CN105775226A - 一种包装机用的五连杆推料机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种包装机用的五连杆推料机构，包括五连杆单元、推手件和安装支架，安装支架设于物料移动路线的中部，五连杆单元设于安装支架上，五连杆单元的执行输出端与推手件固定连接。本包装机用的五连杆推料机构与现有的推手件相比较，大大简化了结构，省去摆动电机、气缸、减速器等部件，并且无需管线跟随运动，使移动部件的重量得到较大程度的减轻，从而使包装机获得性能良好的推料机构，有效提高包装机性能，并且使包装机适应高速运行，有效提高生产效率，降低生产成本。

Description

一种包装机用的五连杆推料机构

技术领域

本发明涉及卫生用品制造设备领域，特别涉及一种包装机用的五连杆推料机构。

背景技术

在一次性卫生用品(如卫生巾、纸尿裤、成人纸尿裤等)的生产中，其产品生产后为单片状态，一般会经过人工或机器把数片或数十片产品片堆叠好，放进包装袋中后再把包装袋口封牢，成为市场上销售的袋装产品。目前，为了提高生产效率，在这些生产线中也有配套全自动包装机器的，在产品单片生产完成后，经过包装机自动完成产品装袋，包装袋封口等工序，生产过程不需人工参与，保证产品卫生，节省人力物力。

在包装机上，一般设有压缩、包装袋张口、产品装袋以及包装袋封口等工序，这些工序在设备空间上按顺序呈一字排开，完成一次产品包装需要经过以上所有工序对应的工位，产品的移动距离约为2.4米，而产品在各工位之间的切换，则如图1所示，是由推手单元21推动产品使其移动来实现的，其中，19为封口单元，20为张袋单元，推手单元21的工作原理如图2所示，通过移动驱动电机21-4驱动同步带21-5进行正向转动或反向转动，移动框架21-3、摆臂21-2和摆臂电机21-1组成的移动部件通过夹紧在同步带上，当同步带转动时，移动部件沿着横梁导轨21-6进行前后移动，完成把物料从M位置推动到N位置的功能。当移动部件返回时，摆臂21-2在摆臂电机21-1的驱动下由X状态旋转到Y状态，避免返程时撞到其它零件，保证安全。

然而，这种推手单元虽然能满足现有设备的使用，但在实际生产过程中仍存在明显不足：该推手单元的摆臂电机以及配套的减速机需要跟随摆臂移动，导致移动部件重量过大，运动惯量过大，无法适应高速运行，限制了包装机包装速度的提升，不利于生产效率的提高，故需要开发一款新的推手机构用于改善这种情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单轻巧、可适应设备高速运行的包装机用的五连杆推料机构。

本发明的技术方案为：一种包装机用的五连杆推料机构，包括五连杆单元、推手件和安装支架，安装支架设于物料移动路线的中部，五连杆单元设于安装支架上，五连杆单元的执行输出端与推手件固定连接。

所述五连杆单元包括依次连接组成循环结构的第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆，第一连杆为固定杆，第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆均为活动杆，第二连杆与第一连杆连接的一端设有第一驱动电机，第五连杆与第一连杆连接的一端设有第二驱动电机。

所述第三连杆和第四连杆的连接点为五连杆单元的执行输出端，第三连杆和第四连杆的连接点与推手件固定连接；第一连杆、第一驱动电机和第二驱动电机均固定于安装支架上。

所述第二连杆绕第二连杆与第一连杆的连接点旋转，第五连杆绕第五连杆与第一连杆的连接点旋转，第三连杆绕第三连杆与第二连杆的连接点旋转，第四连杆绕第四连杆与第五连杆的连接点旋转。

进一步的，为了增大五连杆单元执行输出端的面积，所述五连杆单元还包括第六连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆和第十连杆，第六连杆为第一连杆的水平延长段(即第六连杆一端连接于第七连杆上，第六连杆的另一端连接于第一连杆与第二连杆的连接点)，第七连杆与第二连杆相平行，第九连杆与第三连杆平行，第八连杆一端连接于第七连杆与第九连杆的连接点，第八连杆的另一端连接于第二连杆与第三连杆的连接点，第十连杆一端连接于第九连杆末端，第十连杆另一端连接于第三连杆与第四连杆的连接点；第七连杆与第六连杆的连接点和第二连杆与第一连杆的连接点之间通过同步带或同步齿轮组连接。

所述第十连杆为五连杆单元的执行输出端，第十连杆与推手件固定连接；第一连杆、第六连杆、第一驱动电机和第二驱动电机均固定于安装支架上。

所述第七连杆绕第七连杆与第六连杆的连接点旋转，第九连杆绕第九连杆与第七连杆的连接点旋转；第六连杆、第七连杆、第八连杆和第二连杆依次循环连接形成一个平行四边形结构，第八连杆、第九连杆、第十连杆和第三连杆依次循环连接形成另一个平行四边形结构，从而保证作为工作平台的第十连杆永远平行于第六连杆，并且受控于两个驱动电机的运动。

