待加工产品的种类，并将分析结果发送至处理器；画面显示单元用于设备运转过程中所涉及的数据信息的显示，以及用于对产品参数的设定；数据存储单元用于存储预先设置的参数和图像，坐标系生成单元用于生成操作区19的二维坐标系；

数据采集单元包括X向位移传感器25、Y向位移传感器26、摄像头27和测距传感器28，X向位移传感器25安装在滑动座7上以采集自动拧紧装置1沿X向的位移数据，Y向位移传感器26安装在滑动板8上以采集自动拧紧装置1沿Y向的位移数据，摄像头27和测距传感器28均设置在自动拧紧装置1上，摄像头27用于采集操作区19的图像和产品图像，测距传感器28用于采集自动拧紧装置1的所处高度数据；画面显示单元包括设定界面和运行界面，其中，设定界面用于操作人员对各个产品参数的设置，对预先设置的参数进行修改，以及添加新产品的参数信息，运行界面用于显示设备运行状态信息和相关数据记录；

产品分析单元的分析过程具体如下：获取数据存储单元内存储的所有产品图像，并生成图像数据库，获取当前产品的实时图像，并将实时图像与图像数据库内的图像进行比对，当实时图像与图像数据库内的某组图像吻合时，则得以确定当前产品的种类，并将分析结果发送至处理器；当实时图像与图像数据库中的所有图像均不吻合时，则重新拍摄图像并再次进行比对，重复比对三次，若三次比对结果均未发现与其相吻合的存储图像，则判定未录入该种产品的信息，此时需要人工录入产品信息后再进行拧紧操作。

实施例二：

如图9-10所示，本实施例与实施例1的区别在于，控制器3还包括监控单元，监控单元将设备监控信息发送至处理器，画面显示单元对设备监控信息进行显示，且监控单元包括运行状态监控模块、报警监控模块和信号监控模块，画面显示单元还包括实时异常界面、异常履历界面和监视界面；工作过程中，运行状态监控模块对设备运行的状态进行监控，报警监控模块对设备的异常警报进行监控，信号监控模块对设备输入和输出信号的状态信息进行监控，实时异常界面对报警监控模块发送的实时异常数据进行实时显示，异常履历界面对报警监控模块发送的异常履历数据进行显示，实时异常数据代表未解除的异常内容，异常履历数据代表已经发生过的所有异常内容，监视界面对信号监控模块发送的设备上的输入和输出信号状态进行实时显示，有助于操作人员了解设备的运转信息，方便操作人员进行调控。

实施例三：

如图8所示，本实施例与实施例1、实施例2的区别在于，底座4的顶部开设有放置槽20和多组定位槽23，且放置槽20内通过螺栓固定安装有电磁铁22，产品定位块18的底部安装有铁板21和多组定位杆24，铁板21延伸入放置槽20内并与电磁铁22接触，通过对电磁铁22进行通电以使其产生磁吸力，电磁铁22吸附住铁板21，以对产品定位块18进行固定；

当需要更换产品定位块18时，对电磁铁22进行断电，电磁铁22不再吸附住铁板21，此时可将产品定位块18取下，方便对产品定位块18进行安装和拆卸，对产品定位块18的更换省时省力；定位杆24与定位槽23一一对应，定位杆24插入对应的定位槽23中，安装时，通过定位杆24插入定位槽23中，实现对产品定位块18的定位，显著提高了对产品定位块18的固定效果。

实施例四：

如图1和图4所示，本实施例与实施例1、实施例2、实施例3的区别在于，连接组件2包括第一水平板201和第二水平板202，第一水平板201位于第二水平板202的上方，且第一水平板201的顶部与升降杆14固定连接，第二水平板202的底部通过螺栓与自动拧紧装置1固定连接，限位导向杆203竖直设置在第一水平板201的底部，且限位导向杆203的数目为多组，限位导向杆203向下穿过第二水平板202，第二水平板202能够沿着限位导向杆203进行上、下滑动，限位导向杆203的底部设有凸起以对第二水平板202的运动进行限位；第一水平板201的底部两侧通过螺栓固定设置有安装座204，且横杆208连接两组安装座204；

连接块205通过滑轨滑动设置在第一水平板201的底部，且连接块205位于横杆208的两端，横杆208对两组连接块205的滑动起到导向作用，弹簧206套设在横杆208的外周面，且弹簧206连接两组连接块205，连接块205的底部铰接有斜杆207，两组斜杆207相对称，且斜杆207远离连接块205的一端与第二水平板202连接，在进行下压拧紧操作时，弹簧206处于拉伸状态并对两组连接块205施加拉力，从而两组连接块205对第二水平板202施加向下的推力，以使自动拧紧装置1向下紧压住螺丝，有助于对螺丝进行拧紧，且通过弹簧206的缓冲作用能够对自动拧紧装置1和产品起到保护作用。

本发明的工作原理：在使用前，通过摄像头27采集操作区19的图像，坐标系生成单元基于操作区19的长度和宽度数据对操作区19的图像进行分析，最终生成操作区19的二维坐标系；生成操作区19的二维坐标系后，通过画面显示单元的设定界面预先设定每种产品的数据，包括该产品的拧紧点数目、各个拧紧点在二维坐标系中所对应的坐标、各个拧紧点所处高度和拧紧点的拧紧顺序，并对不同种类的产品进行标记，标记为a1、a2、a3、……ai，按照拧紧点的拧紧顺序对产品的各个拧紧点进行标记，标记为b1、b2、b3、……bm，且将各个拧紧点的坐标信息标记为(b1x，b1y)、(b2x，b2y)、(b2x，b2y)、……(bmx，bmy)，并对应输入各拧紧点在二维坐标系中的坐标数据，以确定各个拧紧点在二维坐标系中的位置；数据存储单元对二维坐标系信息、每种产品的数据、每种产品的图像信息进行存储，并将每种产品的产品图像与预先设置的数据相对应；

使用时，通过产品定位块18将待加工的产品固定在操作区19内，通过摄像头27采集产品图像，并将采集的产品图像发送至处理器，产品分析单元基于实时产品图像和数据存储单元内存储的图像进行比对，以确定产品的种类，处理器基于产品种类获取该产品所预先设置的产品数据，并控制设备进行运转以按照拧紧顺序对产品的各个拧紧点进行拧紧，不需人工进行拧紧，操作省时省力，显著提高了加工效率，且能够对多种类产品进行任意螺丝拧紧位置的设定和拧紧顺序的自由调整，显著提升了设备的兼容性，比如汽车方向盘的组装上，使用本设备可以兼容多种类的方向盘部件的拧紧，或在电子电路板的组装上，使用本设备可以兼容多种类的电路板的拧紧，使用效果好。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。