一种三端输入/输出机构
技术领域
本发明涉及一种运动机构,尤其涉及一种三端输入/输出机构。
背景技术
传统地,当采用一个马达或者一个其余动力源而需要两个执行动作时,一般的设计是通过齿轮、凸轮或者连杆机构将一个输入运动转化为两个输出支路,这两个支路同时同步地按设计的周期规律运动,要停止一个执行动作就必须让两个执行动作同时停止;这两个执行动作实际上是“刚性”关联的。
要使上述的两个执行动作具有一定的独立性或者称之为“柔性”,普遍的设计会采用两个马达或者两个其他动力源来分别驱动两个执行动作。这样的设计成本高,采用两个动力源时,其利用率往往不高,而且结构尺寸大,当需要两个动有关联地工作时,需要加传感器及信号处理系统来分别控制两个执行动作按顺序进行,这样反应速度就相对慢了。
发明内容
本发明的目的在于解决:采用一个马达或者一个其余动力源驱动两个执行动作时,要使所述的两个执行动作变为不一定“同时同步”地按固定的周期性规律运动,即实现一个动力源驱动两个输出动作或者两个执行动作 “柔性”关联的甚至是“逻辑”关联的,本发明就是应这种需求而设计的一种三端输入/输出机构。
本发明是通过以下技术方案来实现的:一种三端输入/输出机构,包括太阳齿轮、内外齿轮、行星齿轮、行星轮轴、行星轮底座、及行星轮底座运动控制装置,所述内外齿轮及所述行星轮底座紧邻布置并与太阳齿轮同轴安装,所述行星轮轴固定在行星轮底座上,所述行星齿轮套合在行星轮轴上,所述行星齿轮数量为2个或3个或4个或5个或6个,所述行星齿轮与所述内外齿轮的内齿圈及所述太阳齿轮同时啮合,所述太阳齿轮为一个输入/输出端,所述内外齿轮为一个输入/输出端,所述行星轮底座为一个输入/输出端,所述行星轮底座运动控制装置用于设定所述行星轮底座运动的阻力(运动阈值)。
所述行星轮底座运动控制装置包括:调节螺杆、游标、调节弹簧、滑块,所述游标、调节弹簧、滑块同轴安装在所述调节螺杆上,所述调节螺杆的一端套接在机架上并且所述调节螺杆只能绕其自身的轴线转动,所述调节螺杆的其余5个自由度被机架限制,所述游标与所述调节螺杆采用螺纹连接,转动所述调节螺杆,所述游标沿着所述调节螺杆轴线移动并压缩或释放所述调节弹簧,所述游标除沿着所述调节螺杆的轴线移动之外的其余5个自由度被限制;所述行星轮底座上方设有叉形结构,所述滑块紧邻行星轮底座上方的叉形或者凸轮结构,所述调节弹簧的弹力作用在所述滑块上,所述滑块再将所述弹力作用在所述行星轮底座上方的叉形结构上并使行星轮底座上方的叉形结构紧靠所述机架,所述行星轮底座运动控制装置利用弹力锁定行星轮底座,当行星轮底座被弹力锁定,当太阳齿轮转动时,所述行星齿轮只能绕所述行星轮轴作定轴转动,所述行星齿轮带动所述内外齿轮转动,当内外齿轮所受的负载较小时,所述内外齿轮便不停地转动,当所述内外齿轮所承受的负载增大到一定程度甚至被外负载堵转时,所述调节弹簧将被迫压缩,所述行星轮底座将绕所述太阳齿轮中心转动,所述行星齿轮将绕所述太阳齿轮作公转运动或者是所述行星齿轮的自转与公转的复合运动,拧转所述调节螺杆即调节弹力的大小,即可设定行星轮底座运动的阈值。
