上纸管机械手的制作方法
【专利摘要】一种上纸管机械手，包括由自动控制系统控制的驱动装置、固定在机架上的横向支架、机械臂、纸管握持端以及限位块。机械臂包括后臂和前臂，后臂的后端套接在横向支架上，前端与前臂连接。纸管握持端通过腕部轴套与前臂上的连接轴连接。后臂与前臂可在竖直平面内上下转动，腕部轴套可带动纸管握持端在竖直平面内左右转动，纸管握持端可绕腕部轴套在水平面内左右转动。限位块为刚性部件与横向支架固定连接，用于限制机械臂在横向支架上横向移动和角向转动。本发明通过对前臂、后臂、腕部轴套以及纸管握持端连接结构的设置，使上纸管机械手具有四个可在不同方向灵活转动的关节，从而保证了本发明具有高自由度，能够进行任意方向的调整，操作方便。
【专利说明】上纸管机械手
【技术领域】
[0001]本发明属于纺织机械领域，具体涉及一种纺纱机在落纱后重新向筒子架上纸管的机械手。
【背景技术】
[0002]在纺纱过程中，由于纸管的储纱量有限，当纸管储满纱线后，纺纱机会通过落管装置将纸管取下，以便后续对新纸管替换。而对于上纸管这一流程，多为工作人员手动更换。由于纺纱机较长锭位较多，若出现在同一时间有多个锭位需要上纸管的情况时，单靠工作人员手动上纸管不仅工作量大，而且限制纺纱机的纺纱效率。
[0003]针对上述问题，现有方案提出了一种仅针对环锭纺落纱机的上纱管装置。环锭纺落纱机上纱管时，纱管管身竖直插放在锭子上。上纱管装置通过套箍纱管的顶部，采用垂直拔、插的方式完成锭子的上纱管工作。其不足之处在于，该上纱管装置仅能在竖直方向上进行上升下降的单一运动，当纱管与锭子布局发生改变时，受上述因素限制便无法继续使用。并且由于不具备高自由度，无法局部转动，所以当上纱管装置与锭子之间的位置出现偏差时，需要对设备进行整体调整，操作难度大，影响上纱管效率。此外，在上纱管过程中，该装置仅能从竖直放置的纱管顶部进行套箍，当纱管的管身横向放置时，该上纱管装置则无法对纱管的管身进行任何操作，适应能力差。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供一种上纸管机械手，使其具有多关节结构，进而获得高自由度，便于操作和调整。
[0005]本发明的技术方案是:一种上纸管机械手，包括由自动控制系统控制的驱动装置、固定在机架上的横向支架、机械臂、纸管握持端以及限位块；
[0006]横向支架包括固定在机架上的竖直底板以及水平固定在竖直底板一侧的横轴和横架；
[0007]机械臂包括前臂和后臂，后臂包括大座体和前臂连接轴，前臂包括小座体和腕部连接轴；其中，大座体的后端套接在横轴上形成间隙配合，大座体上设有用于连接后臂驱动装置的连接端，大座体的前端固定有与横轴平行的前臂连接轴，小座体套接在前臂连接轴上形成间隙配合，小座体上还设有用于连接前臂驱动装置的连接端以及与横轴垂直的腕部连接轴；
[0008]纸管握持端通过腕部轴套与腕部连接轴连接，腕部轴套的后端设有锁紧螺钉，用于与腕部连接轴锁紧，腕部轴套的前端设有一个竖向的通孔，靠近该通孔的位置设有锁紧装置；
[0009]纸管握持端包括固定有气缸的卡箍以及固定有卡爪的L形基座；卡箍套接并紧箍在腕部轴套上，受自动控制系统控制的气缸固定在卡箍的下方；气缸的活塞杆端部为关节轴承，水平连接有一个推板；卡爪为多连杆机构，对称的设置在L形基座的两侧，卡爪的手指两两相对；推板的两侧分别与L形基座两侧的卡爪连接，在气缸的推动下多连杆机构带动卡爪开合；L形基座的竖直面固定有一个弯轴，该弯轴插接在腕部轴套的竖向通孔中，并通过锁紧装置锁紧；
[0010]限位块为刚性部件，上部与横架固定连接，下部套接在横轴上，在靠近限位块后臂的大座体处设有与限位块匹配的型腔。
[0011]进一步，所述前臂连接轴上套装有扭簧，扭簧的两端分别与大座体和小座体连接。
