技术领域
[0001] 本
发明属于机器人以及机器人智能加工技术领域，更具体地，涉及一种机器人智能紧固控制系统及方法。
背景技术
[0002] 随着动车时代的来临，动车出行已经成为生活中最重要的出行方式。组列车的运行安全，必须保证每一个零部件检修维护绝对可靠，在这些零部件中轮对显得尤为重要，因此在实际检修作业中必须加强对轮对轴端零部件检修的
质量控制，包括提高
精度控制、作业流程卡控，提升工作效率。
[0003] 目前
铁路行业用于动车组轮对轴端组装作业的设备，主要结构形式有以下几种，其主要特点和
缺陷如下：
[0004] (1)固定工位式：其采用固定的立柱或横梁来固定拧紧
轴箱，设备和拧紧轴本身
位置固定不动，
工件移动，需要工人在轨道上推着工件走，一个个工件往复工作，工人体
力劳动大且效率低下。
[0005] (2)简单机械式：拧紧轴箱本身被一根
钢丝绳吊起，
钢丝绳顶端装有
滑轮，可以沿着轨道滑动，工作时工件依次排好不动，拧紧轴箱沿着轨道滑动。这样虽然降低了工人的劳动强度，但是其轴箱结构为简单机械传动，无力矩控制、存储和传输，更无过程控制，智能化程度低下，作业质量无法保障。
[0006] (3)伺服控制式：与(1)和(2)方式相比，机箱内拧紧轴为伺服
电机控制，
扭矩控制精确，但是其系统对现场作业顺序无过程控制和系统引导防错机制，系统缺乏智能化管理。
[0007] 现有的几种作业方式，对作业人员的经验和个人技术依赖性较强，作业效率低下，对作业过程中各个作业步骤和环节的数据不
能量化，当有人员变动时，不同批次的零部件作业质量无法保证。
发明内容
[0008] 本发明的目的是提供一种机器人智能紧固控制系统及方法，以提高工件组装的效率与质量。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明提供如下系统，包括：
[0010] 中央控
制模块、滑轨模块、
伺服电机模块、
定位模块、自动寻址模块、拧紧轴箱模块、自动输送线模块，其中，
[0011] 所述中央
控制模块通过指令控制所述伺服电机模块驱动所述滑轨模块移动，并通过控制所述自动输送线模块配合所述伺服电机模块实现工件输送；
[0012] 所述中央控制模块通过指令控制所述自动寻址模块进行工件扫描获取工件的位置坐标数据并反馈给所述中央控制模块；所述自动寻址模块还用于对工件进行探伤，并将工件健康数据发送给所述中央控制模块，以便于所述中央控制模块通过数据分析判断工件是否合格；
[0013] 所述滑轨模块通过所述伺服电机模块的驱动带动所述拧紧轴箱模块移动，所述拧紧轴箱模块通过所述中央控制模块指令进行检测，并将检测后的信息反馈至所述中央控制模块；
[0014] 所述拧紧轴箱模块还用于通过中央控制模块指令与所述伺服电机模块配合完成对工件
螺栓的拧紧、进给和自动退回动作；
[0015] 所述定位模块位于所述滑轨模块之上，用于定位滑轨模块。
[0016] 优选地，所述中央控制模块包括系统
软件和中央计算机；
[0017] 所述中央计算机包括报警指示模块、伺服电机
驱动器、
信号收发处理器、拧紧轴
控制器、EPOD数据同步器；
[0018] 所述伺服电机模块包括纵轨伺服电机、横轨伺服电机、竖轨伺服电机、转盘伺服电机。
[0019] 所述滑轨模块包括纵向滑轨组件、横向滑轨组件、竖直滑轨组件。
[0020] 优选地，所述中央控制模块通过指令控制所述伺服电机模块驱动所述滑轨模块移动包括：
[0021] 所述
系统软件发出指令经过所述中央计算机中的所述伺服电机驱动器控制所述滑轨模块移动；
[0022] 相应地，所述并通过控制所述自动输送线模块配合所述伺服电机模块实现工件输送包括：
[0023] 所述自动输送线模块上安装有定位
