步进式送料装置及系统的制作方法

本申请涉及物料运输技术领域，尤其涉及一种步进式送料装置及系统。

背景技术：

步进式送料机是一种能间歇地输送物料并使其间距始终保持稳定步长的传送机械，在生产车间中经常需要步进式送料机水平输送物料。

以钢管生产车间为例，钢管直径一般为60毫米到500毫米，钢管长度通常为5米到30米，甚至30米以上，钢管重量一般有几吨重。由于钢管具有以上特性，当钢管需要水平输送时，需要将多架现有的步进式送料机成列布置。钢管同时放在多架步进梁上的v形槽位中，其中，步进梁为步进式送料机上的置物部分，步进梁上设有v形槽位。多架步进式送料机同步运行，完成钢管的水平输送。地面上固定设有和步进梁相对应的放料梁，放料梁上也设有v形槽位。步进梁可从放料梁上取出钢管，或将钢管放到放料梁上。

现有的步进式送料机，运动轨迹通常是圆形轨迹或椭圆形轨迹。所以步进式送料机取料或放料时，步进梁上的v形槽既有竖直运动也有水平运动，会对接触的钢管产生水平方向的分力。

当钢管被举起时，水平方向的分解运动会将钢管“挤”向放料梁v形槽的侧壁，钢管一侧接触的是放料梁v形槽的侧壁，另一侧接触的是步进梁上v形槽的侧壁。此时，钢管同时接触两个有相对运动的v形槽侧壁，导致钢管表面被划伤，影响钢管产品的表面质量。当钢管彻底脱离放料梁的v形槽时，钢管掉落到步进梁的v形槽内，和步进梁的v形槽两边接触，由于惯性作用，钢管会先晃动，然后才在步进梁上的v形槽内稳定下来。

当钢管被放下时，同样，钢管一侧接触的是放料梁v形槽的侧壁，另一侧接触的是步进梁上v形槽的侧壁。此时，钢管无法通过自身的滚动来适应这两个有相对运动的v形槽，导致钢管表面被划伤，影响了钢管产品的表面质量。当钢管彻底脱离步进梁的v形槽时，钢管掉落到放料梁的v形槽内，和放料梁的v形槽两边接触，由于惯性作用，钢管会先晃动，然后才在放料梁上的v形槽内稳定下来。

综上所述，由于水平方向分力的存在，钢管在被取出或放下时运动不稳定，钢管表面易被划伤。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本申请提供了一种步进式送料装置，其能生成竖直运动轨迹，以便于放料机构在竖直运动轨迹时，进行取料或放料。

本申请的技术方案如下：

一种步进式送料装置，包括：

轨迹生成机构；所述轨迹生成机构包括外齿圈、第一行星齿轮和太阳齿轮；所述太阳齿轮和所述外齿圈同轴设置，所述太阳齿轮和所述第一行星齿轮相啮合，所述太阳齿轮能被驱动转动；所述第一行星齿轮设于所述外齿圈内与所述外齿圈相啮合；所述第一行星齿轮固定设有一偏心轴；

能放置物料的放料机构；所述放料机构与所述偏心轴可转动地连接；所述第一行星齿轮能通过所述偏心轴带动所述放料机构沿预定轨迹运动；所述预定轨迹至少包括竖直运动轨迹。

作为一种优选的实施方式，所述外齿圈的半径是所述第一行星齿轮的半径的2n倍，n为大于等于2的正整数。

作为一种优选的实施方式，所述外齿圈的半径是所述第一行星齿轮的半径的4倍。

作为一种优选的实施方式，当所述第一行星齿轮的中心和所述太阳齿轮的中心的连线平行于水平方向时，所述偏心轴在所述连线上且在所述第一行星齿轮的中心和所述太阳齿轮的中心之间。