进一步地,所述的一种三端输入/输出机构用于自动扎带工具的拉紧和切断联动机构,作为力矩比较器使用。原理是:外部动力从所述太阳齿轮输入,所述内外齿轮驱动拉紧轮,所述行星轮底座运动控制装置设定扎带的拉紧力,所述行星轮底座驱动切刀切断扎带;具体做法之一是:所述行星轮底座采用叉形或者凸轮结构,所述行星轮底座采用叉形或者凸轮轮廓始终保持与所述行星轮底座运动控制装置的所述滑块保持接触,当扎带拉紧张力力矩达到或者超过所述调节弹簧预设力矩时,所述行星轮底座只能做小角度偏转,驱动切刀切断扎带,扎带被切断后,在所述调节弹簧的作用下,所述行星轮底座复位;或者具体做法之二是:所述行星轮底座采用叉形或者凸轮结构,当扎带拉紧张力力矩没有达到所述行星轮底座运动控制装置设定弹力力矩时,所述行星轮底座采用叉形或者凸轮轮廓保持与所述滑块保持接触,当扎带拉紧张力力矩达到或超过所述行星轮底座运动控制装置设定值时,所述行星轮底座采用叉形或者凸轮轮廓保持与所述滑块脱离接触,所述行星轮底座继续转动驱动切刀切断扎带,所述行星轮底座转动一整圈后复位。所述两种方法对扎带拉紧、切断的效果完全不同。
进一步地,所述的一种三端输入/输出机构用于自动扎带工具的拉紧和切断联动机构,增加传感器,检测所述行星轮底座是否动作来判定自动扎带工具的捆扎动作是否成功。其工作原理是:外部动力从所述太阳齿轮输入,所述内外齿轮驱动拉紧轮,所述行星轮底座运动控制装置设定扎带的拉紧力,所述行星轮底座驱动切刀切断扎带;如果有扎带进入自动扎带工具的拉紧轮,并且当扎带拉紧张力达到所述行星轮底座运动控制装置设定值时,所述内外齿轮停止转动,所述行星轮底座开始转动并驱动切刀切断扎带,此时,所述传感器能检测到所述行星轮底座转动并发出信号,即判定捆扎是成功的;相反,如果没有扎带进入自动扎带工具的拉紧轮,所述太阳齿轮驱动所述内外齿轮在捆扎的一个周期内一直保持转动,而且无法驱动所述行星轮底座,所述传感器检测到所述行星轮底座没有动作,即判定捆扎是失败的。
进一步地,所述的一种三端输入/输出机构用于自动扎带工具的拉紧和切断联动机构,增加传感器检测所述行星轮底座是否动,实现自动扎带工具的二次或者二次以上的拉紧功能。其工作原理是:外部动力从所述太阳齿轮输入,所述内外齿轮驱动拉紧轮,所述行星轮底座运动控制装置设定扎带的拉紧力,所述行星轮底座驱动切刀切断扎带;当扎带拉紧张力达到所述行星轮底座运动控制装置设定值时,所述行星轮底座开始转动,当所述传感器检测到所述行星轮底座开始转动信号,外部动力立即停止或者外部动力甚至反转一个小角度,让被拉紧的扎带获得松弛,一般给予扎带松弛时间设定在100到900毫秒;所述的拉紧/松弛过程循环一次或者一次以上之后切断扎带。
进一步地,所述的一种三端输入/输出机构用于自动扎带工具的拉紧和切断联动机构,增加传感器检测所述行星轮底座是否动,实现所述扎带拉紧机构的拉紧轮反转将扎带尾部退出,即不切断扎带尾部。其工作原理是:外部动力从所述太阳齿轮输入,所述内外齿轮驱动拉紧轮,所述行星轮底座运动控制装置设定扎带的拉紧力,所述行星轮底座驱动切刀切断扎带;当扎带拉紧张力达到所述行星轮底座运动控制装置设定值时,所述行星轮底座开始转动,当所述传感器检测到所述行星轮底座开始转动信号,外部动力立即反转,所述扎带拉紧机构的拉紧轮反转将扎带尾部退出,即不切断扎带尾部。
进一步地,所述的一种三端输入/输出机构用于实现控制两个输出动作的逻辑顺序。其工作原理是:外部动力从所述太阳齿轮输入,所述内外齿轮驱动第一个输出动作,所述行星轮底座驱动第二个输出动作,当外部动力驱动所述太阳齿轮,所述内外齿轮驱动的第一个输出动作优先前进,遇到阻力达到或者超过所述行星轮底座运动控制装置设定值时,所述行星轮底座驱动第二个输出动作开始前进,当外部动力移除时,所述行星轮底座驱动第二个输出动作立即退回复位,当外部动力驱动所述太阳齿轮反转时,所述内外齿轮驱动第一个输出动作才退回;即所述的一种三端输入/输出机构用于实现控制所述行星轮底座所驱动的第二个输出动作有“惰性前进、积极退回”的特性。