传感器，所述定位传感器通过所述信号收发装置将将工件到位信息传递给所述中央计算机；
[0024] 所述系统软件发出指令经过所述伺服电机驱动器和信号收发处理器，所述自动输送线模块配合所述伺服电机模块以及所述定位传感器将预先放置好的工件自动输送到设备
工作台上。
[0025] 优选地，所述中央控制模块通过指令控制所述自动寻址模块进行工件扫描获取工件的位置坐标数据并反馈给所述中央控制模块包括：
[0026] 所述自动寻址模块包括RFID天线、探伤侦测模块；
[0027] 所述系统软件发出指令，经过所述信号收发装置发送到所述自动寻址模块，所述自动寻址模块的所述RFID天线和所述探伤侦测模块进行工件扫描，并将扫描后的工件信息反馈给所述中央计算机；
[0028] 相应地，所述自动寻址模块还用于对工件进行探伤，并将工件健康数据发送给所述中央控制模块，以便于所述中央控制模块通过数据分析判断工件是否合格包括：
[0029] 所述探伤侦测模块对工件进行探伤，并记录其裂纹位置、大小、宽度和深度数据，并将上述数据反馈至所述中央计算机，以便于所述中央控制模块通过数据分析判断工件是否合格包括。
[0030] 优选地，所述自动寻址模块的所述RFID天线进行工件扫描，并将扫描后的工件信息反馈给所述中央计算机包括：
[0031] 所述RFID天线扫描并获取工作台上的工件上安装的RFID标签，获取轮对工件的位置坐标数据并反馈至所述中央计算机；
[0032] 所述中央计算机将位置坐标数据反馈至系统软件，所述系统软件发出指令给所述伺服电机驱动器，所述伺服电机驱动器发出信号给所述纵轨伺服电机，驱动所述横向滑轨组件来到工件的坐标数据正上方位置，并
刹车。
[0033] 优选地，所述自动寻址模块还用于对工件进行探伤，并将工件健康数据发送给所述中央控制模块，以便于所述中央控制模块通过数据分析判断工件是否合格还包括：
[0034] 所述中央计算机经过对所述健康数据进行识别和对比，若数据不合格，则停机处理，若数据合格，则继续进行操作。
[0035] 优选地，所述滑轨模块通过所述伺服电机模块的驱动带动所述拧紧轴箱模块移动包括：
[0036] 所述系统软件发送信号经过所述中央计算机和所述伺服电机驱动器至所述竖轨伺服电机，所述竖轨伺服电机驱动所述竖直滑轨带动所述拧紧轴箱向下移动；
[0037] 相应地，所述拧紧轴箱模块通过所述中央控制模块指令进行检测，并将检测后的信息反馈至所述中央控制模块包括：
[0038] 所述拧紧轴箱模块包括拧紧轴箱、激光测距仪和孔位识别相机；
[0039] 所述系统软件发出指令，经过所述信号收发处理器至所述激光测距仪和孔位识别相机，当检测到所述拧紧轴箱与工件对齐时，发回信号给所述中央计算机。
[0040] 优选地，在所述并将检测后的信息反馈至所述中央控制模块后还包括：
[0041] 所述系统软件接收信号后发出指令，通过所述伺服电机驱动器将信号发送至所述竖轨伺服电机，并完成刹车操作；
[0042] 所述激光测距仪和孔位识别相机将工件的螺栓孔位
角度数据和所述拧紧轴箱到工件的距离数据实时发送给所述中央计算机，以使得所述横轨伺服电机和所述转盘伺服电机完成所述拧紧轴箱拧紧轴与工件的
螺纹孔位的自适应调节和对准动作，并刹车。
[0043] 优选地，所述拧紧轴箱模块还用于通过中央控制模块指令与所述伺服电机模块配合完成对工件螺栓的拧紧、进给和自动退回动作包括：
[0044] 系统软件发出指令，通过所述拧紧轴控制器和所述EPOD数据同步器驱动所述拧紧轴箱旋转，保持转速和数据同步，并通过与所述横轨伺服电机的配合完成对工件螺栓的拧紧、进给和自动退回动作。