作为一种优选的实施方式，以所述太阳齿轮的圆心为坐标原点，以和水平方向夹角为45°的方向为x轴正方向制定直角坐标系；所述预定轨迹上的位置点满足以下关系式：

其中，(x，y)为所述预定轨迹上的位置点，x和y的单位为毫米；

d为所述偏心轴的偏心距离，单位为毫米；

r为所述外齿圈的半径，单位为毫米；

r为所述第一行星齿轮的半径，单位为毫米；

θ为所述位置点(x，y)和原点连成的直线与x轴的夹角，单位为度。

作为一种优选的实施方式，所述第一行星齿轮固定有一同心轴，所述偏心轴与所述同心轴通过固定板固定连接；所述太阳齿轮沿轴向具有相背对的第一侧和第二侧，所述固定板在所述太阳齿轮轴向的第一侧。

作为一种优选的实施方式，所述放料机构与所述偏心轴通过轴承转动连接。

作为一种优选的实施方式，所述放料机构包括沿水平方向延伸的支撑板，以及设置于所述支撑板上的接料部；所述支撑板和所述偏心轴可转动地连接；所述放料机构位于所述太阳齿轮轴向的第一侧。

作为一种优选的实施方式，所述轨迹生成机构还包括第二行星齿轮、第三行星齿轮和行星架；所述第一行星齿轮、所述第二行星齿轮和所述第三行星齿轮均匀分布在所述太阳齿轮的周围，所述第一行星齿轮、所述第二行星齿轮和所述第三行星齿轮啮合在所述太阳齿轮、所述外齿圈之间，通过行星架相连接，以同步运动。

作为一种优选的实施方式，还包括一驱动齿轮；所述轨迹生成机构有两个；两个所述轨迹生成机构的偏心轴位于同一水平面；两个所述轨迹生成机构被所述驱动齿轮驱动。

作为一种优选的实施方式，每个所述轨迹生成机构还设有与所述太阳齿轮同轴设置的从动齿轮；所述驱动齿轮通过所述从动齿轮驱动所述太阳齿轮；所述驱动齿轮和所述从动齿轮位于所述太阳齿轮轴向的第二侧。

作为一种优选的实施方式，还包括驱动所述驱动齿轮的驱动电机；所述驱动电机是减速电机或液压马达。

作为一种优选的实施方式，所述预定轨迹包括水平运动轨迹。

作为一种优选的实施方式，所述预定轨迹包括上升运动轨迹、下降运动轨迹、前进运动轨迹、后退运动轨迹形成的整体呈四边形的运动轨迹。

一种步进式送料系统，包括：如上任一实施方式所述的步进式送料装置。

有益效果：

本实施方式中的步进式送料装置，其第一行星齿轮通过所述偏心轴能带动所述放料机构沿预定轨迹运动，所述预定轨迹至少包括竖直运动轨迹。放料机构在竖直运动轨迹时，进行取料或放料，并未有水平分量运动，可使所运输的物料运动稳定且表面不被划伤。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例的轨迹生成机构的结构示意图；

图2是图1的机构生成预定轨迹的示意图；

图3是本申请一个实施例的一种步进式送料装置的主视图；

图4是图3的后视图；

图5是本申请一个实施例的一种步进式送料系统的示意图。

附图标记说明：

1、轨迹生成机构；11、外齿圈；12、第一行星齿轮；13、偏心轴；14、太阳齿轮；15、行星架；16、固定板；17、第二行星齿轮；18、第三行星齿轮；101、上升运动轨迹；102、下降运动轨迹；103、前进运动轨迹；104、后退运动轨迹；105、圆角；21、支撑板；22、接料部；3、驱动齿轮；4、从动齿轮；5、动力输入轴；6、钢管；100、步进式送料装置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请实施方式中提供一种步进式送料装置100，包括：轨迹生成机构1和放料机构。

结合参阅图1-图4。所述轨迹生成机构1包括外齿圈11、第一行星齿轮12和太阳齿轮14；所述太阳齿轮14和所述外齿圈11同轴设置，所述太阳齿轮14和所述第一行星齿轮12相啮合，所述太阳齿轮14能被驱动转动；所述第一行星齿轮12设于所述外齿圈11内与所述外齿圈11相啮合；所述第一行星齿轮12固定设有一偏心轴13。

