基于360°万向刀头转向的智能伺服闭环控制螺丝刀及其作业方法与流程

本发明涉及螺丝刀，尤其涉及一种基于360°万向刀头转向的智能伺服闭环控制螺丝刀及其作业方法。

背景技术：

1、随着现代制造业向精密化、微型化方向快速发展，螺丝刀的应用场景日趋复杂，从传统开放空间的标准工位逐步延伸至设备内部缝隙、管线交错区域、深腔结构等狭小空间。与此同时，待拧紧螺丝的规格也日趋微小化，在3c电子、精密仪器、医疗器械等领域，m1.4至m2.5规格的微小型螺丝已成为主流，其对拧紧扭矩的控制精度要求极高，扭矩偏差稍大即可能导致滑牙、崩牙或连接失效。

2、由于传统螺丝刀采用刀头与机身轴向固定的直线式布局，当作业位置处于设备内部缝隙、管线交错区域、深腔侧壁等非直线可达的空间时，刀头无法偏转角度以对准螺丝轴线，导致大量作业位置成为操作盲区。操作者往往需要反复调整设备姿态、拆卸周边部件或使用临时改制的非标工具才能完成作业，这不仅大幅降低了流水线作业效率，还增加了工件损伤风险和安全隐患，严重制约了复杂工况下的装配效率与质量。

3、综上，现有的螺丝刀在实际使用过程中存在因刀头与机身固定角度导致在设备内部缝隙、管线死角等非直线空间中刀头无法偏转对准螺丝轴线，从而产生大量操作盲区，严重制约了复杂工况下的装配效率与质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于360°万向刀头转向的智能伺服闭环控制螺丝刀及其作业方法，解决现有的螺丝刀在实际使用过程中存在因刀头与机身固定角度导致在设备内部缝隙、管线死角等非直线空间中刀头无法偏转对准螺丝轴线，从而产生大量操作盲区，严重制约了复杂工况下的装配效率与质量的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于360°万向刀头转向的智能伺服闭环控制螺丝刀，所述基于360°万向刀头转向的智能伺服闭环控制螺丝刀包括手柄、换向节、刀头外壳、刀头本体、伺服驱动组件、摄像头和控制器，所述手柄的前端固定设置有安装凸起，所述换向节的尾端通过第一转轴转动设置于所述安装凸起的前端，所述刀头外壳的尾端通过第二转轴与所述换向节的前端转动连接，所述刀头本体可拆卸地安装于所述刀头外壳的顶端，所述伺服驱动组件设置于所述刀头外壳内部，用于驱动所述刀头本体旋转，所述控制器设置于所述手柄内部，用于控制所述伺服驱动组件动作；

3、所述第一转轴和所述第二转轴相垂直，且所述第二转轴贯穿所述第一转轴，构成十字轴式万向换向结构；

4、所述换向节与所述安装凸起之间设置有第一锁止组件，用于在所述换向节绕所述第一转轴转动至目标角度后将所述换向节与所述安装凸起相对锁止；所述换向节与所述刀头外壳之间设置有第二锁止组件，用于在所述刀头外壳绕所述第二转轴转动至目标角度后将所述刀头外壳与所述换向节相对锁止；

5、所述摄像头设置于所述刀头外壳的前端，并与所述控制器电性连接，用于采集作业位置的实时图像。

6、其中，所述第一锁止组件为设置在所述第一转轴与所述安装凸起的轴孔之间的涨紧套；

7、所述第二锁止组件包括限位块和锁紧螺母，所述第二转轴的一端固定设置有所述限位块，所述第二转轴的另一端设置有螺纹部，所述螺纹部处设置有所述锁紧螺母。

8、其中，所述第二转轴的两端均设置有轴肩，所述轴肩与所述刀头外壳的尾端的轴孔相适配。

9、其中，所述第一转轴和所述第二转轴的中部均贯通设置有布线孔，所述伺服驱动组件和所述摄像头与所述控制器之间的导线均穿过所述布线孔实现电性连接。

10、其中，所述基于360°万向刀头转向的智能伺服闭环控制螺丝刀还包括传感检测组件，所述传感检测组件包括扭矩传感器、转速传感器和温度传感器，所述扭矩传感器安装于所述伺服驱动组件的输出端，所述转速传感器安装于所述伺服驱动组件的伺服电机转轴处，所述温度传感器安装于所述刀头外壳内部，所述扭矩传感器、所述转速传感器和所述温度传感器均与所述控制器电性连接。

