一种具有自动锁紧功能的行星式轮转传送装置的制作方法

本发明涉及一种具有自动锁紧功能的行星式轮转传送装置，属于自动化生产线技术技术领域。

背景技术：

自动化生产线技术被广泛应用于食品、医药、制造业等多个领域当中，把人从繁重的体力劳动和部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，极大地提高了劳动生产率。物料传送技术作为自动化生产线的一项分支技术，可以在无人干预的情况下，按照规定的流程或指令自动进行物料传送与运动控制。目前，传统的物料传送方式主要为流水线设备，是在一定的线路上连续输送货物的搬运机械，又称输送线或者输送机，一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等,传统流水线设备通过牵引件、承载构件、张紧装置等传统机械结构构筑框架，通过阀门与改向装置可以控制物料的传送方向，通过驱动装置控制物料的传送速度，能够完成物料的整体宏观传送。传统流水线设备十分适合普通大宗物料的运输，如液体灌装、食品包装、普通制造零件等领域，其结构简单，维护方便，因此得到了广泛应用。其优点是技术成熟、结构简单、运行可靠、维护方便，但在某些特定应用领域当中，传统流水线设备有其独有的缺点，即虽然能够完成物料整体传送，但是缺乏对物料自身运动及姿态的精确控制手段。

尤其是在一些应用场合，如医药、食品以及一些特种加工领域，物料在回转传送的过程中同时需要保持特定自身的旋转运动，并且在到达相应站位的同时解除自转运动，以方便机械手或其他传送装置进行抓取。首先，物料传送过程中往往为堆栈队列式传送，物料数量重多，在进行回转传送的公转运动同时，需要实现多个物料的自转运动，涉及到对多个轴系的运动控制，难度较大。其次，由于物料存在自转运动，在装卡时需要自动定位锁紧并且在到位之后需要自动松脱停转，这更是传统流水线设备无法实现的功能。最后，物料的自转运动的启动与脱离不能影响公转传送运动，两种运动需要实现各自控制，相互脱离且无互锁关系，以达到缩短物料运送节拍，提高生产效率的目的。目前的传统流水线设备只能实现物料的宏观移动，无法实现物料在传送过程中的自转运动。

技术实现要素：

基于传统流水线设备的弊端，为解决这种物料传送过程中的特殊问题，本发明提供了一种具有自动锁紧功能的行星式轮转传送装置，可对小型自动化生产线中的物料进行快速自动装卡与传送，在传送过程中可控制物料做自身旋转运动，物料到位后自动停止自转运动并解除装卡。

为了实现本发明，其采用了如下技术方案：

一种具有自动锁紧功能的行星式轮转传送装置，其特征在于，包括公转传送单元、行星式传动单元和多个自转锁紧单元；具体结构为：

公转传送单元包括公转体1、上托板2、下托板3、连杆4、公转传动组件、第一减速机7、伺服电机8及顶升滑轨9，上托板2与下托板3之间通过连杆4固定连接，构成整个装置的支撑单元，公转传动组件安装于上托板2上方，公转体1与公转传动组件的转动部固连，其旋转轴线即为装置的公转轴线，公转体1上设有多个自转锁紧单元的安装位，当公转运动发生时，支撑单元固定不动，伺服电机8通过第一减速机7驱动齿轮通过公转传动组件带动公转体1进行公转运动，顶升滑轨9安装在下托板3上表面，顶升滑轨9处装有检测开关，检测自转锁紧单元到位状态；

自转锁紧单元自下而上由自转锁紧单元传动组件、机械式锥形离合器和锁紧机构组成；自转锁紧单元通过轴承单元安装于公转体1上的安装位上，其上部的锁紧机构穿过上托板2和安装于上托板2上方的公转传动组件，自转锁紧单元传动组件为套筒式结构，套筒外套有同步带轮15，同步带轮15通过通过同步带36与行星式传动单元的中心传动轴32连接，从而将运动传递至自转锁紧单元传动组件，形成自转锁紧单元的自转运动，套筒内部为下端带有滑轮16的下顶杆13，通过顶杆的轴向运动控制机械式锥形离合器的接合与松开，从而控制锁紧机构的自转和停止自转；

