专利名称：一种培养瓶开盖机构及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种开盖机构及其操作方法，特别是关于一种用于为培养瓶开盖的开盖机构及其操作方法。
背景技术：
植物组织培养由于能大幅度提高产量、降低生产成本，特别是能使稀有、优良品种实现快速大量繁殖，目前已进入规模化生产阶段，我国年产种苗上亿株。然而，在组培苗继代培养生产过程中，由于人工作业导致的污染损失严重，而且人工作业工作效率低、劳动强度大，生产成本高。目前日本和台湾的一些研究机构针对组培苗继代培养生产过程，进行过相关机械装置的研发，但大部分研究都集中在对组培苗移植机器人及手爪的研发上，对苗株移植前培养瓶开盖机构的相关研究报道很少。在医药、食品、化工等行业有一些关于瓶体合盖机构的研究报道，一般采用压入或瓶盖压紧后相对瓶体旋转的方式合盖，但对于开盖机构，还没见相关的研究报道。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种运动灵活、工作可靠，能够节约动力，适用于组培苗继代培养过程中苗株移植前进行培养瓶开盖作业的开盖机构及其操作方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种培养瓶开盖机构，其特征在于 它包括一机架，所述机架上端设置有一丝杠滑块机构，所述丝杠滑块机构通过竖直固定座滑动连接瓶盖夹持爪机构，所述瓶盖夹持爪机构下方的所述机架上设置有一瓶体夹持爪机构；所述丝杠滑块机构包括设置在所述机架上的支撑架，所述支撑架顶端设置有一丝杠电机，所述丝杠电机的输出端连接一支撑在所述支撑架上的丝杠，所述丝杠上穿设并转动连接有一方形滑块；所述竖直固定座的一侧连接方形滑块，相对一侧设置通过导柱滑槽机构滑动连接所述瓶盖夹持爪机构中的夹持爪定板；所述瓶盖夹持爪机构中，所述夹持爪定板的底面设置有一圆柱形凸台，顶面通过支座连接一瓶盖电机，所述瓶盖电机的输出端连接一驱动轴，所述驱动轴的另一端穿过所述夹持爪定板和圆柱形凸台，且支撑在所述夹持爪定板上；所述驱动轴的下端通过螺纹转动连接一手指滑块，所述手指滑块的外周向间隔设置有若干竖向倾斜的滑道；所述圆柱形凸台的外周向套设一夹持爪动板，所述夹持爪动板的周向间隔设置有若干手指支板，每个所述手指支板的下端均通过一销轴铰接一夹持手指，各所述夹持手指的上端对应设置在所述手指滑块的滑道上；所述夹持爪定板的下表面与所述夹持爪动板的上表面贴合，所述夹持爪定板上间隔设置有若干通孔，与各所述通孔的位置相对应在所述夹持爪动板上设置有圆弧凹槽，各所述通孔内均螺纹连接一紧定螺钉，所述紧定螺钉下方设置有压紧弹簧，所述压紧弹簧下方的所述通孔和圆弧凹槽之间设置有钢球；所述瓶体夹持爪机构包括设置在所述机架上的瓶体手爪支座，所述瓶体手爪支座上通过轴承支撑一双头螺杆，所述双头螺杆的其中一端连接一设置在所述瓶体手爪支座上的瓶体电机，所述双头螺杆上间隔设置有两段螺旋方向相反的螺纹，每个螺纹段均螺纹连接一手指板，两所述手指板的另一端均连接一夹持手指。所述竖直固定座与所述夹持爪定板之间的导柱滑槽机构包括设置在所述竖直固定座上的燕尾形导柱，设置在所述夹持爪定板上的燕尾形滑槽，所述燕尾形导柱滑动设置在所述燕尾形滑槽内。
