用于柔性生产线模块化单元的电气接口模块

1.本实用新型涉及机械工程领域，尤其涉及一种用于柔性生产线模块化单元的电气接口模块。


背景技术：

2.未来制造业将会发展形成高度灵活的大规模定制化生产。而可重构制造系统能够通过对制造系统结构及其组成单元进行快速重组或更新，及时调整制造系统的功能和生产能力，以迅速响应市场变化及个性化需求的一种制造系统。因此可重构制造系统将成为各个制造企业的核心，大大降低生产成本，提高生产效率。目前，实现可重构制造系统的主流方法为构造模块化单元，通过对搭载不同生产设备的模块化单元的调度组合，形成不同的生产线。
3.boschrexroth、schunk、沈机(上海)智能系统研发设计有限公司等均提出过模块化单元的设想。以沈机(上海)智能系统研发设计有限公司设计的i5blocks为例，i5blocks是一条智能化的柔性生产线，旨在展示个性定制化产品从客户下单、设计建模、智能仓储到生产加工的智能化生产流程。硬件主要包括立体库模块、中转模块、机器人模块、点胶/视觉检测模块、车床模块、铣床模块、总控模块、rfid设备等，生产线上的各类设备均搭载在统一规格的模块化平台上，从而形成模块化单元。但该公司尚未对i5blocks中模块化单元之间的接口进行深入研究，还无法满足产线自动化装配等的要求。
4.目前，主流的接口技术都是公母口连接，而为了适应模块化单元的各种连接情况，每个模块化单元的各个接口在与另一个模块化单元的接口对接时，不能出现接口公母口对接冲突的情形。此外，模块化单元具有移动性，在移动时，不能因为接口几何性质造成模块化单元的运动干涉。对于电路接口来说，应考虑工业常用的三相交流电，使接口模块具有一定普适性。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术中的不足，本实用新型提供一种用于柔性生产线模块化单元的电气接口模块，可防止接口公母口对接冲突的情形，在移动时，不会因为接口几何性质造成模块化单元的运动干涉，考虑工业常用的三相交流电，使接口模块具有一定普适性。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供一种用于柔性生产线模块化单元的电气接口模块，包括一电气接口模块外框、四组功能接口、一第一内部气管管路、一第二内部气管管路和一内部电路；所述电气接口模块外框呈矩形，所述电气接口模块的每一侧壁的内壁固定有一组所述功能接口，每一组所述功能接口包括一夹紧装置公口、一气管接头母口、一三相电接口、一气管接头公口和一夹紧装置母口；各所述气管接头母口通过所述第一内部气管管路连通；各所述气管接头公口通过所述第二内部气管管路连通；各所述三相电接口通过所述内部电路相连。
7.优选地，所述气管接头公口包括一气管接口公口套筒、一气管接口公口固定环、一
弹性垫圈、一弹簧和一自锁快速气管接头公口；所述气管接口公口套筒的第一端固定于所述电气接口模块外框；所述气管接口公口固定环的第一端设置于所述气管接口公口套筒内，所述气管接口公口固定环的第二端自所述气管接口公口套筒的第二端的第一孔隙伸出至所述气管接口公口套筒外；所述弹簧压设于所述气管接口公口固定环第一端与所述气管接口公口套筒之间；所述弹性垫圈套设于所述自锁快速气管接头公口外，所述自锁快速气管接头公口通过所述弹性垫圈与所述气管接口公口固定环的第一端固定连接并部分插设于所述气管接口公口套筒内；所述气管接口公口固定环的第二端连接有一第一电磁铁。
8.优选地，所述气管接头母口包括一气管接口母口套筒、一气管接口母口固定环、一自锁快速气管接头母口锁紧环和一自锁快速气管接头母口；所述气管接口母口套筒的第一端固定于所述电气接口模块外框；所述自锁快速气管接头母口部分自所述气管接口母口套筒的第二端内伸出并与所述气管接口母口套筒固定连接；所述气管接口母口固定环的第一端设置于所述气管接口母口套筒内，所述气管接口母口固定环的第二端自所述气管接口母口套筒的第二端的第二孔隙伸出至所述气管接口母口套筒外；所述自锁快速气管接头母口锁紧环套设于所述自锁快速气管接头母口外并与所述气管接口母口固定环的第一端固定连接；所述气管接口母口固定环的第二端连接有一第二电磁铁。