11、其中，所述控制器内设置有闭环控制系统，所述闭环控制系统包括扭矩实时采集单元、转速实时采集单元、动态修正单元、温度补偿单元和抗干扰处理单元，所述扭矩实时采集单元的输入端与所述扭矩传感器的输出端电性连接，所述转速实时采集单元的输入端与所述转速传感器的输出端电性连接，所述扭矩实时采集单元的输出端和所述转速实时采集单元的输出端分别与所述动态修正单元的输入端电性连接，所述动态修正单元的输出端与所述伺服驱动组件的控制端电性连接，用于根据实时采集的扭矩数据和转速数据采用pid控制算法对所述伺服驱动组件的输出扭矩进行动态修正；

12、所述温度补偿单元的输入端与所述温度传感器的输出端电性连接，所述温度补偿单元的输出端与所述动态修正单元的补偿输入端电性连接，用于根据所述温度传感器检测的温度数据，依据预置的温度扭矩补偿曲线对所述动态修正单元的输出值进行实时校正；

13、所述抗干扰处理单元分别与所述扭矩实时采集单元、所述转速实时采集单元和所述温度补偿单元电性连接，所述抗干扰处理单元内置电磁屏蔽及滤波电路，用于抑制外部电磁干扰对采集信号和传输信号的干扰。

14、其中，所述控制器内还集成有智能管理模块，所述智能管理模块包括数据存储单元、数据分析单元和通信单元；

15、所述数据存储单元的输入端与所述扭矩实时采集单元的输出端、所述转速实时采集单元的输出端、所述温度补偿单元的输出端和所述摄像头的输出端分别电性连接，用于记录每次作业的扭矩数据、转速数据、温度数据、作业时间及摄像头采集的影像数据；

16、所述数据分析单元的输入端与所述数据存储单元的输出端电性连接，用于对作业数据进行实时分析，判断螺丝是否拧紧到位、是否存在滑牙或浮锁异常，并输出判定结果；

17、所述通信单元的输入端与所述数据存储单元的输出端和所述数据分析单元的输出端分别电性连接，支持蓝牙、wi-fi或usb通信方式，用于与外部终端或mes系统进行数据交互。

18、本发明还提供一种基于360°万向刀头转向的智能伺服闭环控制螺丝刀的作业方法，应用于如上述所述的基于360°万向刀头转向的智能伺服闭环控制螺丝刀，包括如下步骤：

19、启动所述螺丝刀，所述控制器自检，读取所述温度传感器数据，加载对应的温度补偿参数，并启动所述摄像头；

20、调节所述换向节绕所述第一转轴转动，并调节所述刀头外壳绕所述第二转轴转动，将所述刀头本体调节至目标角度，所述第一锁止组件和所述第二锁止组件分别将所述换向节和所述刀头外壳锁止于目标角度；

21、通过所述摄像头采集的实时图像辅助对准，使所述刀头本体对准待拧紧螺丝；

22、设定目标扭矩、目标转速及角度阈值工艺参数；

23、启动所述伺服驱动组件，所述闭环控制系统实时采集扭矩数据与转速数据，动态修正所述伺服驱动组件的输出扭矩，直至达到目标扭矩或满足预设拧紧条件后停止；

24、记录本次作业数据，与预设阈值进行比对判定，输出合格或异常判定结果；

25、通过所述通信单元将作业数据上传至外部设备。

26、本发明的一种基于360°万向刀头转向的智能伺服闭环控制螺丝刀及其作业方法，包括手柄、换向节、刀头外壳、刀头本体、伺服驱动组件、摄像头和控制器，通过设置所述手柄前端的所述安装凸起、所述换向节及所述刀头外壳，并采用所述第一转轴与所述第二转轴垂直相交且所述第二转轴贯穿所述第一转轴的十字轴式万向换向结构，使所述刀头外壳可相对于所述手柄在任意方向上进行360°全方位角度调节，同时配合所述第一锁止组件和所述第二锁止组件在调节至目标角度后将所述换向节与所述安装凸起、所述刀头外壳与所述换向节分别相对锁止，确保所述刀头本体在任意偏转角度下均能保持稳定作业姿态，从而使所述刀头本体能够灵活偏转并对准非直线空间中的螺丝轴线，有效消除设备内部缝隙、管线死角等复杂工况下的操作盲区，显著提升装配效率与作业质量。