行星式传动单元包括中心传动轴32、多个自转锁紧单元的同步带轮15呈行星式排布组成的行星带轮组35、第一同步带36、驱动带轮37、第二减速机38、电机39和第二同步带40组成，电机39配合第二减速机38驱动中心传动轴32，中心传动轴32的上端和下端均有中心带轮，下端的中心带轮通过第一同步带36与驱动带轮37相连接，将电机39驱动力传达至中心传动轴32，上端的中心带轮通过第二同步带40与行星带轮组35相联接，将中心传动轴32的运动传递至多个自转锁紧单元的同步带轮15，从而将运动传递至自转锁紧单元的传动组件，形成自转锁紧单元的自转运动；；

所述行星式轮转传送装置工作过程为：公转传送单元的伺服电机8与行星式传动单元的电机启动，公转体1公转运动与自转锁紧单元自转运动开始，当检测开关检测到自转锁紧单元公转至指定位置，即当下顶杆13移动至顶升滑轨9上方时，下顶杆13被顶起使机械式锥形离合器处于脱离状态，自转运动传递断开，上部的锁紧机构停止自转,物料托盘由机械手装载到上部的锁紧机构，锁紧机构自动对物料托盘进行压紧，公转继续运行，下顶杆13移出顶升滑轨9，机械式锥形离合器处于接合状态，自转运动传递到上部的锁紧机构，自转锁紧单元继续自转运动，带动物料托盘进行自转，并同时进行公转传送，直至自转锁紧单元运动到下一个指定位置，下顶杆13被再次顶起，上部的锁紧机构自转脱离，锁紧机构自动对物料托盘进行松脱，物料托盘由机械手卸载。

优选地，公转传动组件采用齿圈转盘轴承5配合驱动齿轮的形式，齿圈转盘轴承5安装于上托板2上方，公转体1与齿圈转盘轴承5的转动部进行固连，当公转运动发生时，支撑单元固定不动，伺服电机8通过减速机驱动公转齿轮6，公转齿轮6与齿圈转盘轴承5上的齿圈啮合，带动公转体1进行公转运动；

优选地，所述齿圈转盘轴承5设有多个自转锁紧单元的的通过孔；

优选地，所述自转锁紧单元传动组件的具体结构形式为：包括安装基座10、第一轴承11、外锥套12、下顶杆13、顶杆固定座14、同步带轮15、滑轮16、键17和衬套18，下顶杆13的下端安装有滑轮16，安装基座10与公转体1固连,安装基座10为筒式结构,锥套12与第一轴承11通过轴间配合安装于安装基座10中，第一轴承11通过衬套18进行支撑,顶杆固定座14上端固联于安装基座10上，顶杆固定座14下端位于外锥套12下端和滑轮16之间,顶杆固定座14下端具有下顶杆安装孔,下顶杆13穿过顶杆固定座14的下顶杆安装孔以及外锥套12，下顶杆13通过销轴安装在下顶杆安装孔内并通过键17限制其轴向转动，下顶杆13上端穿过外锥套12并通过角接触轴承与内锥套19作用，下顶杆13沿竖直方向移动时对内锥套19起顶升作用；外锥套12的下端安装有同步带轮15，上端与中部的机械式锥形离合器的内锥套19构成锥面配合;

优选地，所述机械式锥形离合器的具体结构形式为：包括内锥套19、第一套筒20、内锥套复位弹簧21和上顶杆复位弹簧23，第一套筒20通过第二轴承29安装于公转体1上的安装位上，对自转锁紧单元形成轴向与径向定位，内锥套19下端与自转锁紧单元传动组件的外锥套12构成锥面配合，内锥套19上端套在套筒下端外，内锥套19上端上方的套筒上具有限位件，上顶杆复位弹簧23安装在上顶杆22上部；