所述第一驱动电机和第二驱动电机均为伺服驱动电机。第一驱动电机和第二驱动电机采用相互独立的两个伺服驱动电机，通过控制第二连杆和第五连杆的独立运动，从而使五连杆单元可以在其极限范围内输出任意需要的运动以及轨迹。

所述第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆均为碳纤维连杆构件，具有极好的力学性能及运动性能，可对五连杆推料机构的运行起到保障作用。

所述推手件为弯曲状的推杆结构；安装支架为设于物料移动路线上方的框架结构。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本包装机用的五连杆推料机构与现有的推手件相比较，大大简化了结构，省去摆动电机、气缸、减速器等部件，并且无需管线跟随运动，使移动部件的重量得到较大程度的减轻，从而使包装机获得性能良好的推料机构，有效提高包装机性能，并且使包装机适应高速运行，有效提高生产效率，降低生产成本。

本包装机用的五连杆推料机构中，五连杆单元结构简单，使用灵活，可提供极好的力学传动性能，并且可以产生比传统四连杆机构更复杂的运动输出，包括歇停运动等，其输出轨迹多样化，可灵活适应多种规格产品的包装推料使用。另外，五连杆单元采用两个相互独立的驱动电机对个活动连杆进行控制，通过两组相互独立运动的结合，从而令五连杆推料机构可以在其极限范围内输出任意需要的运动以及轨迹。

本包装机用的五连杆推料机构中，五连杆单元的各个连杆均采用碳纤维构件或碳纤维受力件，具有极好的力学性能以及运动性能，可有效保障五连杆机构的正常运行和有效运行。

经过在卫生巾、护垫等一次性卫生用品的包装机中的试验证明，本五连杆推料机构为生产线的设备性能和生产效率都带来极大的改善，简化设备的同时，减少人工操作，有利于生产成本的控制。

附图说明

图1为现有包装机上推手单元的结构示意图。

图2为图1中推手单元的工作原理示意图。

图3为本五连杆推料机构使用时的工作原理示意图。

图4为图3的正面视图。

图5为本五连杆推料机构应用于包装机上的状态示意图。

图6为实施例1中五连杆单元的结构示意图。

图7为图1的简化原理示意图。

图8为图1的五连杆机构中各连杆的设定长度示意图。

图9为图3中五连杆机构的运动轨迹原理示意图。

图10为本五连杆推料机构中推手件的最终运动轨迹原理示意图。

图11为实施例2中五连杆单元的结构示意图。

图12为图5的轴侧视图。

图13为与实施例1相比，实施例2所增加部分连杆的结构示意图。

图14为图13的简化原理示意图。

图15为第七连杆与第六连杆的连接点和第二连杆与第一连杆的连接点之间不同步时，所增加部分连杆可能产生的两种工作状态原理图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例一种包装机用的五连杆推料机构，适用于推手件结构较为简单，所需固定安装点较少的情况。

五连杆推料机构包括五连杆单元、推手件和安装支架，安装支架设于物料移动路线的中部，五连杆单元设于安装支架上，五连杆单元的执行输出端与推手件固定连接。

其中，五连杆单元的结构如图6或图7所示，包括依次连接组成循环结构的第一连杆1、第二连杆2、第三连杆3、第四连杆4和第五连杆5，第一连杆为固定杆(其两端的固定点分别为点A和点B，如图7所示)，第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆均为活动杆，第二连杆与第一连杆连接的一端设有第一驱动电机11，第五连杆与第一连杆连接的一端设有第二驱动电机12(该结构可见图12)。

如图7所示，第三连杆和第四连杆的连接点(即点D)为五连杆单元的执行输出端，该连接点(即点D)与推手件固定连接；第一连杆、第一驱动电机和第二驱动电机均固定于安装支架上。第二连杆绕第二连杆与第一连杆的连接点(即点B)旋转，第五连杆绕第五连杆与第一连杆的连接点(即点A)旋转。第三连杆绕第三连杆与第二连杆的连接点(即点C)旋转，第四连杆绕第四连杆与第五连杆的连接点(即点E)旋转。

第一驱动电机和第二驱动电机均为伺服驱动电机。第一驱动电机和第二驱动电机采用相互独立的两个伺服驱动电机，通过控制第二连杆和第五连杆的独立运动，从而使本五连杆机构可以在其极限范围内输出任意需要的运动以及轨迹。

第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆均为碳纤维连杆构件，具有极好的力学性能及运动性能，可对五连杆机构的运行起到保障作用。