进一步地,所述行星轮底座运动控制装置或者由扭转弹簧、棘轮、棘齿、旋钮组成,通过控制扭转弹簧的扭力设定所述行星轮底座运动的阈值;所述行星轮底座运动控制装置或者是恒定的重物的重力,所述恒定的重物的重力作用在所述行星轮底座上,通过控制加载的重力设定所述行星轮底座运动的阈值;所述行星轮底座运动控制装置或者是外部输入的气压力或者电磁力/力矩作用在所述的行星轮底座上。
进一步地,所述行星轮底座外形或者是叉形结构、或者凸轮轮廓、或者是不完全齿轮、或者安装拨销,所述行星轮底座通过叉形结构、或者凸轮轮廓、或者是齿轮、齿条、或者拨销对外输出动力或运动。
进一步地,所述增加的传感器,或者是光电式传感器、或者是接近式传感器、或者是磁感应式传感器。
进一步地,所述增加的传感器或者直接检测所述行星轮底座的运动或者检测由所述行星轮底座所驱动零件的运动。
本发明的有益效果在于:
1、提供一个小巧的机构,实现一个动力源驱动两个执行动作是 “柔性”关联的甚至是“逻辑”关联的。
2、本发明能将力或者力矩信号通过机械方式转化为位移信号,采用传感器检测所述行星轮底座的动作信号即可判定自动扎带工具的捆扎是否成功,在扎带捆扎的自动化基础上实现“智能化”,机构尺寸小、反应迅捷、检测可靠。
3、应用在自动扎带工具中,实现二次或者二次以上的拉紧作用。
4、应用在自动扎带工具中,通过所述行星轮底座运动控制装置与所述行星轮底座结合部的结构变化组合,就能实现自动扎带工具对扎带的拉紧/切断产生完全不同的效果,满足不同的捆扎需求。
5、为有“惰性前进、积极退回”的动作需求的场合提供了一个解决方案。
【附图说明】
图1是本发明三端输入/输出机构轴测图;
图2是本发明三端输入/输出机构爆炸轴测图;
图3是本发明应用于自动扎带工具、实现拉紧/切断联动功能的主视图,被捆扎物体没有被完全拉紧的状态,所述行星轮底座只能小角度转动;
图4是本发明应用于自动扎带工具、实现拉紧/切断联动功能的主视图,被捆扎物体被完全拉紧切刀开始动作的状态,所述行星轮底座只能小角度转动;
图5是本发明应用于自动扎带工具、实现拉紧/切断联动功能的主视图,被捆扎物体没有被完全拉紧的状态,行星轮底座凸轮轮廓上升缘与滑块接触;
图6是本发明应用于自动扎带工具、实现拉紧/切断联动功能的主视图,被捆扎物体被完全拉紧的状态,行星轮底座凸轮轮廓顶点快要脱离滑块;
图7是本发明应用于自动扎带工具、实现拉紧/切断联动功能的主视图,被捆扎物体被完全拉紧的状态,行星轮底座的凸轮轮廓驱动切刀切断扎带;
图8是本发明应用于自动扎带工具、实现拉紧/切断联动功能的后视图,切刀切断扎带并回位,行星轮底座转动一圈后回到初始位置;
图9是本发明应用于自动扎带工具、实现拉紧/切断联动功能的主视图,增加传感器,行星轮底座在初始状态;
图10是本发明应用于自动扎带工具、实现拉紧/切断联动功能的主视图,增加传感器,被捆扎物体被完全拉紧的状态,行星轮底座转动,离开传感器;
图11是本发明应用于实现“惰性前进、积极退回”的功能的主视图,齿条41及42都在初始位置;
图12是本发明应用于实现“惰性前进、积极退回”的功能的主视图,齿条42优先于41前进到右极限位置;
图13是本发明应用于实现“惰性前进、积极退回”的功能的主视图,齿条41也前进到右极限位置;
图14是本发明应用于实现“惰性前进、积极退回”的功能的主视图,去除加在太阳齿轮的动力,齿条41积极退回到初始位置;
图15是本发明采用气缸设定压力作为所述行星轮底座运动控制装置的主视图;
图16是本发明采用光电传感器代替接近传感器的应用;