[0045] 优选地，所述拧紧轴箱模块还用于通过中央控制模块指令与所述伺服电机模块配合完成对工件螺栓的拧紧、进给和自动退回动作后还包括：
[0046] 所述系统软件通过给伺服电机驱动器、信号收发处理器发出指令至所述纵轨伺服电机、自动寻址模块，以循环驱动横向轨道组件滑动以及对未作业的工件进行寻址定位并探伤，直至所有工件完成组装与检测。
[0047] 此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种机器人智能紧固控制方法，包括：
[0048] 利用伺服电机与自动输送线驱动工件移动；
[0049] 扫描所述工件位置坐标数据并反馈给所述中央计算机；
[0050] 探伤所述工件，并记录其裂纹位置、大小、宽度和深度数据；
[0051] 根据所述数据判断所述工件是否合格，若所述数据不合格，则停机处理，若所述数据合格，则进行下面步骤；
[0052] 将检测到的所述工件的螺栓孔位角度数据以及拧紧轴箱到所述工件的距离数据发送给中央计算机；
[0053] 根据所述数据调节与对准所述拧紧轴箱拧紧轴与工件的所述
螺纹孔位以及对工件螺栓进行拧紧、进给和自动退回操作。
[0054] 本发明提出一种机器人智能紧固控制系统，包括：中央控制模块、滑轨模块、伺服电机模块、定位模块、自动寻址模块、拧紧轴箱模块、自动输送线模块，中央控制模块通过指令控制伺服电机模块、自动输送线模块、自动寻址模块进行驱动滑轨模块、配合伺服电机模块实现工件输送、扫描工件；自动寻址模块还可以对工件进行探伤并反馈数据，以便于中央控制模块判断工件是否合格；滑轨模块带动拧紧轴箱模块移动，拧紧轴箱模块通过指令进行工件检测并反馈数据，还可以与伺服电机模块配合完成对工件螺栓的拧紧、进给和自动退回动作；定位模块用于定位滑轨模块。通过上述技术方案，形成了一种机器人智能紧固控制系统，提高了工件组装的效率及质量。
附图说明
[0055] 图1为本发明
实施例一种机器人智能紧固控制系统示意图；
[0056] 图2为本发明实施例一种机器人智能紧固控制系统控制原理图；
[0057] 图3为本发明实施例一种机器人智能紧固控制系统组成结构图；
[0058] 图4为本发明实施例一种机器人智能紧固控制
流程图；
[0059] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0060] 下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0061] 实施例一
[0062] 参见图3所述，为本发明提供了一种机器人智能紧固控制系统组成结构图，包含了各个部件以及部件之间的结构关系。
[0063] 具体包括：中央控制柜、纵向滑轨组件、横向滑轨组件、激光定位仪、纵轨伺服电机、横轨伺服电机、竖轨伺服电机、自动寻址仪器、竖直滑轨组件、拧紧轴箱和工件自动化输送线。
[0064] 其中，自动输送线将轮对工件自动输送到设备下方，配合定位寻址模块对轮对工件进行自适应夹紧和定位，作业完成后将工件自动输送到下一工位。需要说明的是，本发明实施例中主要加工工件为轮对工件。
[0065] 纵向滑轨组件一共两条，其整体为钢结构，滑轨为
齿轮齿条结构，通过和横向滑轨上的驱动机构相
啮合，为其在纵向方向上移动提供轨道，纵向滑轨端头还安装有激光定位仪，用来辅助横向滑轨组件在纵向方向上的移动定位。
[0066] 横向滑轨组件通过齿
轮齿条啮合坐落在纵向滑轨上，其两端安装有纵轨驱动伺服电机，可以根据系统指令使其在纵向滑轨上两端同步滑动。
[0067] 竖直滑轨组件与横轨驱动伺服电机通过中转连接电机座相连接，通过齿轮齿条结构与横向滑轨组件的
水平滑轨向连接，可以沿着横向滑动。