优选地，所述锁紧机构的的具体结构形式为：为套筒式结构，包括上顶杆22、上顶杆复位弹簧23、环形楔块24、楔形压紧块25、外套筒26、外端盖27和基座28；外套筒26上端有外端盖27，外套筒26下端与机械式锥形离合器的第一套20筒上端固连；上顶杆22位于外套筒26内，上顶杆22的中部与外套筒26固连，上顶杆22的下部位于机械式锥形离合器的第一套筒内，上顶杆22的下端与机械式锥形离合器的内锥套19固连，整个锁紧机构可随机械式锥形离合器内锥套19转动及轴向移动，外套筒26上部和中下部径向均装有楔形压紧块25，与其位置相对应的上顶杆22上有与楔形压紧块25配合的环形楔块24，上顶杆22的轴向移动转化为环形楔块24的压紧与松开运动，配合滑轮16在顶升滑轨处9时的下顶杆13的轴向运动，可实现锁紧机构在指定位置脱离自转运动并自动锁紧，离开指定位置自动恢复锁紧并开始自转运动；

优选地，所述同步带轮15左右两侧配有辅助张紧轮，用于调整第二同步带40的松紧程度。优选地，所述行星式传动单元为双层同步带传动结构，其中下端的中心带轮33、辅助张紧轮34、第一同步带36、驱动带轮37、第二减速机38和电机39构成下层传动机构，其主要功能是将电机39驱动力传达至中心传动轴32；第二套筒30、第三轴承31、中心传动轴32、上端的中心带轮33、行星带轮组35及第二同步带40构成上层传动机构，其主要功能是将中心传动轴32的运动传递至多个自转锁紧单元的同步带轮，为自转锁紧单元的自转运动提供驱动力；

优选地，所述第二套筒30安装于下托板3之上，第二套筒30内部装有中心传动轴32并通过第三轴承31进行定位，中心传动轴32两端各安装有一组中心带轮33，上端的同步带轮通过第二同步带40与行星带轮组35相联接，下端的同步带轮通过第一同步带36与驱动带轮37相连接。

本发明的技术效果如下：

（1）本发明解决了以下问题：

第一，不同于传统物料传送方法，针对同时兼具传送公转运动与物料自转运动的传送特点，开发一种新型的行星式轮转物料传送方法，能够实现公转轴与多个自转轴的协调控制，且无互锁关系，缩短物料运送节拍，提高生产效率；

第二，由于物料本身存在旋转运动，因此在开始传送和传送到位时需要分别对物料进行卡紧和松脱，如果采用手工操作会占用大量的时间成本，降低物料传送效率，对整个生产过程造成影响。本发明开发了一种卡紧和松脱机构，物料的卡紧位置位于楔形压块处，单个自转锁紧单元配有多个楔形压块，当上顶杆顶升时，楔形压块松开，当上顶杆落下时，楔形压块被顶出，与物料套托盘的内筒壁接触，实现从托盘套筒内部卡紧和松脱。实现配送物料的轴向及径向的自动卡紧，其结构紧凑，安全可靠而且装卡与松脱速度块，对生产节拍影响小；

第三，由于传送过程中，整个物料传送系统存在系统公转和物料自转等多个运动，针对这些运动需要进行有效驱动控制并且需要尽量降低成本，本发明的传动机构能够在使用少量驱动的情况下实现多个轴的自转运动及公转回转运动，同时对公转速度与自转速度进行分别控制，进一步降低成本，经济适用性好。

（2）本发明提供的一种具有自动锁紧功能的行星式轮转传送装置，用于对自动化生产线中处于旋转状态的物料进行快速自动装卡与回转式传送，大幅提高物料配送过程中的装卡速度，缩短物料运送节拍，提高生产效率，并具有以下主要创新点：

第一，本发明采用一种新型张紧机构实现配送物料的轴向及径向的自动卡紧，其结构紧凑，安全可靠而且装卡与松脱速度块，对生产节拍影响小；

第二，本发明采用顶杆和滑轨配合的机构，在无需暂停物料公转配送运动的条件下，即可实现物料在指定位置时与自转传动机构的自动联接与脱离，从而不会对整个配送运动产生影响；