附图标记:1、太阳齿轮;2、内外齿轮;3、行星齿轮;4、行星轮轴;5、行星轮底座;6、拨销;70、行星轮底座运动控制装置;71、调节螺杆;72、调节弹簧;73、游标; 74、滑块;8、切刀;9、传感器;10、扎带;20、被捆扎物体;30、拉紧轮;31、拉紧齿轮;40、机架;41、下齿条、42、上齿条;50、太阳齿轮运动方向;60、气缸。
【具体实施方式】
下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步描述:
实施例1:
如图1、图2、图3、图4所示,所述的一种三端输入/输出机构用于自动扎带工具做为力矩比较器使用,所述内外齿轮2通过拉紧齿轮31驱动扎带拉紧轮30,所述行星轮底座5通过固定在所述行星轮底座5上拨销6驱动切刀8;所述行星轮底座运动控制装置70用于调节被捆扎物体的扎紧力,拧转所述调节螺杆71,所述游标73沿着所述调节螺杆71的轴向移动,所述游标73压缩或者释放所述调节弹簧72,所述调节弹簧72的弹力作用在所述滑块74上,所述滑块74再将所述弹力作用在所述行星轮底座5上方的叉形结构上并使行星轮底座5上方的叉形结构并锁定行星轮底座5,当行星轮底座5被所述调节弹簧72的弹力锁定,也就是行星轮轴4被锁定,当太阳齿轮1按图2所示50方向转动,所述行星齿轮3只能绕所述行星轮轴4作定轴转动,所述行星齿轮3带动所述内外齿轮转动,所述内外齿轮2通过拉紧齿轮31驱动扎带拉紧轮30,当扎带没有捆紧物体时,内外齿轮2所受的负载较小时,所述内外齿轮2便不停地转动,当扎带将被捆扎物体拉紧时,所述内外齿轮2所承受的负载增大到一定程度甚至被外负载堵转时,所述调节弹簧72将被迫压缩,所述行星轮底座将绕所述太阳齿轮1中心转动,所述行星齿轮3将绕所述太阳齿轮1作公转运动或者是所述行星齿轮3的自转与公转的复合运动,所述行星齿轮3将绕所述太阳齿轮1作公转运动或者是所述行星齿轮3的自转与公转的复合运动将驱动所述行星轮底座5转动,所述行星轮底座5转动通过所述拨销6驱动切刀8切断扎带,拧转所述调节螺杆71即调节弹力的大小,即可设定行星轮底座5运动的阈值。
在实施例1中,特点之一是:扎带是在被张紧状态下被切断的,而且扎带张紧力力矩的大小为:平衡所述调节弹簧72的预压缩弹力、所述行星轮转动时继续压缩所述调节弹簧72的弹力、切刀8切断扎带的力的三者的合力的力矩,因此,扎带在切断之前承受较大的张应力,一旦扎带被切断,被切断的两段会收缩。
在实施例1中,特点之二是:所述行星轮底座5采用叉形轮廓始终保持与所述行星轮底座运动控制装置70的所述滑块74保持接触,所述行星轮底座5只能做小角度转动。
实施例2:
如图5、图6所示,所述的一种三端输入/输出机构用于自动扎带工具做为力矩比较器使用,外部动力从所述太阳齿轮1输入,并且所述太阳齿轮1按图2所示50方向转动,所述内外齿轮2通过拉紧齿轮31驱动扎带拉紧轮30,所述行星轮底座运动控制装置70用于调节被捆扎物体的扎紧力,所述滑块74在所述调节弹簧72的弹力作用下与所述行星轮底座5的外形为凸轮轮廓的上升缘接触并锁住所述行星轮底座5;当所述太阳齿轮1转动,所述行星轮底座运动控制装置70的所述滑块74将所述行星轮底座5锁住,所述内外齿轮2通过拉紧齿轮31驱动扎带拉紧轮30,当扎带将被捆扎物体拉紧时,所述内外齿轮2所承受的负载增大到一定程度甚至被外负载堵转时,所述行星轮底座5转动,所述调节弹簧72将被迫压缩,所述行星轮底座5的凸轮顶部转动到越过所述滑块74的接触面时,所述滑块74在所述调节弹簧72的作用下复位,所述行星轮底座5继续转动利用凸轮轮廓驱动切刀8切断扎带,所述行星轮底座5继续转动到凸轮轮廓上升缘跟所述滑块74接触时停止转动,拧转所述调节螺杆71即调节弹力的大小,即可设定行星轮底座5运动的阈值。