[0012]进一步，所述纸管握持端上设有补偿部件，包括定位辊座和辊轮，定位辊座固定在L形基座水平底面的下方；该定位辊座的顶面与L形基座的底面贴合，与顶面连接的两个侧板向同一个方向倾斜，倾斜角度α与锥形纸管管身的倾斜角度相同，在定位辊座的两侧板上分别固定有辊轮。
[0013]进一步，所述倾斜角度a为4。-V之间。
[0014]进一步，所述限位块上设有可调节长度的限位螺钉，该限位螺钉与型腔的内侧面相对。
[0015]进一步，所述前臂驱动装置和后臂驱动装置可整合成为一个凸轮连杆驱动装置，该凸轮连杆驱动装置包括连接有电机的凸轮轴、连杆轴和复位弹簧；电机由自动控制系统控制；凸轮轴与连杆轴的两端分别与机架连接；凸轮轴上间隔固定连接有后臂凸轮和前臂凸轮；连杆轴上对应间隔设有后臂连杆和前臂连杆，两个连杆与连杆轴形成间隙配合；两个连杆的一端通过复位弹簧与机架连接，另一端与各自对应的后臂拉杆和前臂拉杆连接；后臂拉杆和前臂拉杆分别与大座体和小座体上的连接端连接；两个连杆的杆身上设有滚轮，该滚轮在复位弹簧的作用下保证与各自对应的凸轮工作面相接处。
[0016]本发明的有益效果在于:本发明通过对前臂、后臂、腕部轴套以及纸管握持端连接结构的设置，使上纸管机械手具有四个可在不同方向灵活转动的关节，从而保证了本发明具有高自由度，能够进行任意方向的调整，操作方便。
[0017]在附加技术特征中，在纸管握持端设置了补偿部件，通过该补偿部件的角度补偿，可使纸管握持端能够稳固握持锥形纸管，进而扩大本发明的适用范围。
[0018]在附加技术特征中，将后臂驱动装置和前臂驱动装置整合为一个凸轮连杆驱动装置，不仅使得本发明结构紧凑合理，而且还能够降低设备成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为横向支架的结构示意图；
[0020]图2为本发明的整体结构示意图；
[0021]图3为本发明的爆炸图；
[0022]图4为本发明中腕部结构示意图；
[0023]图5为本发明中腕部爆炸图；
[0024]图6为纸管握持端打开示意图；
[0025]图7为纸管握持端合拢示意图；
[0026]图8为纸管握持端的爆炸图；
[0027]图9为纸管握持端握持锥形纸管的结构示意图；
[0028]图10为图9的左视图；[0029]图11为限位块与后臂的一种状态图；
[0030]图12为限位块与后臂的另一种状态图；
[0031]图13为凸轮连杆驱动装置的结构示意图；
[0032]图14为机械臂的一种状态图；
[0033]图15为机械臂的另一种状态图。
【具体实施方式】
[0034]本发明的核心思路为，设计一种具有多关节的上纸管机械手，使其具有高自由度，可以根据需要进行任意方向扭转调整，方便操作。
[0035]本发明为一种上纸管机械手，包括由自动控制系统控制的驱动装置、固定在机架上的横向支架、机械臂、纸管握持端以及限位块。其中，机械臂的后端套接在横向支架上，机械臂的前端连接纸管握持端。限位块固定在横向支架上，用于限制机械臂横向移动和角向转动。机械臂在对应驱动装置的带动下可绕横向支架转动。纸管握持端在对应驱动装置的带动下可进行开合运动，以此来握持纸管。
[0036]由于本发明具有高自由度，所以机械臂包括前臂和后臂，前臂、后臂以及纸管握持端之间通过四个可灵活转动的关节连接。第一个关节位于后臂与横向支架的连接处，后臂可绕横向支架在竖直平面内上下转动；第二关节位于前臂和后臂的连接处，前臂可在后臂转动的基础上做同旋转面的进一步转动；第三关节位于纸管握持端与前臂的连接处，纸管握持端通过一个腕部轴套与前臂连接，纸管握持端可通过腕部轴套绕前臂在竖直平面内左右转动；第四关节位于纸管握持端与腕部轴套的连接处，纸管握持端可绕腕部轴套在水平平面内左右转动。