[0068] 竖直滑轨组件上的竖直驱动伺服电机先与中转连接电机座相连接后，再与竖直方向滑轨通过蜗轮
蜗杆机构相连接，通过电机驱动竖直滑轨可以沿着中转连接电机座在竖直方向上下移动。
[0069] 拧紧轴箱组件吊装在竖直滑轨最下端的端头位置，在竖直滑轨的带动下可以完成上下和水平进给移动。
[0070] 本发明提出的一种机器人智能紧固控制系统是基于上述
硬件结构实现。具体参见图1一种机器人智能紧固控制系统示意图以及图2一种机器人智能紧固控制系统控制原理图所示。
[0071] 一种机器人智能紧固控制系统，包括：中央控制模块、滑轨模块、伺服电机模块、定位模块、自动寻址模块、拧紧轴箱模块、自动输送线模块。
[0072] 中央控制模块通过指令控制伺服电机模块驱动所述滑轨模块移动，并通过控制自动输送线模块配合所述伺服电机模块实现工件输送；
[0073] 其中，中央控制模块包括系统软件和中央计算机，中央计算机包括报警指示模块、伺服电机驱动器、信号收发处理器、拧紧轴控制器、EPOD数据同步器，伺服电机模块包括：纵轨伺服电机、横轨伺服电机、竖轨伺服电机、转盘伺服电机，滑轨模块包括纵向滑轨组件、横向滑轨组件、竖直滑轨组件。
[0074] 首先，系统软件运行自检程序并发出指令，经过中央计算机到伺服电机驱动器，伺服电机驱动器给各个伺服电机发出信号，驱动各个坐标轴完成归零动作。
[0075] 系统软件发出指令，经过伺服电机驱动器和信号收发处理器，由程序指令转换成信号指令，自动化工件输线模块开始工作，伺服电机配合定位传感器工作，将预先放置好的工件自动输送到设备工作台上。
[0076] 定位模块位于自动化输送线上,其包括定位传感器，定位传感器通过中央计算机内的信号收发处理器，将工件到位信息传递给中央计算机。
[0077] 通过上述操作，将轮对工件输送到设备工作台上，为轮对工件加工做好了准备工作。
[0078] 所述中央控制模块通过指令控制所述自动寻址模块进行工件扫描获取工件的位置坐标数据并反馈给所述中央控制模块；所述自动寻址模块还用于对工件进行探伤，并将工件健康数据发送给所述中央控制模块，以便于所述中央控制模块通过数据分析判断工件是否合格。
[0079] 系统软件接收信息后，发出指令，经过中央计算机和信号收发处理器发送到自动寻址模块，自动寻址模块的RFID天线和探伤侦测模块开机进行工件扫描，并反馈信息。
[0080] 系统软件接收信息后，发出指令，经过中央计算机和伺服电机驱动器发送到纵轨伺服电机，纵轨伺服电机驱动横向滑轨组件沿着纵向轨道从零位开始移动。
[0081] 自动寻址模块上的RFID天线扫描并获取工作台上的轮对工件上安装的RFID标签，获取轮对工件的位置坐标数据，并将信号传回中央计算机。
[0082] 系统软件接收到自动寻址模块发送的轮对工件坐标信息后，发出指令给伺服电机驱动器，
伺服控制器发出信号给纵轨伺服电机，驱动横向滑轨组件来到获取的轮对工件的坐标数据的正上方，并刹车。
[0083] 系统软件接收到伺服驱动器返回的刹车信号后，发出指令，通过信号收发处理器给自动寻址模块，该模块上的探伤侦测模块开始启动，通过射线扫描对轮对工件进行整体探伤，并记录其裂纹位置、大小、宽度和深度数据，通过
数据处理器，将数据汇总后发送给中央计算机。中央计算机经过对数据进行识别和对比判断数据是否合格，如果数据不合格，则停机处理，如果数据合格，则进行后面的步骤。
[0084] 通过上述技术方案，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、齿轮齿条滑轨等相结合，自动完成了对纵向方向上多个轮对工件的寻址和定位作业，实现对工件的精确检测，节省了人工对轮对工件操作的步骤与时间，提高了作业效率与质量。