所述瓶盖夹持爪机构中的各所述夹持手指内侧，所述瓶体夹持爪机构中的各所述夹持手指内侧，均设置有用于增大摩擦的胶皮材料。所述瓶体夹持爪机构中的两所述手指板铰接在一具有导向作用的光轴上，所述光轴与所述双头螺杆的轴线平行，其两端支撑在所述瓶体手爪支座上。所述手指滑块的外周设置的滑道为三个，且均勻间隔；所述夹持爪动板的周向设置的所述手指支板的个数为三个，且每一所述手指支板的上端对应设置在所述手指滑块的一个滑道上。所述夹持爪定板上间隔设置的通孔数量为三个。上述培养瓶开盖机构的操作方法，其包括以下步骤1)丝杠电机正转，通过方形滑块和竖直固定座带动整个瓶盖夹持爪机构沿丝杠向下运动，使瓶盖夹持爪机构种的各夹持手指运动到培养瓶瓶盖上方；2)瓶盖电机正转，带动手指滑块沿驱动轴向上运动，各瓶盖夹持手指的上端沿着手指滑块上的滑道向下运动，使瓶盖夹持手指的下端合拢，夹住瓶盖；瓶盖电机继续正转，瓶盖夹持手指夹紧瓶盖；3)瓶体电机正转，在双头螺杆的驱动下， 两手指板带动两瓶体夹持手指闭合，夹紧瓶体；4)瓶盖电机继续正转，手指滑块通过瓶盖夹持手指和手指支板驱动夹持爪动板转动，钢球脱离夹持爪动板上的圆弧凹槽，夹持爪动板、手指支板、瓶盖夹持手指和手指滑块绕竖直轴线一起旋转，拧开瓶盖；同时，瓶盖顶起整个瓶盖夹持爪机构，瓶盖夹持爪机构通过夹持爪定板和竖直固定座之间的导柱滑槽机构向上运动；5)拧开瓶盖以后，瓶盖电机停止转动，丝杠电机反转，整个瓶盖夹持爪机构通过方形滑块和竖直固定座沿丝杠向上运动，使瓶盖与瓶体分离；瓶盖夹持爪机构在重力作用下通过导柱滑槽机构向下滑动，回到原位；6)瓶体电机反转，两手指板分别带动两瓶体夹持手指张开，松开瓶体，瓶体随即由其它搬运机构运走；7)瓶盖电机反转，带动夹持爪动板、 手指支板、瓶盖夹持手指和手指滑块绕竖直轴线一起反转，钢球落回夹持爪动板上的圆弧凹槽内，在钢球的限位作用下，夹持爪动板、手指支板、瓶盖夹持手指不再绕竖直轴线转动， 此时手指滑块沿驱动轴向下运动，瓶盖夹持手指的上端沿着手指滑块的滑道向上运动，从而使瓶盖夹持手指的下端张开，松开瓶盖，此时整个开盖机构回到初始状态，准备下一次开盖作业。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明在机架上设置有丝杠滑块机构、瓶盖夹持爪机构和瓶体夹持爪机构，通过丝杠滑块机构带动瓶盖夹持爪机构上升和下降，通过瓶体夹持爪机构夹紧瓶体，通过瓶盖夹持爪机构夹紧并旋开瓶盖，结构简单、运动灵活，工作可靠。2、本发明的瓶盖夹持爪和瓶体夹持爪能够根据培养瓶瓶盖和瓶体的尺寸，自动调节开口大小，因此，可适应不同大小的培养瓶，通用性强。3、本发明竖直固定座上的燕尾形导柱滑动设置在夹持爪定板上的燕尾形滑槽内，因此，可使整个瓶盖夹持爪机构随着瓶盖螺纹的旋开而自动上升，并且可适应不同螺距的瓶盖。4、本发明夹持爪定板的通孔内螺纹连接紧定螺钉，紧定螺钉下方设置有压紧弹簧，压紧弹簧下方的通孔和夹持爪动板的圆弧凹槽之间设置有钢球，通过调节压紧弹簧上的压紧螺钉，可使夹紧瓶盖的夹持力不同，从而适应不同旋紧程度的瓶盖。5、本发明通过瓶盖电机驱动，使手指滑块做上下直线运动，进而使夹持手指绕销轴转动，实现瓶盖的夹紧；在夹紧瓶盖以后，随着瓶盖电机继续旋转，钢球脱离夹持爪动板上的圆弧凹槽，夹持手指夹紧瓶盖开始旋转，因此，本发明只需一个驱动装置即可实现瓶盖的夹紧和旋开两个动作，结构巧妙，节约动力。本发明结构设计简单巧妙，不仅能够适用于不同尺寸的培养瓶和瓶盖，而且能够在瓶盖螺距和旋紧程度不同的情况下进行开盖作业，因此，可广泛用于组培苗继代培养过程中苗株移植前培养瓶的开盖作业过程中。