如图3所示，推手件17为弯曲状的推杆结构；安装支架18为设于物料移动路线上方的框架结构。

上述五连杆推料机构使用时，五连杆单元的原理如下：如图6或图7所示，点A和点B作为固定关节，第一连杆为固定连杆，因此，第二连杆和第五连杆的一端分别可对应绕点B和点A旋转，并且分别由相互独立的伺服驱动电机驱动，所以第二连杆和第五连杆的运动分别独立受控于相应的驱动电机，点C和点E的运动也受控于相应的驱动电机。由此，在点C、D、E组成的三角形中，作为执行输出端的点D的运动同时受控于两个驱动电机，当改变驱动电机运动程序时，可以控制D点按照需要的运动轨迹进行运动。该双驱动五连杆机构的运动轨迹计算如下：如图8所示，假设第一连杆的长度为L1，第二连杆的长度为L2，第三连杆的长度为L3，第四连杆的长度为L4，第五连杆的长度为L5；如图9所示，五连杆机构的有效运动轨迹如图9中的阴影部分所示，其中，圆圈13内的区域表示第二连杆和第三连杆组合后能到达轨迹的最小范围(即L3-L2)，圆圈14内的区域表示第二连杆和第三连杆组合后能到达轨迹的最大范围(即L3+L2)，圆圈15内的区域表示第四连杆和第五连杆组合后能到达轨迹的最小范围(即L4-L5)，圆圈16内的区域表示第四连杆和第五连杆组合后能到达轨迹的最大范围(即L4+L5)。形成的阴影部分为五连杆机构执行输出端的有效运动轨迹，在此工作区域内，根据实际需要，通过常规的编程改变驱动电机运动，即可实现移动点D至需要的位置或驱动点D按照需要的轨迹运动，当需要时，可以改变第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆或第五连杆的长度来改变五连杆机械手的运动范围，由此体现出五连杆机械手的强大工作区域以及强大的轨迹输出能力。按照该计算方法，如图5所示，当五连杆推料机构应用于包装机上时，五连杆推料机构一般只需要完成如图3或图4所示的将物料由M点推向N点的直线动作，因此D点只需要在其能达到运动轨迹范围内选取一个直线路径即可，即如图10所示，阴影部分中L6为D点最终的运动轨迹。

实施例2

本实施例一种包装机用的五连杆推料机构，适用于推手件结构较大，所需的安装固定点较多的情况。

本实施例的五连杆推料机构与实施例1相比较，其不同之处在于：如图13或图14所示，五连杆单元(其整体结构如图11或图12所示)还包括第六连杆6、第七连杆7、第八连杆8、第九连杆9和第十连杆10，第六连杆为第一连杆的水平延长段(即第六连杆一端连接于第七连杆上(即点G)，第六连杆的另一端连接于第一连杆与第二连杆的连接点(即点B))，第七连杆与第二连杆相平行，第九连杆与第三连杆平行，第八连杆一端连接于第七连杆与第九连杆的连接点(即点H)，第八连杆的另一端连接于第二连杆与第三连杆的连接点(即点C)，第十连杆一端连接于第九连杆末端(即点K)，第十连杆另一端连接于第三连杆与第四连杆的连接点(即点D)；第七连杆与第六连杆的连接点和第二连杆与第一连杆的连接点之间通过同步带或同步齿轮组连接，即分别为固定点的点G和点B之间通过同步带或同步齿轮组连接。

其中，第六连杆为固定杆，第七连杆和第九连杆为活动杆；如图14所示，第七连杆绕第七连杆与第六连杆的连接点(即点G)旋转，第九连杆绕第九连杆与第七连杆的连接点(即点H)旋转。第六连杆、第七连杆、第八连杆和第二连杆依次循环连接形成一个平行四边形结构，第八连杆、第九连杆、第十连杆和第三连杆依次循环连接形成另一个平行四边形结构，从而保证作为工作平台的第十连杆永远平行于第六连杆，并且受控于两个驱动电机的运动。第十连杆为五连杆机构的执行输出端，该执行输出端与推手件固定连接。第一连杆、第六连杆、第一驱动电机和第二驱动电机均固定于安装支架上。