[0085] 所述滑轨模块通过所述伺服电机模块的驱动带动所述拧紧轴箱模块移动，所述拧紧轴箱模块通过所述中央控制模块指令进行检测，并将检测后的信息反馈至所述中央控制模块。
[0086] 系统软件接收信号后，软件自动跳转下一步骤，发出指令，经过中央计算机和伺服电机驱动器，将信号发送给竖轨伺服电机，竖轨伺服电机驱动竖直滑轨带动拧紧轴箱向下移动。
[0087] 系统软件发出指令，经过信号收发处理器给拧紧轴箱上的激光测距仪和孔位识别相机，当检测到拧紧轴箱与轮对工件对齐时，发回信号给中央计算机。
[0088] 系统软件接收信号后发出指令，通过伺服电机驱动器将信号发送给竖轨伺服电机，并完成刹车。
[0089] 拧紧轴箱上的激光测距仪和螺栓孔位识别相机继续工作，将轮对工件的螺栓孔位角度数据和拧紧轴箱到轮对工件的距离数据实时发送给中央计算机。
[0090] 系统软件收到数据后发出指令，通过伺服电机驱动器将信号发送给横轨伺服电机和转盘伺服电机，完成拧紧轴箱拧紧轴与轮对工件的螺纹孔位的自适应调节和对准动作，并刹车。
[0091] 通过上述技术方案，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、齿轮齿条滑轨等相结合，自动完成了对纵向方向上多个轮对工件的寻址和定位作业，实现对工件的精确检测，节省了人工对轮对工件操作的步骤与时间，提高了作业效率与质量。
[0092] 所述拧紧轴箱模块还用于通过中央控制模块指令与所述伺服电机模块配合完成对工件螺栓的拧紧、进给和自动退回动作；
[0093] 所述定位模块位于所述滑轨模块之上，用于定位滑轨模块。
[0094] 系统软件发出指令，通过拧紧轴控制器和EPOD数据同步器驱动拧紧轴旋转，并保持转速和数据同步，通过与横轨伺服电机的配合完成对轮对工件螺栓的拧紧、进给和自动退回动作。
[0095] 通过上述技术方案，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、
蜗轮蜗杆导轨等相结合，自动完成了对轮对工件连接孔
姿态不同时的拧紧轴箱姿态和角度的自适应调节和轴向自动进给以及螺栓拧紧和自动退回归零作业，节省了人工操作拧紧轴箱对位、进给和拧紧的步骤和时间，提高了作业效率和质量。
[0096] 实施例二
[0097] 所述系统软件通过给伺服电机驱动器、信号收发处理器发出指令至所述纵轨伺服电机、自动寻址模块，以循环驱动横向轨道组件滑动以及对未作业的工件进行寻址定位并探伤，直至所有工件完成组装与检测。
[0098] 系统软件收到反馈信号，经过数据处理后发出指令，通过伺服电机驱动器将信号发送给竖直伺服电机，完成对竖直坐标轴的归零动作；
[0099] 系统软件继续发出指令，通过伺服电机驱动器将信号发送给纵轨伺服电机，驱动横向轨道组件继续沿着纵向轨道滑动；通过信号收发处理器块将信号发送给自动寻址模块，对后面未作业的工件进行寻址定位并探伤，然后进行后面的作业步骤，如此反复。
[0100] 当所有轮对工件作业完毕，系统软件接收到反馈信号，计算机发出指令，通过伺服电机驱动器将信号传递给各个坐标轴的伺服电机，完成设备各个坐标轴归零动作。
[0101] 通过上述技术方案，自动循环对未组装检测的轮对工件进行作业，直至所有轮对工件作业完毕，通过伺服电机驱动器将信号传递给各个坐标轴的伺服电机，完成设备各个坐标轴归零动作。不仅可以作业的效率与质量，还提高了系统作业自动化程度。
[0102] 实施例三
[0103] 参见图4所示，提供一种一种机器人智能紧固控制流程图，具体为：
[0104] S10：利用伺服电机与自动输送线驱动工件移动；
[0105] S20：扫描所述工件位置坐标数据并反馈给所述中央计算机；