图1是本发明的整体结构示意2是本发明瓶盖夹持爪机构俯视示意3是图2的A-A向剖视示意4是本发明夹持爪定板的结构示意5是本发明夹持爪动板的结构示意6是本发明瓶体夹持爪机构示意7是本发明瓶体夹持爪机构中的双头螺杆的结构示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明包括一机架10，机架10上端设置有一丝杠滑块机构20，丝杠滑块机构20上通过竖直固定座30连接瓶盖夹持爪机构40，瓶盖夹持爪机构40下方的机架 10上设置有一瓶体夹持爪机构50。如图1所示，丝杠滑块机构20包括通过螺钉固定连接在机架10上的支撑架201， 支撑架201顶端设置有一丝杠电机202，丝杠电机202的输出端穿过支撑架201顶端连接一丝杠203，丝杠203的另一端通过轴承支撑在支撑架201底端，丝杠203上穿设并转动连接有一方形滑块204，方形滑块204可在丝杠电机202的驱动下沿着丝杠203做上下直线运动。如图1所示，竖直固定座30的一侧通过螺钉固定连接方形滑块204，相对的一侧设置有燕尾形导柱301，竖直固定座30通过燕尾形导柱301滑动连接瓶盖夹持爪机构40。如图1、图2所示，瓶盖夹持爪机构40包括一夹持爪定板401，夹持爪定板401上设置有与竖直固定座30的燕尾形导柱301相配合的燕尾形滑槽402，竖直固定座30上的燕尾形导柱滑动设置在燕尾形滑槽402内。如图1、图3、图4所示，夹持爪定板401底面设置有一圆柱形凸台403，顶面通过螺钉固定连接有一支座404，支座404顶面通过螺钉固定连接一瓶盖电机405，瓶盖电机405的输出端穿过支座404并通过一联轴器406连接一驱动轴407，驱动轴407的另一端穿过夹持爪定板401和圆柱形凸台403，且通过轴承408和尼龙套409支撑在夹持爪定板401上。驱动轴407的下端加工成螺杆，通过螺纹转动连接一手指滑块410，手指滑块410的外周向均勻间隔设置有三个竖向倾斜的滑道。夹持爪定板 401底面的圆柱形凸台403的外周向通过轴承连接一夹持爪动板411，夹持爪动板411的周向通过螺钉均勻间隔固定连接三个手指支板412，每个手指支板412的下端均通过一销轴413铰接一呈“L”形的夹持手指414，三个夹持手指414的上端对应设置在手指滑块410的滑道上，三个夹持手指414的下端内侧均设置有用于增大摩擦的胶皮材料415，用于夹持瓶盖。如图1、图4、图5所示，夹持爪定板401的下表面与夹持爪动板411的上表面贴合，夹持爪定板401上间隔设置有三个通孔416，与三个通孔416的位置相对应在夹持爪动板411上设置有三个圆弧凹槽417。如图3所示，三个通孔416内均螺纹连接一紧定螺钉 418，紧定螺钉418下方的通孔416内设置有压紧弹簧419，压紧弹簧419下方的通孔416和圆弧凹槽417之间设置有钢球420。如图3所示，当驱动轴407在瓶盖电机405的驱动下转动时，手指滑块410沿驱动轴407做上下直线运动，使得沿手指滑块410的滑道滑动的夹持手指414绕销轴413转动， 实现瓶盖的夹紧或松开。当夹持手指414夹紧瓶盖后，瓶盖电机405继续同向运动，夹持手指414的上端卡紧在手指滑块410的滑道上，限制手指滑块410继续向上运动，此时，若瓶盖电机405继续同向运动，手指滑块410在瓶盖电机405的驱动下，通过夹持手指414和手指支板412带动夹持爪动板411转动，此时，钢球420在夹持爪动板411上的圆弧凹槽417 的侧壁挤压力作用下，向上压缩压紧弹簧419，进而脱离圆弧凹槽417进入夹持爪定板401 的通孔416内，使得夹持爪动板411、手指支板412、夹持手指414和手指滑块410绕竖直轴线一起旋转，从而拧开瓶盖。