所述放料机构与所述偏心轴13可转动地连接；所述第一行星齿轮12能通过所述偏心轴13带动所述放料机构沿预定轨迹运动；所述预定轨迹至少包括竖直运动轨迹。

在使用步进式送料装置100进行正常作业时，外齿圈11有基座支撑且固定不动，外齿圈11的内壁设有多个啮合齿，第一行星齿轮12啮合在外齿圈11和太阳齿轮14之间。被太阳齿轮14驱动的第一行星齿轮12在外齿圈11内运动，第一行星齿轮12通过所述偏心轴13带动所述放料机构沿预定轨迹运动；所述预定轨迹至少包括竖直运动轨迹。放料机构在竖直运动轨迹时，进行取料或放料，并未有水平分量运动，可使所运输的物料运动稳定且表面不被划伤。

具体的，所述外齿圈11的半径是所述第一行星齿轮12的半径的2n倍，n为大于等于2的正整数。

在本实施方式中，取n＝2，即所述外齿圈11的半径是所述第一行星齿轮12的半径的4倍。相应的，所述预定轨迹为整体呈四边形的运动轨迹，可以包括上升运动轨迹、下降运动轨迹、前进运动轨迹、后退运动轨迹，其中上升运动轨迹和下降运动轨迹无水平分量运动。在n为其他值时，相应的，所述预定轨迹可以是正2n边形，可以在正2n边形中找到无水平分量运动的两个边，分别为上升运动轨迹和下降运动轨迹。

在本实施方式中，当所述第一行星齿轮12的中心和所述太阳齿轮14的中心的连线平行于水平方向时，所述偏心轴13在所述连线上且在所述第一行星齿轮12的中心和所述太阳齿轮14的中心之间，可参考图2。此时偏心轴13所处位置便为竖直运动轨迹上的一点，可使放料机构在此处进行取料或放料，无水平分量运动，使所运输的物料运动稳定且表面不被划伤。

在本实施方式中，以所述太阳齿轮14的圆心为坐标原点，以和水平方向夹角为45°的方向为x轴正方向制定直角坐标系；所述预定轨迹上的位置点满足以下关系式：

其中，(x，y)为所述预定轨迹上的位置点，x和y的单位为毫米；d为所述偏心轴13的偏心距离，单位为毫米；r为所述外齿圈11的半径，单位为毫米；r为所述第一行星齿轮12的半径，单位为毫米；θ为所述位置点(x，y)和原点连成的直线与x轴的夹角，单位为度。

由于r和r的关系是已知的，再根据预定轨迹特殊位置处的函数关系，代入方程(1)可推导出r和d需满足的关系。当r和/或r的值确定后，d的值也可确定。通过调整偏心轴13相对于第一行星齿轮12中心的位置，能使所述装置生成竖直运动轨迹。同样，也可以用方程(1)来验证设计时所给出的一组r、r、d的数据是否合理。

以下给出一种推导r和d的关系的过程：

制定如上所述直角坐标系，r可以是r的2n倍，n为大于等于2的正整数。这里只考虑r＝4r的情况。此时生成的预定轨迹为正四边形，且正四边形各边以圆角105相连。将r＝4r带入方程(1)，得到预定轨迹的方程如下：

将θ1＝45°带入方程(2)，得到

由于生成的至少包括竖直运动轨迹的预定轨迹为正四边形，且直角坐标系的x轴正方向和水平方向夹角为45°，则点(x1，y1)经过一条直线，且斜率为-1，可以得到点(x1，y1)经过的直线的方程为

直线上的一段线段上的点，既在直线(3)上，又在预定轨迹(2)上。假设θ2＝30°时，对应的点(x2，y2)既在直线(3)上，又在预定轨迹(2)上。先将θ2＝30°带入方程(2)，得到将其带入方程(3)，得到即d≈0.349r。

需要说明的是，当θ2取不同的值时，得到的r和d的关系式也不同，这是因为我们并不规定θ取多少时，对应的点一定在直线上。这里只考虑了r＝4r的情况，但实际r可以是r的2n倍,n为大于等于2的正整数。