9.优选地，所述三相电接口包括一插座元件、一插头元件和一第三电磁铁；
10.所述插座元件包括一插座体和一导向筒，所述插座体的第一端与所述电气接口模块外框固定连接，所述导向筒形成于所述插座体的第二端；所述插座体形成一a相插口、一b相插口、一c相插口、一地线插口和与所述a相插口、所述b相插口、所述c相插口和所述地线插口连通的若干插座元件内部线槽；所述a相插口内向远离所述插座体的第二端的方向依次固定有一a相插口后导电片和一a相插口前导电片；所述c相插口向远离所述插座体的第二端的方向依次固定有一c相插口后导电片和一c相插口前导电片；
11.所述插头元件包括一拉杆、一导电棒固定板、以及固定于所述导电棒固定板的第一面的一a相电导电棒、一b相电导电棒、一c相电导电棒和一地线导电棒；所述a相电导电棒部分插设于所述a相插口中，所述b相电导电棒部分插设于所述b相插口中，所述c相电导电棒部分插设于所述c相插口中，所述地线导电棒部分插设于所述地线插口中；所述拉杆的第一端连接所述导电棒固定板的第二面；所述拉杆的第二端连接所述第三电磁铁；
12.所述a相电导电棒和所述c相导电棒的外围分别部分设置有一绝缘层；当所述导电棒固定板与所述插座体接触时，所述绝缘层垫设于所述a相插口前导电片与所述a相电导电棒之间和所述c相插口前导电片与所述c相电导电棒之间；
13.所述a相插口前导电片与所述c相插口后导电片通过第一导线相连，所述a相插口后导电片与所述c相插口前导电片通过第二导线相连；所述第一导线和所述第二导线之间绝缘；所述地线插口和所述b相插口内布置有条状导电片。
14.优选地，所述夹紧装置母口包括一零点快换夹具零点定位器，所述零点快换夹具零点定位器内部形成一零点定位器内部夹钳；所述零点快换夹具零点定位器通过螺栓固定于所述电气接口模块外框。
15.优选地，所述夹紧装置公口包括一零点快换夹具定位接头、一夹紧装置套筒和一第四电磁铁；所述零点快换夹具定位接头包括一接头体、一导向片和一推杆；所述接头体连接于所述导向片的第一面并形成与所述零点定位器内部夹钳配合的夹槽；所述推杆连接于
所述导向片的第二面并连接所述第四电磁铁；所述导向片设置于所述夹紧装置套筒内且所述导向片的外径与所述夹紧装置套筒的内径配合；所述夹紧装置套筒与所述电气接口模块外框固定连接。
16.优选地，所述第一内部气管管路包括四第一支管、一第一环管和一第一气压传感器；所述气管接头母口分别通过一第一支管连通所述第一环管，所述第一环管上安装有所述第一气压传感器。
17.优选地，所述第二内部气管管路包括四第二支管、四电磁阀、一第二环管和一第二气压传感器；所述气管接头公口分别通过所述第二支管连通所述第二环管；每一所述第二支管上安装有一所述电磁阀；所述第二环管上安装有所述第二气压传感器。
18.优选地，所述内部电路包括一a相回路、一b相回路、一c相回路、一地线回路和一三相交流电压检测模块；所述三相交流电压检测模块连接所述a相回路、所述b相回路、所述c相回路和所述地线回路。
19.本实用新型由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
20.电气接口模块外框每个侧壁的功能接口同时具备公母口，可以在各个模块化单元处于水平时，电气接口模块外框的任何侧壁都可以与另一个电气接口模块外框对接，适应模块化单元各种连接情况，具有一定通用性。
21.通过使用不同规格套筒，自锁快速气管接口尺寸可以根据实际需求进行更换；自锁快速气管接口不与电气接口模块外框固定连接，方便拆卸。
22.因为公口接口与固定环的连接具有一定柔性，因此气管接口对接时，具有一定装配自由度。
23.本实用新型采用的三相电接口的a、c相具有换相功能，解决了三相电接口连接时a、c相位反相连接的问题。
24.统一使用三相电供电，可以适应各种设备的电压需求，减少了其他规格电压接口数量。
25.夹紧装置使用左右两端对称夹紧，提高了模块化单元在工作时的稳定性。
附图说明
26.图1为本实用新型实施例的用于柔性生产线模块化单元的电气接口模块的正视图；
27.图2为本实用新型实施例的用于柔性生产线模块化单元的电气接口模块的仰视图；