在拧开瓶盖的过程中，夹持爪定板401与竖直固定座30之间的燕尾形滑槽402和燕尾形导柱301使得整个瓶盖夹持爪机构40随瓶盖螺纹的旋开而自动上升，从而适应不同螺距的瓶盖。通过调节紧定螺钉418，使压紧弹簧419上的压紧力不同，可使夹紧瓶盖的夹持力不同，从而适应不同旋紧程度的瓶盖。如图1、图6所示，瓶体夹持爪机构50包括通过螺钉固定连接在机架10上的瓶体手爪支座501，瓶体手爪支座501上通过两个轴承502支撑一双头螺杆503 (如图7所示)， 双头螺杆503的一端通过一联轴器504连接一瓶体电机505，瓶体电机505通过螺钉固定连接在瓶体手爪支座501上，双头螺杆503上间隔设置有两段螺旋方向相反的螺纹(如图 7所示)，每个螺纹段均螺纹连接一手指板506，两手指板506相互平行，两手指板506的一端均铰接在同一光轴507上，光轴507与双头螺杆503的轴线平行，其两端支撑在瓶体手爪支座501上，两手指板506的另一端均连接一夹持手指508。两夹持手指508的内侧均设置有用于增大摩擦的胶皮材料509，能够使对瓶体的夹持可靠不打滑。由于双头螺杆503上两段螺纹的螺旋方向相反(如图7所示)，当双头螺杆503在瓶体电机505的驱动下转动时，就会通过螺纹带动其上的两手指板506在光轴507的导向下相互靠近或分开，从而带动两夹持手指508的闭合或张开，实现夹紧或松开培养瓶瓶体。本发明的工作过程如下1)丝杠电机202正转，带动方形滑块204及连接在其上的竖直固定座30沿丝杠 203向下运动，从而带动连接在竖直固定座30上的整个瓶盖夹持爪机构40向下运动，使三个夹持手指414运动到培养瓶瓶盖上方(此时三个夹持手指414呈张开状态)。2)瓶盖电机405正转，带动手指滑块410沿驱动轴407向上运动，三个夹持手指 414的上端沿着手指滑块410上的三个滑道向下运动，从而使三个夹持手指414的下端合拢，夹住瓶盖。瓶盖电机405继续正转，三个夹持手指414夹紧瓶盖。3)瓶体电机505正转，在双头螺杆503的驱动下，两手指板506带动两夹持手指508闭合，夹紧瓶体。4)瓶盖电机405继续正转，在夹持手指414的下端夹紧瓶盖以后，手指滑块410 不能再沿着驱动轴407向上运动，则在瓶盖电机405驱动力的作用下，钢球420脱离夹持爪动板411上的圆弧凹槽417，使得夹持爪动板411、手指支板412、夹持手指414和手指滑块 410绕竖直轴线一起旋转，拧开瓶盖。在拧开瓶盖的过程中，瓶盖将顶起整个瓶盖夹持爪机构40通过夹持爪定板401上的燕尾形滑槽402沿燕尾形导柱301向上运动，以适应瓶盖螺纹的旋开。5)在拧开瓶盖以后，瓶盖电机405停止转动。丝杠电机202反转，方形滑块204和竖直固定座30在丝杠203的驱动下带动整个瓶盖夹持爪机构40向上运动，使瓶盖与瓶体分离。在瓶盖和瓶体分离以后，瓶盖夹持爪机构40在重力作用下将沿夹持爪定板401上的燕尾形滑槽402向下滑动，回到原位。6)瓶体电机505反转，两手指板506分别带动两夹持手指508张开，松开瓶体，瓶体随即由其它搬运机构运走。7)瓶盖电机405反转，带动夹持爪动板411、手指支板412、夹持手指414和手指滑块410绕竖直轴线一起反转，在反转的过程中，钢球420落回夹持爪动板411上的圆弧凹槽 417内。