第三，本发明的传动机构可以在使用少量驱动的情况下实现多个轴的自转运动及公转回转运动，同时对公转速度与自转速度进行分别控制，进一步降低成本，经济适用性好；

第四，本发明自转锁紧单元采用模块化设计，整体为单一装配体模块，安装方便快捷，可根据实际物料使用情况进行数量增减，有很高的灵活性。

附图说明

图1行星式轮转传送装置三维外形图；

图2行星式轮转传送装置轴系剖视图；

图3公转传送单元三维外形图a；

图4公转传送单元三维外形图b；

图5自转锁紧单元三维外形图；

图6自转锁紧单元轴系剖视图；

图7自转锁紧单元的传动组件、离合器结构局部剖视图；

图8自转锁紧单元的锁紧机构结构局部剖视图；

图9隐藏下托板的行星式传动单元三维外形图；

图10行星式轮转传送装置轴系剖视图的局部放大图；

图11行星式传动单元上层传动结构示意图；

图12行星式传动单元下层传动结构示意图；

图中：1-公转体，2-上托板，3-下托板，4-连杆，5-齿圈转盘轴承，6-公转齿轮，7-第一减速机，8-伺服电机，9-顶升滑轨，10-安装基座，11-第一轴承，12-外锥套，13-下顶杆，14-顶杆固定座，15-同步带轮，16-滑轮，17-键，18-衬套，19-内锥套，20-第一套筒，21-内锥套弹簧，22-上顶杆，23-上顶杆复位弹簧，24-环形楔块，25-楔形压紧块，26-外套筒，27-外端盖，28-基座，29-第二轴承，30-第二套筒，31-第三轴承，32-中心传动轴，33-中心带轮，34-辅助张紧轮，35-行星带轮组，36-第一同步带，37-驱动带轮，38-第二减速机，39-电机、40-第二同步带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种具有自动锁紧功能的行星式轮转传送装置作详细说明。本实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种具有自动锁紧功能的行星式轮转传送装置，按照功能模块划分，包括公转传送单元、行星式传动单元和多个自转锁紧单元，公转传送单元负责完成物料的轮转移动，自转锁紧单元负责完成物料的自动锁紧与松脱，行星式传动单元负责完成物料传送过程中的自转运动。在此实施例中，以具有一个公转传送单元和六个自转锁紧单元以及相应行星式传动单元为例，如图1、图2所示。

如图3、图4所示，公转传送单元由公转体1、上托板2、下托板3、连杆4、齿圈转盘轴承5、公转齿轮6、第一减速机7、伺服电机8及顶升滑轨9组成，主要负责完成物料的轮转移动。公转体1为焊接结构，其上设有六个自转锁紧单元模块的安装位。上托板2与下托板3之间通过连杆4固定连接，构成整个装置的支撑单元，可采用传统机床支撑底座支撑。此实施例中，传动组件选择用齿圈转盘轴承5配合驱动齿轮6的形式，齿圈转盘轴承5安装于上托板2上方，公转体1与齿圈转盘轴承5的转动部进行固联，其旋转轴线即为机构公转轴线。当公转运动发生时，支撑单元固定不动，伺服电机8通过减速机7驱动公转齿轮6，公转齿轮6与齿圈转盘轴承5上的齿圈啮合，带动公转体1进行公转运动。支撑单元位于顶升滑轨9处装有检测开关，检测自转锁紧单元到位状态。