[0037]为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0038]如图1所示，横向支架I包括水平设置的横轴101和横架102，以及固定在横轴101和横架102 —端的竖直底板103，该竖直底板103与机架固定。
[0039]如图2所示，上纸管机械手包括套接在横轴101上的机械臂和限位块2，以及连接在机械臂前端的纸管握持端8。其中，机械臂包括后臂3和前臂4，后臂3的后端套接横轴101上形成间隙配合。限位块2的上部与横架102固定连接，下部套接在横轴101上。限位块2在横向支架I上处于固定不可移动的状态。在后臂3靠近限位块2的位置处设有与限位块2匹配的型腔。限位块2设置的目的在于限制机械臂在横轴101上的横向移动和角向转动。
[0040]现对机械臂、纸管握持端8以及限位块2分别进行详细描述，具体如下:
[0041]机械臂
[0042]如图3所示，机械臂包括后臂3和前臂4。
[0043]后臂3包括大座体301和前臂连接轴302。大座体301的后端套接在横轴101上，即图中所示的X轴，大座体301与横轴101形成间隙配合。大座体301的前端固定前臂连接轴302，即图中所示的Y轴。前臂连接轴302与横轴101平行，即X轴与Y轴平行。大座体301上设有连接端，用于连接后臂驱动装置。在后臂驱动装置的带动下后臂3可绕X轴在竖直平面内上下转动。[0044]前臂4包括小座体401和腕部连接轴402。小座体401套接在前臂连接轴302上形成间隙配合。小座体401上固定有腕部连接轴402，即图中所示的U轴。腕部连接轴402与横轴101垂直，即U轴垂直于X轴。小座体401上还设有连接端，用于连接前臂驱动装置。在前臂驱动装置带动下前臂4可绕Y轴在竖直平面内上下转动。
[0045]为了使前臂4在工作完成后及时恢复到初始位置，可在前臂连接轴302上套装一个扭簧，扭簧的两端分别与大座体301和小座体401连接。
[0046]纸管握持端
[0047]由于纸管握持端8是通过腕部轴套5与前臂4连接的，所以在此将腕部轴套5与纸管握持端8 —并进行描述，具体如下。
[0048]如图4和图5所示，腕部轴套5的前端设有一个竖向的通孔502，靠近该通孔502的位置设有锁紧装置503 ;腕部轴套5的后端设有锁紧螺钉501。腕部轴套5可套接在小座体401的腕部连接轴402上并通过锁紧螺钉501锁紧。腕部轴套5上的竖向通孔502用于连接纸管握持端8，通过锁紧装置503可将纸管握持端8定位锁紧。
[0049]纸管握持端8包括固定有气缸6的卡箍7以及固定有卡爪803的基座804。其中，卡箍7套接并紧箍在腕部轴套5上，受自动控制系统控制的气缸6固定在卡箍7的下方。基座为L形，L形基座804的两侧分别设有对称的卡爪803，卡爪为多连杆机构。卡爪803的手指两两相对。气缸6的活塞杆端部为关节轴承，该关节轴承上水平连接有一个推板802，推板802可绕关节轴承水平左右转动。推板802的两侧分别与L形基座804两侧的卡爪连接。在气缸6的带动以及推板802的传动下，卡爪803可完成开合动作。
[0050]如图6所示，当气缸6的活塞杆回缩时，卡爪803在多连杆机构的带动下手指打开；如图7所示，当气缸6的活塞杆伸出时，卡爪803在多连杆机构的带动下手指合拢。卡爪803的手指两两相对能够稳定握持圆柱形纸管的管身。
[0051]如图4和图5所示，L形基座804的竖直面固定有一个弯轴801，该弯轴801插接在腕部轴套5的竖向通孔502中，形成图中所示的V轴。该V轴与U轴和X轴两两相互垂直。由于与卡爪803连接的推板802可绕气缸6的关节轴承水平左右转动，所以整个纸管握持端8可绕V轴水平左右转动。当纸管握持端8转动到合适位置后，可通过靠近通孔502的锁紧装置503将其锁紧定位。