按照如上方式得到d和r的关系后，可以设定r、r、d的值，通过调整偏心轴13相对于第一行星齿轮12中心的位置，能使所述装置生成竖直运动轨迹，放料机构在竖直运动轨迹时，进行取料或放料，并未有水平分量运动，可使所运输的物料运动稳定且表面不被划伤。

在本实施方式中，取外齿圈11的模数为4，齿数为80,半径为160mm。第一行星齿轮12的模数为4，齿数为20，半径为40mm。偏心轴13的偏心距离为14mm。按以上一组数据设计轨迹生成机构1，即可生成一个长和宽都是212毫米的正四边形轨迹，且正四边形轨迹各边以圆角105相连，也就是说步进式送料装置100的步进幅度为212毫米。此时步进式送料装置100能生成竖直运动轨迹，放料机构在竖直运动轨迹时，进行取料或放料，并未有水平分量运动，可使所运输的物料运动稳定且表面不被划伤。具体的，发现越靠近正四边形轨迹边长中间处，轨迹生成机构1运行速度越快；越靠近圆角105处，轨迹生成机构1运行速度越慢。根据这种规律，可以将取料和放料位设计在靠近正四边形轨迹圆角105处，以收到“轻举轻放”的效果，避免装置对产品外表面形成冲击伤害。

请继续参阅图3-图5。在本实施方式中，所述第一行星齿轮12固定有一同心轴，所述偏心轴13与所述同心轴通过固定板16固定连接；所述太阳齿轮14沿轴向具有相背对的第一侧和第二侧，所述固定板16在所述太阳齿轮14轴向的第一侧。在偏心轴13和第一行星齿轮12之间加一块固定板16，可以使结构更稳定可靠，且使装置空间利用更合理，本申请对固定板16的形状不做限制，可以是圆角矩形、椭圆形等。

在本实施方式中，所述放料机构与所述偏心轴13通过轴承转动连接，轴承起到支撑作用，且能在装置运行时降低放料机构与偏心轴13间的摩擦系数，使运行更顺畅、稳定。

具体的，所述放料机构包括沿水平方向延伸的支撑板21，以及设置于所述支撑板21上的接料部22；所述支撑板21和所述偏心轴13可转动地连接；所述放料机构位于所述太阳齿轮14轴向的第一侧。接料部22用于放置物料，具体的，可以是多个间隔分布的v形槽，也可以是多个间隔分布的平底的料盘，本申请对接料部22的形状不做限定。偏心轴13和支撑板21通过轴承转动连接，能使放料机构跟随偏心轴13沿包括竖直运动轨迹的预定轨迹运动。

在本实施方式中，所述轨迹生成机构1还包括第二行星齿轮17、第三行星齿轮18和行星架15；所述第一行星齿轮12、所述第二行星齿轮17和所述第三行星齿轮18均匀分布在太阳齿轮14的周围，啮合在太阳齿轮14、外齿圈11之间，通过行星架15相连接，以同步运动。第二行星齿轮17、第三行星齿轮18和第一行星齿轮12规格相同，均匀分布在外齿圈11内，行星架15将第一行星齿轮12、第二行星齿轮17、第三行星齿轮18连接起来，使轨迹生成机构1更稳定可靠。

在本实施方式中，还包括一驱动齿轮3；所述轨迹生成机构1有两个；两个所述轨迹生成机构1的偏心轴13位于同一水平面；两个所述轨迹生成机构1被所述驱动齿轮3驱动。位于同一水平面的两个偏心轴13能为支撑板21提供支撑，使支撑板21保持水平。共同的驱动齿轮3能在实现动力输入的同时简化装置，仅通过同一动力输入轴5便可驱动两个轨迹生成机构1。