28.图3为本实用新型实施例的气管接口公口的立体图；
29.图4为本实用新型实施例的气管接口公口的截面图；
30.图5为本实用新型实施例的气管接口母口的立体图；
31.图6为本实用新型实施例的气管接口母口的截面图；
32.图7为本实用新型实施例的气管接口公口和气管接口母口未连接时的结构图；
33.图8为本实用新型实施例的气管接口公口和气管接口母口连接时的结构图；
34.图9为本实用新型实施例的三相电接口的分解图；
35.图10为本实用新型实施例的三相电接口作为母口时的截面图；
36.图11为本实用新型实施例的三相电接口作为公口时的截面图；
37.图12为本实用新型实施例的两三相电接口的连接结构图；
38.图13为本实用新型实施例的夹紧装置的结构示意图；
39.图14为本实用新型实施例的夹紧装置公口和夹紧装置母口未连接时的结构图；
40.图15为本实用新型实施例的夹紧装置公口和夹紧装置母口连接时的结构图；
41.图16为本实用新型实施例的第一内部气管管路的结构图；
42.图17为本实用新型实施例的第二内部气管管路的结构图；
43.图18为本实用新型实施例的内部电路的结构图。
具体实施方式
44.下面根据附图图1～图18，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本实用新型的功能、特点。
45.请参阅图1、图2、图16～图18，本实用新型实施例的一种用于柔性生产线模块化单元的电气接口模块，包括一电气接口模块外框41、四组功能接口、一第一内部气管管路46、一第二内部气管管路47和一内部电路；电气接口模块外框41呈矩形，电气接口模块的每一侧壁的内壁固定有一组功能接口，每一组功能接口包括一夹紧装置公口36、一气管接头母口37、一三相电接口38、一气管接头公口39和一夹紧装置母口40；各气管接头母口37通过第一内部气管管路46连通；各气管接头公口39通过第二内部气管管路47连通；各三相电接口38通过内部电路相连。
46.请参阅图2、图3和图4，气管接头公口39包括一气管接口公口套筒1、一气管接口公口固定环2、一弹性垫圈3、一弹簧4和一自锁快速气管接头公口5；气管接口公口套筒1的第一端固定于电气接口模块外框41；气管接口公口固定环2的第一端设置于气管接口公口套筒1内，气管接口公口固定环2的第二端自气管接口公口套筒1的第二端的第一孔隙伸出至气管接口公口套筒1外；弹簧4压设于气管接口公口固定环2第一端与气管接口公口套筒1之间；弹性垫圈3套设于自锁快速气管接头公口5外，自锁快速气管接头公口5通过弹性垫圈3与气管接口公口固定环2的第一端固定连接并部分插设于气管接口公口套筒1内；气管接口公口固定环2的第二端连接有一第一电磁铁34。
47.请参阅图2、图5和图6，气管接头母口37包括一气管接口母口套筒6、一气管接口母口固定环7、一自锁快速气管接头母口锁紧环8和一自锁快速气管接头母口9；气管接口母口套筒6的第一端固定于电气接口模块外框41；自锁快速气管接头母口9部分自气管接口母口套筒6的第二端内伸出并与气管接口母口套筒6固定连接；气管接口母口固定环7的第一端设置于气管接口母口套筒6内，气管接口母口固定环7的第二端自气管接口母口套筒6的第二端的第二孔隙伸出至气管接口母口套筒6外；自锁快速气管接头母口锁紧环8套设于自锁快速气管接头母口9外并与气管接口母口固定环7的第一端固定连接；气管接口母口固定环7的第二端连接有一第二电磁铁35。
48.请参阅图2和图7，为两个模块化单元对齐接触时，气管接口未连接时结构图。自锁快速气管接头母口9没有与自锁快速气管接头公口5连接时，第二电磁铁35通电，将自锁快速气管接头母口锁紧环8拉动至图7所示位置。为避免因自锁快速气管接头公口5伸出时，给模块化单元移动与对接带来的运动干涉，第一电磁铁34通电，将自锁快速气管接头公口5拉
动至图7所示位置。
49.请参阅图2和图8，当气管接口进行对接时，第一电磁铁34和第二电磁铁35断电，在弹簧4作用下，自锁快速气管接头公口5向外伸出，插入自锁快速气管接头母口9，因为自锁快速气管接头的性质，自锁快速气管接头母口锁紧环8将自动滑动至图8所示位置，进行气路密封。当气管接口断开连接时，第二电磁铁35通电，将自锁快速气管接头母口锁紧环8拉动至图7所示位置，第一电磁铁34通电，将自锁快速气管接头公口5拉动至图7所示位置即可。