如图5、图6所示，自转锁紧单元主体为双套筒结构，安装于公转体1之上，由下部的传动组件（图7）、中部的离合器（图7）和上部的锁紧机构（图8）组成。自转锁紧单元通过轴承单元安装于公转体1上的安装位上，其上部的锁紧机构穿过上托板2和安装于上托板2上方的公转传动组件的齿圈转盘轴承5。自转锁紧单元传动组件为套筒式结构，套筒外套有同步带轮15，多个自转锁紧单元的同步带轮15呈行星式排布组成的行星带轮组35，电机39配合第二减速机38驱动中心传动轴32，中心传动轴32的上端和下端均有中心带轮，上端的中心带轮通过第二同步带40与行星带轮组35相联接，下端的中心带轮通过第一同步带36与驱动带轮37相连接，从而将运动传递至自转锁紧单元的传动组件，形成自转锁紧单元的自转运动；套筒内部为下端带有滑轮16的下顶杆13，通过顶杆的轴向运动控制机械式锥形离合器的接合与松开，从而控制锁紧机构的自转和停止自转；下部的传动组件由安装基座10、第一轴承11、外锥套12、下顶杆13、顶杆固定座14、同步带轮15、滑轮16、键17和衬套18组成。安装基座10与公转体1固联，安装基座10为筒状结构，外锥套12与第一轴承11通过轴间配合安装于安装基座10中，第一轴承11通过衬套18进行支撑。外锥套12一端安装有同步带轮15，同步带轮15左右两侧各配有辅助张紧轮34，用以调整第二同步带40的松紧程度。外锥套12的另一端与中部离合器的内锥套19构成锥面配合。顶杆固定座14固联于安装基座10上，下顶杆13穿过顶杆固定座14以及外锥套12，并通过键17限制其轴向转动，仅可沿竖直方向做平移运动。下顶杆13上端与内锥套19通过角接触轴承相互作用，对内锥套19起顶升作用，下端安装有滑轮16，滑轮16可在顶升滑轨9上运动；中部的离合器由内锥套19、第一套筒20、内锥套弹簧21组成，第一套筒20配合轴承安装于公转体1，对自转锁紧机构形成轴向与径向定位。常态时，内锥套弹簧21压紧内锥套19，与外锥套12形成锥面配合，锥面带有耐磨材料，增大表面配合摩擦力，离合器处于接合状态。当下顶杆13运动至顶升滑轨9时，内锥套19被下顶杆13顶起，脱离与外锥套12的接触，离合器处于脱开状态。具体的作用原理：顶杆13上端与内锥套19之间由轴承定位，并通过位于顶杆固定座14上的键槽限制下顶杆13的径向移动与轴向转动，仅保留垂直方向的平移自由度。因此，下顶杆13仅随顶升滑轨9做垂直顶升运动，起顶升内锥套19的作用，不随内锥套19转动。当同步带轮15带动外锥套12转动时，如果下顶杆13处于落下姿态，内锥套19即与外锥套12接触并一起转动，如下顶杆13处于顶升姿态，内锥套19与外锥套12不接触，不随外锥套12转动。

下部的自转锁紧单元传动组件具体结构形式如图7所示，包括安装基座10、第一轴承11、外锥套12、下顶杆13、顶杆固定座14、同步带轮15和滑轮16，下顶杆13的下端安装有滑轮16，下顶杆13与外锥套12为套筒结构，下顶杆13外套有外锥套12，外锥套12的下端安装有同步带轮15，上端与中部的机械式锥形离合器的内锥套19构成锥面配合,中部通过轴承安装在安装基座10的安装孔内；安装基座10与公转体1固连,顶杆固定座14上端与安装基座10固连,顶杆固定座14下端位于外锥套12下端和滑轮16之间,顶杆固定座14下端具有下顶杆安装孔,下顶杆13通过销轴安装在下顶杆安装孔内并通过键17限制其轴向转动，上端穿过外锥套12通过角接触轴承与内锥套19作用，可沿竖直方向移动，对内锥套19起顶升作用;

机械式锥形离合器的具体结构形式如图7所示：包括内锥套19、第一套筒20、内锥套复位弹簧21和上顶杆复位弹簧23，第一套筒20通过第二轴承29安装于公转体1上的安装位上，对自转锁紧单元形成轴向与径向定位，内锥套19下端与自转锁紧单元传动组件的外锥套12构成锥面配合，内锥套19上端套在套筒下端外，内锥套19上端上方的套筒上具有限位件，上顶杆复位弹簧23安装在上顶杆22上部；