[0106] S30：探伤所述工件，并记录其裂纹位置、大小、宽度和深度数据；
[0107] S40：根据所述数据判断所述工件是否合格，若所述数据不合格，则停机处理，若所述数据合格，则进行下面步骤；
[0108] S50：将检测到的所述工件的螺栓孔位角度数据以及拧紧轴箱到所述工件的距离数据发送给中央计算机。
[0109] S60：根据所述数据调节与对准所述拧紧轴箱拧紧轴与工件的所述螺纹孔位以及对工件螺栓进行拧紧、进给和自动退回操作。
[0110] 其中，S10：利用伺服电机与自动输送线驱动工件移动；
[0111] 系统软件通过给中央计算机发送指令控制伺服电机与自动输送线
驱动轮对工件移动，自动化输送线上的定位传感器通过中央计算机内的信号收发处理器，将轮对工件到位信息传递给中央计算机。
[0112] S20：扫描所述工件位置坐标数据并反馈给所述中央计算机；
[0113] 系统软件通过指令控制自动寻址模块，自动寻址模块的RFID天线和探伤侦测模块开机进行工件扫描，并将信息反馈至中央计算机。
[0114] 进一步地，根据反馈的轮对工件位置信息，伺服电机驱动器发出信号给纵轨伺服电机，驱动横向滑轨组件来到以获取的轮对工件的坐标数据的正上方，并刹车。
[0115] S30：探伤所述工件，并记录其裂纹位置、大小、宽度和深度数据；
[0116] S40：根据所述数据判断所述工件是否合格，若所述数据不合格，则停机处理，若所述数据合格，则进行下面步骤；
[0117] 系统软件接收到伺服驱动器返回的刹车信号后，发出指令，通过信号收发处理器给自动寻址模块，该模块上的探伤侦测模块开始启动，通过射线扫描对轮对工件进行整体探伤，并记录其裂纹位置、大小、宽度和深度数据，并将数据汇总后发送给中央计算机；中央计算机经过对数据进行识别和对比：如果数据不合格，则停机处理，如果数据合格，则进行后面的步骤。
[0118] S50：将检测到的所述工件的螺栓孔位角度数据以及拧紧轴箱到所述工件的距离数据发送给中央计算机。
[0119] 在此步骤之前，系统软件发出指令，经过信号收发处理器给拧紧轴箱上的激光测距仪和孔位识别相机，当检测到拧紧机轴箱与轮对工件对齐时，发回信号给中央计算机。系统软件接受信号后发出指令，通过伺服电机驱动器将信号发送给竖轨伺服电机，并完成刹车；
[0120] 拧紧轴箱上的激光测距仪和螺栓孔位识别相机继续工作，将工件的螺栓孔位角度数据和拧紧轴箱到轮对工件的距离数据实时发送给中央计算机。
[0121] S60：根据所述数据调节与对准所述拧紧轴箱拧紧轴与工件的所述螺纹孔位以及对工件螺栓进行拧紧、进给和自动退回操作。
[0122] 系统软件收到数据后发出指令，通过伺服电机驱动器将信号发送给横轨伺服电机和转盘伺服电机，完成拧紧轴箱拧紧轴与轮对工件的螺纹孔位的自适应调节和对准动作，并刹车。
[0123] 系统软件发出指令，通过拧紧轴控制器和EPOD数据同步器驱动拧紧轴旋转，并保持转速和数据同步，通过与横轨伺服电机的配合完成对轮对螺栓的拧紧、进给和自动退回动作。
[0124] 本发明实施例提出一种机器人智能紧固控制方法，包括：利用伺服电机与自动输送线驱动工件移动；扫描所述工件位置坐标数据并反馈给所述中央计算机；探伤所述工件，并记录其裂纹位置、大小、宽度和深度数据；
[0125] 根据所述数据判断所述工件是否合格，若所述数据不合格，则停机处理，若所述数据合格，则进行下面步骤；将检测到的所述工件的螺栓孔位角度数据以及拧紧轴箱到所述工件的距离数据发送给中央计算机。根据所述数据调节与对准所述拧紧轴箱拧紧轴与工件的所述螺纹孔位以及对工件螺栓进行拧紧、进给和自动退回操作。通过上述技术方案，形成了一种机器人智能紧固控制方法，提高了工件组装的效率及质量。