50.请参阅图1、图2、图9～图12，三相电接口38包括一插座元件23、一插头元件24和一第三电磁铁25；
51.插座元件23包括一插座体10和一导向筒，插座体10的第一端与电气接口模块外框41固定连接，导向筒形成于插座体10的第二端；插座体10形成一a相插口42、一b相插口44、一c相插口45、一地线插口43和与a相插口42、b相插口44、c相插口45和地线插口43连通的若干插座元件内部线槽14；a相插口42内向远离插座体10的第二端的方向依次固定有一a相插口后导电片19和一a相插口前导电片17；c相插口45向远离插座体10的第二端的方向依次固定有一c相插口后导电片16和一c相插口前导电片15；
52.插头元件24包括一拉杆21、一导电棒固定板20、以及固定于导电棒固定板20的第一面的一a相电导电棒11、一b相电导电棒、一c相电导电棒13和一地线导电棒12；a相电导电棒11部分插设于a相插口42中，b相电导电棒部分插设于b相插口44中，c相电导电棒13部分插设于c相插口45中，地线导电棒12部分插设于地线插口43中；拉杆21的第一端连接导电棒固定板20的第二面；拉杆21的第二端连接第三电磁铁25；
53.a相电导电棒11和c相导电棒13的外围分别部分设置有一绝缘层18；当导电棒固定板20与插座体10接触时，绝缘层18垫设于a相插口前导电片17与a相电导电棒11之间和c相插口前导电片15与c相电导电棒13之间；
54.a相插口前导电片17与c相插口后导电片16通过第一导线相连，a相插口后导电片19与c相插口前导电片15通过第二导线相连；第一导线和第二导线之间绝缘；地线插口43和b相插口44内布置有条状导电片。
55.在第三电磁铁25作用下，插头元件24可以在插座元件23的内部进行轴向移动，从而切换三相电接口38的公母状态。同时，三相电接口38需处于电气接口模块外框41侧边中间，地线插口43与b相插口44分别置于上下孔位，a相插口42与c相插口45分别置于左右两端。因为模块化单元相连时，会出现a相插口42对着c相插口45，c相插口45对着a相点插口，地线插口43与b相插口44正常对接情况，因此需要对a相插口42与c相插口45进行以下单独设计。
56.请参阅图2、图9和图10，为三相电接口38处于母口状态的结构图，此时第三电磁铁25断电，插头元件24被拉动至图10所示位置，a相电导电棒11、c相电导电棒13分别与a相插口后导电片19、c相插口后导电片16相连。通过内部的导线连接，c相插口前导电片15，a相插口后导电片19和a相电导电棒11为a相电区域；a相插口前导电片17，c相插口后导电片16和c相电导电棒13为c相电区域。
57.请参阅图2、图9和图11，为三相电接口38处于公口状态的结构图，此时第三电磁铁25通电，插头元件24被拉动至图11所示位置。因为绝缘层18的存在，a相电导电棒11与a相插
口前导电片17保持绝缘，c相电导电棒13与c相插口前导电片15保持绝缘。a相电导电棒11仅与a相插口后导电片19连接，c相电导电棒13仅与c相插口后导电片16连接。
58.请参阅图2和图12，为三相电接口38连接结构图，对于c相电传输来说，c相电导电棒13a，c相插口后导电片16，导线(图12虚线所示)，a相插口前导电片17与c相电导电棒13b将相通，避免了c相电接入另一个接口的a相电。
59.请参阅图2、图13～图15，夹紧装置母口40包括一零点快换夹具零点定位器29，零点快换夹具零点定位器29内部形成一零点定位器内部夹钳33；零点快换夹具零点定位器29通过螺栓28固定于电气接口模块外框41。
60.夹紧装置公口36包括一零点快换夹具定位接头30、一夹紧装置套筒31和一第四电磁铁32；零点快换夹具定位接头30包括一接头体、一导向片和一推杆；接头体连接于导向片的第一面并形成与零点定位器内部夹钳33配合的夹槽；推杆连接于导向片的第二面并连接第四电磁铁32；导向片设置于夹紧装置套筒31内且导向片的外径与夹紧装置套筒31的内径配合；夹紧装置套筒31与电气接口模块外框41固定连接。