锁紧机构的具体结构形式如图8所示：为套筒式结构，包括上顶杆、弹簧、环形楔块24、楔形压紧块25、外套筒26、外端盖27和基座28；外套筒26上端有外端盖27，外套筒26下端与机械式锥形离合器的第一套20筒上端固连；上顶杆22位于外套筒26内，上顶杆22的中部与外套筒26固连，上顶杆22的下部位于机械式锥形离合器的第一套筒内，上顶杆22的下端与机械式锥形离合器的内锥套19固连，整个锁紧机构可随机械式锥形离合器内锥套19转动及轴向移动，外套筒26上部和中下部径向均装有楔形压紧块25，与其位置相对应的上顶杆22上有与楔形压紧块25配合的环形楔块24，上顶杆22的轴向移动转化为环形楔块24的压紧与松开运动，配合滑轮16在顶升滑轨处9时的下顶杆13的轴向运动，可实现锁紧机构在指定位置脱离自转运动并自动锁紧，离开指定位置自动恢复锁紧并开始自转运动；

如图2、图9、图10所示，行星式传动单元由第二套筒30、第三轴承31、中心传动轴32、中心带轮33、辅助张紧轮34、行星带轮组35、第一同步带36、驱动带轮37、第二减速机38、电机39和第二同步带40组成。行星式传送单元为双层同步带传动结构。中心带轮33、辅助张紧轮34、第一同步带36、驱动带轮37、第二减速机38、及电机39构成下层传动机构，其主要功能是将电机39驱动力传达至中心带轮33和中心传动轴32。第二套筒30、第三轴承31、中心传动轴32、中心带轮33、行星带轮组35及第二同步带40构成上层传动机构，其主要功能是将中心传动轴32的运动传递至多个自转锁紧单元的同步带轮，为自转锁紧单元的自转运动提供驱动力。

第二套筒30安装于下托板3之上，套筒内部装有中心传动轴32并通过第三轴承31进行定位。中心传动轴32两端各安装有一组中心带轮33。其中，上层同步带轮通过第二同步带40与行星带轮组35相联接，下层同步带轮通过第一同步带36与驱动带轮37相连接。

多个自转锁紧单元的多个同步带轮排布方式为行星式排布，组成行星带轮组35，相对于中心带轮33构成环形排布。电机39配合第二减速机38驱动中心传动轴32，通过第二同步带40将中心传动轴32与行星带轮组35串联起来，并通过辅助张紧轮34对第二同步带40进行张紧，进而将运动传递至自转锁紧单元的传动组件。

图11为上层传动机构中行星带轮的串联方法的一种示例，可根据自转锁紧单元的数量和排布等实际情况进行更改。

图12为下层传动机构中带轮的连接方法的一种示例，可根据实际应用情况进行更改。

本实施例中，具有自动锁紧功能的行星式轮转传送装置的工作过程为：公转电机启动，伺服电机8通过减速机驱动公转齿轮6，公转齿轮6与转盘轴承上的齿圈啮合，带动公转体1进行公转运动。自转电机启动，电机带动减速机通过第一同步带和驱动带轮驱动中心传动轴32，中心传动轴32通过第二同步带40与行星带轮组35连接，将中心传动轴32的转动运动传递至行星带轮组35，进而传递至自转锁紧单元的传动机构。此时，自转锁紧单元开始自转，并围绕行星式轮转自动锁紧机构的公转轴公转。当滑轮16公转移动至顶升滑轨9上方时，下顶杆13被顶起，下顶杆13随顶升滑轨9做垂直顶升运动，起顶升内锥套19的作用，离合器脱开，上部锁紧机构自转停止，同时上顶杆被顶起，压紧机构自动松开，物料托盘可由机械手装载到上部锁紧机构。当公转运动继续运行，滑轮16移出顶升滑轨9，锁紧机构自动对物料托盘进行锁紧，离合器接合，自转锁紧单元继续自转运动，带动物料托盘进行自转，并同时进行公转传送，直至自转锁紧单元运动到下一个指定位置，锁紧机构自转脱离，压紧块自动松开，物料托盘可由机械手卸载。物料的卡紧位置位于楔形压块25处，单个自转锁紧单元配有8个楔形压块25，当顶杆22顶升时，楔形压块25松开，当顶杆22落下时，楔形压块25被顶出，与物料套托盘的内筒壁接触，实现从托盘套筒内部卡紧和松脱。