[0052]由于锥形纸管的管身具有一定的倾斜角，所以单纯依靠上述纸管握持端8无法对锥形纸管稳定握持。为了解决这一问题，依照锥形纸管管身的形状，在纸管握持端8增设了一个补偿部件。具体结构如下:
[0053]如图8和图9所示，补偿部件包括定位辊座805和辊轮806。定位辊座805固定在L形基座804水平底面的下方，该定位辊座805的顶面与L形基座804的底面贴合。与顶面连接的两个侧板向同一个方向倾斜，倾斜角度α与锥形纸管管身的倾斜角度相同，α一般在4° -V之间。在定位辊座805的两个侧板上分别固定有辊轮806。当锥形纸管的管轴与Z轴垂直时，被握持的锥形纸管管身表面与辊轮806的表面相完全贴合。
[0054]定位辊座805与L形基座804之间通过螺母连接，为可拆卸结构。当锥形纸管的倾斜角度发生变化时，只需将原有定位辊座替换成具有匹配角度的定位辊座即可。
[0055]需要说明的是:若定位辊座805与锥形纸管不匹配，出现小角度偏差的情况时，可通过将纸管握持端8绕U轴进行小幅度旋转，来补偿偏差角度，进而达到两者倾斜角度匹配的目的。
[0056]如图10所示，当锥形纸管被纸管握持端8的手指以及辊轮806握持时，锥形纸管有两处圆周被三点定位，即两处手指和一处辊轮806。由此可见，由于增设了补偿部件，对锥形纸管的倾斜角度进行了补偿，使得纸管握持装置能够稳固握持，从而扩大了本发明的适用范围。
[0057]限位块
[0058]如图11和图12所示，限位块2为一个刚性部件，其上端与横架102固定连接，下端套接在横轴101上。靠近限位块2后臂3的大座体301处设有与限位块2下部匹配的型腔。限位块2的角度设定取决于在上纸管过程中，后臂3绕X轴向下转动的最大工作位置。在限位块2上设有限位螺钉201，该限位螺钉201与型腔的内侧面，即图中所示A面相对。当后臂3绕X轴向下转动至最大工作位置时，A面与限位螺钉201相抵触，后臂3停止转动。
[0059]限位螺钉201的长度可调节，通过调节限位螺钉201的伸长量，可调整机械臂绕X轴转动至合适角度。
[0060]在本发明中，机械臂的前臂4连接有前臂驱动装置，后臂3连接有后臂驱动装置。上述驱动装置可分别选用气缸6，也可整合成为一个凸轮连杆驱动装置。现对该凸轮连杆驱动装置的结构做详细介绍，具体如下:
[0061]如图13所示，凸轮连杆驱动装置包括连接有电机的凸轮轴15、连杆轴16和复位弹簧。其中，电机由自动控制系统控制。凸轮轴15与连杆轴16的两端分别与机架连接。凸轮轴15上间隔固定连接有后臂凸轮11和前臂凸轮12 ;连杆轴16上对应间隔设有后臂连杆13和前臂连杆14，两个连杆与连杆轴16形成间隙配合。两个连杆的一端通过复位弹簧与机架连接，另一端则与各自对应的后臂拉杆9和前臂拉杆10连接。后臂拉杆9和前臂拉杆10分别与大座体301和小座体401上的连接端连接。两个连杆的杆身上设有滚轮，该滚轮在复位弹簧的作用下保证与各自对应的凸轮工作面相接处。需要说明的是，后臂凸轮11和前臂凸轮12的形状以及所设角度，均按照后臂3和前臂4运动的方式和顺序来确定。
[0062]如图14和图15所示，本发明在工作时，依靠由自动控制系统控制的驱动装置带动后臂3绕X轴转动，前臂4绕Y轴转动。首先调整第一关节，后臂驱动装置将后臂3绕X轴抬升或下降到一个大致工作位置；其次调整第二关节，前臂4驱动装置将前臂4绕Y轴在后臂3已确定的工作范围内进行二次调整。
[0063]若纸管握持端8与上纸管工作位置出现左右偏差时，则依靠第三关节和第四关节进行精度调节。如图4所示，若纸管握持端8需要进行竖直平面内的左右扭转调整，只需将腕部轴套5上的锁紧螺钉501放松，使腕部轴套5绕U轴扭转至合适位置再将锁紧螺钉501旋紧即可。若纸管握持端8需要进行水平面内的左右摆动调整，只需将腕部轴承上靠近通孔502的锁紧装置503放松，使纸管握持端8绕V轴摆动至合适位置再将锁紧装置503锁紧定位即可。