在钢球420的限位作用下，夹持爪动板411、手指支板412、夹持手指414不再绕竖直轴线转动，此时手指滑块410沿驱动轴407向下运动，三个夹持手指414的上端沿着手指滑块410的三个滑道向上运动，从而使三个夹持手指414的下端张开，松开瓶盖。此时整个开盖机构回到初始状态，准备下一次的开盖作业。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种培养瓶开盖机构，其特征在于它包括一机架，所述机架上端设置有一丝杠滑块机构，所述丝杠滑块机构通过竖直固定座滑动连接瓶盖夹持爪机构，所述瓶盖夹持爪机构下方的所述机架上设置有一瓶体夹持爪机构；所述丝杠滑块机构包括设置在所述机架上的支撑架，所述支撑架顶端设置有一丝杠电机，所述丝杠电机的输出端连接一支撑在所述支撑架上的丝杠，所述丝杠上穿设并转动连接有一方形滑块；所述竖直固定座的一侧连接方形滑块，相对一侧设置通过导柱滑槽机构滑动连接所述瓶盖夹持爪机构中的夹持爪定板；所述瓶盖夹持爪机构中，所述夹持爪定板的底面设置有一圆柱形凸台，顶面通过支座连接一瓶盖电机，所述瓶盖电机的输出端连接一驱动轴，所述驱动轴的另一端穿过所述夹持爪定板和圆柱形凸台，且支撑在所述夹持爪定板上；所述驱动轴的下端通过螺纹转动连接一手指滑块，所述手指滑块的外周向间隔设置有若干竖向倾斜的滑道；所述圆柱形凸台的外周向套设一夹持爪动板，所述夹持爪动板的周向间隔设置有若干手指支板，每个所述手指支板的下端均通过一销轴铰接一夹持手指，各所述夹持手指的上端对应设置在所述手指滑块的滑道上；所述夹持爪定板的下表面与所述夹持爪动板的上表面贴合，所述夹持爪定板上间隔设置有若干通孔，与各所述通孔的位置相对应在所述夹持爪动板上设置有圆弧凹槽，各所述通孔内均螺纹连接一紧定螺钉，所述紧定螺钉下方设置有压紧弹簧，所述压紧弹簧下方的所述通孔和圆弧凹槽之间设置有钢球；所述瓶体夹持爪机构包括设置在所述机架上的瓶体手爪支座，所述瓶体手爪支座上通过轴承支撑一双头螺杆，所述双头螺杆的其中一端连接一设置在所述瓶体手爪支座上的瓶体电机，所述双头螺杆上间隔设置有两段螺旋方向相反的螺纹，每个螺纹段均螺纹连接一手指板，两所述手指板的另一端均连接一夹持手指。
2.如权利要求1所述的一种培养瓶开盖机构，其特征在于所述竖直固定座与所述夹持爪定板之间的导柱滑槽机构包括设置在所述竖直固定座上的燕尾形导柱，设置在所述夹持爪定板上的燕尾形滑槽，所述燕尾形导柱滑动设置在所述燕尾形滑槽内。
3.如权利要求1所述的一种培养瓶开盖机构，其特征在于所述瓶盖夹持爪机构中的各所述夹持手指内侧，所述瓶体夹持爪机构中的各所述夹持手指内侧，均设置有用于增大摩擦的胶皮材料。
4.如权利要求2所述的一种培养瓶开盖机构，其特征在于所述瓶盖夹持爪机构中的各所述夹持手指内侧，所述瓶体夹持爪机构中的各所述夹持手指内侧，均设置有用于增大摩擦的胶皮材料。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种培养瓶开盖机构，其特征在于所述瓶体夹持爪机构中的两所述手指板铰接在一具有导向作用的光轴上，所述光轴与所述双头螺杆的轴线平行，其两端支撑在所述瓶体手爪支座上。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种培养瓶开盖机构，其特征在于所述手指滑块的外周设置的滑道为三个，且均勻间隔；所述夹持爪动板的周向设置的所述手指支板的个数为三个，且每一所述手指支板的上端对应设置在所述手指滑块的一个滑道上。