由于在较大型的设备中，作为执行部分的推手单元是一个整体结构的机构，一般需要一个平台或构件对其进行固定，但实施例1的五连杆机构仅能控制一个点，应用时难以满足推手单元的安装要求，此时需要采用实施例2的五连杆机械手，所增加的第六连杆、第七连杆、第八连杆和第九连杆作为辅助构件，与第二连杆、第三连杆和第十连杆形成辅助机构，其目的是为了将作为执行输出端的点D扩展为一个机构输出(即第十连杆)，使用时仅需将机械手安装于第十连杆上即可，第十连杆带动机械手进行运动的轨迹与实施例1中所述点D的运动轨迹完全吻合。其中，辅助机构的工作原理如下：点B和点G作为固定关节，第六连杆固定，第二连杆和第七连杆对应绕点B和点G转动，当控制点B和点G的转动角度时，即可控制点H和点C的运动，第二连杆与第七连杆的长度相等，第三连杆和第九连杆的长度相等，第六连杆、第八连杆和第十连杆的长度相等，因此该辅助机构实际上就是两个平行四边形的组合，由平行四边形的特性可以保证第六连杆、第八连杆和第十连杆永远互相平行，所以第十连杆等同于一个可以平行于第六连杆的工作平台。

但当点G的旋转运动不受控制时，点B驱动第二连杆运动到点B、C、H处于同一直线时，由于点G没有受控制，则点C有可能产生如图15所示的状态a或状态b，即第七连杆有可能会朝第二连杆的相反方向运转，使整个辅助机构改变为图9所示的状态a或状态b，导致第十连杆和第六连杆不再平行，此时第十连杆还不能完全按照需要的运动轨迹进行运动，这显然与本发明目的不相符。为此，本实施例中将点B和点G之间通过同步带连接(也可以采用齿轮传动方式连接)，使点B和点G同步运转，第七连杆也与第二连杆保持平行运动，且旋转角度同步，从而保证第十连杆永远平行于第六连杆，而且其运动受控于两个驱动电机。

由上述可知，本实施例中第十连杆的有效运动轨迹与实施例1中的点D的有效运动轨迹相同。在实际应用中，通过改变第十连杆的具体结构形式，即可适应不同结构形式的推手件的安装要求和运动要求。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种包装机用的五连杆推料机构，其特征在于，包括五连杆单元、推手件和安装支架，安装支架设于物料移动路线的中部，五连杆单元设于安装支架上，五连杆单元的执行输出端与推手件固定连接。

2.根据权利要求1所述一种包装机用的五连杆推料机构，其特征在于，所述五连杆单元包括依次连接组成循环结构的第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆，第一连杆为固定杆，第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆均为活动杆，第二连杆与第一连杆连接的一端设有第一驱动电机，第五连杆与第一连杆连接的一端设有第二驱动电机。

3.根据权利要求2所述一种包装机用的五连杆推料机构，其特征在于，所述第三连杆和第四连杆的连接点为五连杆单元的执行输出端，第三连杆和第四连杆的连接点与推手件固定连接；第一连杆、第一驱动电机和第二驱动电机均固定于安装支架上。

4.根据权利要求2所述一种包装机用的五连杆推料机构，其特征在于，所述第二连杆绕第二连杆与第一连杆的连接点旋转，第五连杆绕第五连杆与第一连杆的连接点旋转，第三连杆绕第三连杆与第二连杆的连接点旋转，第四连杆绕第四连杆与第五连杆的连接点旋转。

5.根据权利要求2所述一种包装机用的五连杆推料机构，其特征在于，所述五连杆单元还包括第六连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆和第十连杆，第六连杆为第一连杆的水平延长段，第七连杆与第二连杆相平行，第九连杆与第三连杆平行，第八连杆一端连接于第七连杆与第九连杆的连接点，第八连杆的另一端连接于第二连杆与第三连杆的连接点，第十连杆一端连接于第九连杆末端，第十连杆另一端连接于第三连杆与第四连杆的连接点；第七连杆与第六连杆的连接点和第二连杆与第一连杆的连接点之间通过同步带或同步齿轮组连接。

6.根据权利要求5所述一种包装机用的五连杆推料机构，其特征在于，所述第十连杆为五连杆单元的执行输出端，第十连杆与推手件固定连接；第一连杆、第六连杆、第一驱动电机和第二驱动电机均固定于安装支架上。

7.根据权利要求5所述一种包装机用的五连杆推料机构，其特征在于，所述第七连杆绕第七连杆与第六连杆的连接点旋转，第九连杆绕第九连杆与第七连杆的连接点旋转；第六连杆、第七连杆、第八连杆和第二连杆依次循环连接形成一个平行四边形结构，第八连杆、第九连杆、第十连杆和第三连杆依次循环连接形成另一个平行四边形结构。

8.根据权利要求2或5所述一种包装机用的五连杆推料机构，其特征在于，所述第一驱动电机和第二驱动电机均为伺服驱动电机。

9.根据权利要求2或5所述一种包装机用的五连杆推料机构，其特征在于，所述第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆均为碳纤维连杆构件。

10.根据权利要求1所述一种包装机用的五连杆推料机构，其特征在于，所述推手件为弯曲状的推杆结构；安装支架为设于物料移动路线上方的框架结构。