[0064]当纸管握持端准确到达上纸管所需的工作位置时，自动控制系统控制气缸的活塞杆伸缩，进而带动纸管握持端对纸管实施抓取或放置。
[0065]由于本发明具有四个可灵活转动的关节，即位于X轴上的第一关节、位于Y轴上的第二关节、位于U轴上的第三关节、位于V轴上的第四关节。又因为X轴与Y轴平行，X轴、U轴和V轴之间两两相互垂直，所以本发明具有高自由度，可进行任意方向的调节。[0066] 本发明在上纸管时，不仅对于圆柱形纸管可稳定握持，还可对锥形纸管实施同样稳定的握持，只需在纸管握持端8的基座804上增加与锥形纸管匹配的补偿部件即可。
【权利要求】
1.一种上纸管机械手，包括由自动控制系统控制的驱动装置、固定在机架上的横向支架、机械臂、纸管握持端以及限位块；其特征在于: 横向支架包括固定在机架上的竖直底板以及水平固定在竖直底板一侧的横轴和横架； 机械臂包括前臂和后臂，后臂包括大座体和前臂连接轴，前臂包括小座体和腕部连接轴；其中，大座体的后端套接在横轴上形成间隙配合，大座体上设有用于连接后臂驱动装置的连接端，大座体的前端固定有与横轴平行的前臂连接轴，小座体套接在前臂连接轴上形成间隙配合，小座体上还设有用于连接前臂驱动装置的连接端以及与横轴垂直的腕部连接轴； 纸管握持端通过腕部轴套与腕部连接轴连接，腕部轴套的后端设有锁紧螺钉，用于与腕部连接轴锁紧，腕部轴套的前端设有一个竖向的通孔，靠近该通孔的位置设有锁紧装置； 纸管握持端包括固定有气缸的卡箍以及固定有卡爪的L形基座；卡箍套接并紧箍在腕部轴套上，受自动控制系统控制的气缸固定在卡箍的下方；气缸的活塞杆端部为关节轴承，水平连接有一个推板；卡爪为多连杆机构，对称的设置在L形基座的两侧，卡爪的手指两两相对；推板的两侧分别与L形基座两侧的卡爪连接，在气缸的推动下多连杆机构带动卡爪开合；L形基座的竖直面固定有一个弯轴，该弯轴插接在腕部轴套的竖向通孔中，并通过锁紧装置锁紧； 限位块为刚性部件，上部与横架固定连接，下部套接在横轴上，在靠近限位块后臂的大座体处设有与限位块匹配的型腔。
2.如权利要求1所述的上纸管机械手，其特征在于:所述前臂连接轴上套装有扭簧，扭簧的两端分别与大座体和小座体连接。
3.如权利要求1所述的上纸管机械手，其特征在于:所述纸管握持端上设有补偿部件，包括定位棍座和棍轮，定位棍座固定在L形基座水平底面的下方；该定位棍座的顶面与L形基座的底面贴合，与顶面连接的两个侧板向同一个方向倾斜，倾斜角度α与锥形纸管管身的倾斜角度相同，在定位辊座的两侧板上分别固定有辊轮。
4.如权利要求3所述的上纸管机械手，其特征在于:所述倾斜角度α为4°-V之间。
5.如权利要求1所述的上纸管机械手，其特征在于:所述限位块上设有可调节长度的限位螺钉，该限位螺钉与型腔的内侧面相对。
6.如权利要求1-5中任意一顶所述的上纸管机械手，其特征在于:所述前臂驱动装置和后臂驱动装置可整合成为一个凸轮连杆驱动装置，该凸轮连杆驱动装置包括连接有电机的凸轮轴、连杆轴和复位弹簧；电机由自动控制系统控制；凸轮轴与连杆轴的两端分别与机架连接；凸轮轴上间隔固定连接有后臂凸轮和前臂凸轮；连杆轴上对应间隔设有后臂连杆和前臂连杆，两个连杆与连杆轴形成间隙配合；两个连杆的一端通过复位弹簧与机架连接，另一端与各自对应的后臂拉杆和前臂拉杆连接；后臂拉杆和前臂拉杆分别与大座体和小座体上的连接端连接；两个连杆的杆身上设有滚轮，该滚轮在复位弹簧的作用下保证与各自对应的凸轮工作面相接处。
【文档编号】D01H9/02GK103526365SQ201310506676
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】肖健营, 马孝育, 赵新海, 曹云霞 申请人:陕西华燕航空仪表有限公司