7.如权利要求5所述的一种培养瓶开盖机构，其特征在于所述手指滑块的外周设置的滑道为三个，且均勻间隔；所述夹持爪动板的周向设置的所述手指支板的个数为三个，且每一所述手指支板的上端对应设置在所述手指滑块的一个滑道上。
8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种培养瓶开盖机构，其特征在于所述夹持爪定板上间隔设置的通孔数量为三个。
9.如权利要求5或6所述的一种培养瓶开盖机构，其特征在于所述夹持爪定板上间隔设置的通孔数量为三个。
10.一种如权利要求1 9任一项所述的培养瓶开盖机构的操作方法，其包括以下步骤1)丝杠电机正转，通过方形滑块和竖直固定座带动整个瓶盖夹持爪机构沿丝杠向下运动，使瓶盖夹持爪机构种的各夹持手指运动到培养瓶瓶盖上方；2)瓶盖电机正转，带动手指滑块沿驱动轴向上运动，各瓶盖夹持手指的上端沿着手指滑块上的滑道向下运动，使瓶盖夹持手指的下端合拢，夹住瓶盖；瓶盖电机继续正转，瓶盖夹持手指夹紧瓶盖；3)瓶体电机正转，在双头螺杆的驱动下，两手指板带动两瓶体夹持手指闭合，夹紧瓶体；4)瓶盖电机继续正转，手指滑块通过瓶盖夹持手指和手指支板驱动夹持爪动板转动， 钢球脱离夹持爪动板上的圆弧凹槽，夹持爪动板、手指支板、瓶盖夹持手指和手指滑块绕竖直轴线一起旋转，拧开瓶盖；同时，瓶盖顶起整个瓶盖夹持爪机构，瓶盖夹持爪机构通过夹持爪定板和竖直固定座之间的导柱滑槽机构向上运动；5)拧开瓶盖以后，瓶盖电机停止转动，丝杠电机反转，整个瓶盖夹持爪机构通过方形滑块和竖直固定座沿丝杠向上运动，使瓶盖与瓶体分离；瓶盖夹持爪机构在重力作用下通过导柱滑槽机构向下滑动，回到原位；6)瓶体电机反转，两手指板分别带动两瓶体夹持手指张开，松开瓶体，瓶体随即由其它搬运机构运走；7)瓶盖电机反转，带动夹持爪动板、手指支板、瓶盖夹持手指和手指滑块绕竖直轴线一起反转，钢球落回夹持爪动板上的圆弧凹槽内，在钢球的限位作用下，夹持爪动板、手指支板、瓶盖夹持手指不再绕竖直轴线转动，此时手指滑块沿驱动轴向下运动，瓶盖夹持手指的上端沿着手指滑块的滑道向上运动，从而使瓶盖夹持手指的下端张开，松开瓶盖，此时整个开盖机构回到初始状态，准备下一次开盖作业。
全文摘要
本发明涉及一种培养瓶开盖机构及其操作方法，其特征在于它包括设置在机架上的丝杠滑块机构和瓶体夹持爪机构，丝杠滑块机构滑动连接瓶盖夹持爪机构；夹持爪定板通过驱动轴连接手指滑块，夹持爪定板底端设置的夹持爪动板周向通过手指支板铰接夹持手指，各夹持手指的上端对应设置在手指滑块的滑道上；夹持爪定板上设置的通孔与夹持爪动板上设置的圆弧凹槽之间均设置有紧定螺钉、压紧弹簧和钢球；瓶体夹持爪机构夹紧瓶体，瓶盖夹持爪机构夹紧并拧开瓶盖，在丝杠滑块机构的带动下向上运动，实现瓶盖与瓶体的分离。本发明结构简单巧妙，适于不同尺寸的培养瓶瓶体和瓶盖，以及不同的瓶盖螺距和旋紧程度，可广泛用于组培苗继代培养过程中苗株移植前培养瓶开盖作业过程中。
文档编号A01H4/00GK102177851SQ20111008264
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月1日 优先权日2011年4月1日
发明者张铁中, 杨丽, 王粮局 申请人:中国农业大学