具体的，每个轨迹生成机构1还设有与所述太阳齿轮14同轴设置的从动齿轮4；所述驱动齿轮3通过从动齿轮4驱动所述太阳齿轮14；所述驱动齿轮3和所述从动齿轮4位于所述太阳齿轮14轴向的第二侧。将从动齿轮4和放料机构放在太阳齿轮14不同的两侧，合理利用空间，可以使传动和运料分开，避免干涉。当然，在不引起干涉的情况下，也可以将从动齿轮4和放料机构放在太阳齿轮14的同一侧以节约空间。从动齿轮4和太阳齿轮14可同轴固定连接，本申请对从动齿轮4的大小规格不做限定。

具体的，该装置还包括驱动所述驱动齿轮3的驱动电机；所述驱动电机是减速电机或液压马达，通过动力输入轴5将动力输入到驱动齿轮3的轴心，带动驱动齿轮3转动，从而带动从动齿轮4转动，从动齿轮4带动太阳齿轮14转动，太阳齿轮14又带动第一行星齿轮12转动，第一行星齿轮12上的偏心轴13带动与之可转动连接的支撑板21运动，从而和支撑板21固定连接的接料部22实现物料的输送。

在本实施方式中，所述预定轨迹包括水平运动轨迹。具体的，所述预定轨迹包括上升运动轨迹101(对应取料过程)、下降运动轨迹102(对应放料过程)、前进运动轨迹103(对应送料过程)、后退运动轨迹104(对应复位过程)，且轨迹之间通过圆角105过渡，如图2所示。在本申请实施方式中，所述预定轨迹为正四边形轨迹，且正四边形各边以圆角105相连。当所述放料机构运行到靠近所述过渡圆角105时，所述步进式送料装置100取料或放料，以收到“轻举轻放”的效果，避免装置对产品外表面形成冲击伤害。

例如，在上升运动轨迹101的竖直边中点以上，圆角105以下的位置进行取料，此时支撑板21保持竖直向上运动，从而能准确对准物料所在位置，平稳地取出物料；物料从原位置到达步进式送料装置100的支撑板21上，由于装置运行到轨迹圆角105处时，自动减速，从而物料能够很快在支撑板21上稳定下来且不会被划伤；装置在前进运动轨迹103运行，到另一个圆角105处时，自动减速；在下降运动轨迹102的竖直边中点以上，圆角105以下的位置进行放料，此时支撑板21保持竖直向下运动，从而能准确对准物料所在位置，平稳地放下物料，且由于刚经过轨迹的圆角105处减速，物料从步进式送料装置100的支撑板21上到达目标位置时的速度不会很快，能很快稳定下来且不会被划伤。最后，装置通过后退运动轨迹104回到起始位置，开始下一步运行。当然，为了更好的稳定输送效果，可以把驱动电机设为减速机，在装置进行取料和放料时，减速机减速。

综上所述，本实施方式中的步进式送料装置100，其第一行星齿轮12通过所述偏心轴13能带动所述放料机构沿预定轨迹运动，所述预定轨迹至少包括竖直运动轨迹。放料机构在竖直运动轨迹时，进行取料或放料，并未有水平分量运动，可使所运输的物料运动稳定且表面不被划伤。更具体的，该装置能够生成整体呈四边形的轨迹，带过渡圆角105。运行到竖直方向时，进行取料或放料。运行到过渡圆角105时，装置会减速，防止所运输的物料由于惯性而在料盘或v形槽内晃动。

请参阅图5。本申请实施方式中还提供一种步进式送料系统，包括：如上任一实施方式所述的步进式送料装置100。在该系统中，步进式送料装置100可以通过同一动力输入轴5成列串联使用，以输送长度较长、重量较大的物料(例如图5中的钢管6)。动力输入轴5和驱动齿轮3同轴设置。当多台步进式送料装置100需要阵列式使用时，可以很方便地用一根动力输入轴5把各步进机串联起来一起驱动，既节省了原动机数量，减少了设备维护工作量，也保证了各步进式送料装置100之间具有良好的同步性。

需要补充说明的是，当步进式送料装置100成列串联使用时，可以改为链条驱动的形式，并且将驱动齿轮3的动力输入轴5做下沉设计，以避免支撑板21运行到下方时与驱动齿轮3的动力输入轴5发生干涉。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不是为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。