61.请参阅图14，为两个模块化单元对齐接触时，夹紧装置未工作时结构图。零点快换夹具零点定位器29通过螺栓28与乙电气接口模块外框侧边挡板27固定。夹紧装置套筒31固定在甲电气接口模块外框侧边挡板26上，零点快换夹具定位接头30位于套筒内部，可以在第四电磁铁32作用下，沿着套筒轴向移动，切换伸出和收缩状态。当夹紧装置未工作时，第四电磁铁32断电，零点快换夹具定位接头30位于图14所示位置。对于零点快换夹具零点定位器29，在不工作时，零点定位器内部夹钳33处于伸出状态，如图14所示位置。
62.请参阅图15，为夹紧装置工作时结构图，零点快换夹具零点定位器29通入低压气体，零点定位器内部夹钳33收缩，第四电磁铁32通电，将零点快换夹具定位接头30推出到图15所示位置，之后零点快换夹具零点定位器29断气，零点定位器内部夹钳33伸出，夹紧零点快换夹具定位接头30，同时对其具有一定轴向力，保证两个模块化单元之间贴合紧密。可以在零点快换夹具定位接头30与甲电气接口模块外框侧边挡板26之间垫有垫片，从而提高夹紧力。
63.请参阅图16，第一内部气管管路46包括四第一支管、一第一环管和一第一气压传感器49；气管接头母口37分别通过一第一支管连通第一环管，第一环管上安装有第一气压传感器49。
64.请参阅图17，第二内部气管管路47包括四第二支管、四电磁阀48、一第二环管和一第二气压传感器51；气管接头公口39分别通过第二支管连通第二环管；每一第二支管上安装有一电磁阀48；第二环管上安装有第二气压传感器51。
65.请参阅图16和图17，为电气接口模块内部的气管连接情况，均为软管连接。软管可使用t型快速接头连接形成如图16和图17所示的内部环路。因为每个接口模块的气管接口有八个，因此内部模块有上下两路气路通道。图16为模块内部上层气管连接情况，将气管接口母口连接成一个回路。图17为模块内部下层气管连接情况，将气管接口公口连接成一个回路。因为气管接头公口39在断开连接时不具有密封性，需要在在公口后接入常闭的电磁阀48，保证在断开连接时，不会将回路中的气体泄漏。模块化单元设备的工作用气可由环路分出一个支路提供。同时需要，利用气压传感器对环路内部气压进行检测。
66.对于气管接口的标准尺寸，应如表1所示。因为电气接口模块外框41与市场上自锁
快速气管接头的尺寸限制，气管口径不应大于50mm。
67.表1气管直径口径表
68.公称直径/mm外径/mm厚度/mm610.52.0813.82.31017.32.31521.72.82027.22.82534.03.23242.73.54048.63.85060.54.2
69.请参阅图2和图18，内部电路包括一a相回路、一b相回路、一c相回路、一地线回路和一三相交流电压检测模块50；三相交流电压检测模块50连接a相回路、b相回路、c相回路和地线回路。
70.保证各个相电位于同一个回路中，不同相电不连接。当一个接口接入电后，可以保证其他三个接口均带电，保证了电在各个模块化单元之间传输。此外在回路还接入了三相交流电压检测模块50，用于判断三相电接口38连接情况。
71.对于电路中电线的尺寸大小应满足表2要求，需要考虑所有设备总功率之和，乘以安全系数，选用合适的电线尺寸。这里先选用10mm^2线型。
72.表2电线功率表
73.横截面/mm^2安全电流/a三相线功率(380v)/kw2.512.504.75420.007.60630.0011.401050.0019.001664.0024.3225100.0038.0035105.0039.9050150.0057.00
74.此外，对于电气接口模块内部电子设备：电磁阀48，气压传感器，三相交流电压检测模块50和各种电磁铁，需要有信号线引出，以进行控制。其信号线接口要求如表3所示。
75.表3信号线接口型号
76.元件型号电磁阀dc接口(24v)气压传感器xh2.54接(3pin)三相交流电压检测模块rs485接口电磁铁dc接口(24v)
77.以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。