在实施例2中,特点之一是:扎带是在比较松弛状态或者是在较小的张力状态下被切断的,而且扎带张紧力(力矩)的大小为:平衡切刀8切断扎带的力(力矩),因此,扎带被切断的两段基本不收缩,这个特性对于扎带的留尾长度要求高的场合下尤其有意义。
在实施例2中,特点之二是:所述行星轮底座5采用凸轮轮廓保持与所述行星轮底座运动控制装置70的所述滑块74并不始终保持接触,所述行星轮底座5在一个扎带的拉紧/切断工作周期中转动一整圈。
实施例3
如图9、图10所示:利用所述的一种三端输入/输出机构能将所述内外齿轮2承受的力矩转换到所述行星轮底座5的转动位置变化的特点,增加传感器9,检测所述行星轮底座5是否动作来判定自动扎带工具的捆扎动作是否成功;工作原理是:外部动力驱动所述太阳齿轮1按图2所示50方向转动,所述内外齿轮2通过拉紧齿轮31驱动拉紧轮30,所述行星轮底座运动控制装置70设定扎带的拉紧力,所述行星轮底座5通过拨销6驱动切刀8切断扎带;如果有扎带进入自动扎带工具的拉紧轮30,并且当扎带拉紧张力达到所述行星轮底座运动控制装置70设定值时,所述内外齿轮2停止转动,所述行星轮底座5开始转动并通过拨销6驱动切刀8切断扎带,此时,所述传感器9能检测到所述行星轮底座5转动并发出信号,即判定捆扎是成功的;相反,如果没有扎带进入自动扎带工具的拉紧轮30,所述太阳齿轮1驱动所述内外齿轮2在捆扎的一个周期内一直保持转动,而且无法驱动所述行星轮底座5,所述传感器9检测到所述行星轮底座5在一个捆扎周期内没有动作,即判定捆扎是失败的。
实施例4
同样在如图9、图10所示:利用所述的一种三端输入/输出机构能将所述内外齿轮2承受的力矩转换到所述行星轮底座5的转动位置变化的特点,增加传感器9,检测所述行星轮底座5是否动作来判定捆扎是否达到设定的拉紧力,并实现二次或者二次以上拉紧动作;工作原理是:外部动力驱动所述太阳齿轮1按图2所示50方向转动,所述内外齿轮2通过拉紧齿轮31驱动拉紧轮30,所述行星轮底座运动控制装置70设定扎带的拉紧力,所述行星轮底座5驱动切刀8切断扎带;当扎带拉紧张力达到所述行星轮底座运动控制装置70设定值时,所述行星轮底座5开始转动,当所述传感器9检测到所述行星轮底座5开始转动信号,外部动力立即停止或者让外部动力甚至反转一个小角度,让被拉紧的扎带获得松弛,一般给予扎带松弛时间设定在100到900毫秒;所述的拉紧/松弛过程循环一次或者一次以上之后再切断扎带,即可实现自动扎带工具的二次或者二次以上拉紧;尤其对于软质物体的捆扎,二次或者二次以上的拉紧功能将获得更好的拉紧效果。
实施例5
同样在如图9、图10所示:利用所述的一种三端输入/输出机构能将所述内外齿轮2承受的力矩转换到所述行星轮底座5的转动位置变化的特点,增加传感器9,检测所述行星轮底座5是否动作来判定捆扎是否达到设定的拉紧力,并实现所述扎带拉紧机构的拉紧轮30反转将扎带尾部退出,即不切断扎带尾部。其工作原理是:外部动力驱动所述太阳齿轮1按图2所示50方向转动,所述内外齿轮2通过拉紧齿轮31驱动拉紧轮30,所述行星轮底座运动控制装置70设定扎带的拉紧力,所述行星轮底座5驱动切刀8切断扎带;当扎带拉紧张力达到所述行星轮底座运动控制装置70设定值时,所述行星轮底座5开始转动,当所述传感器9检测到所述行星轮底座5开始转动信号,外部动力立即反转,所述扎带拉紧机构的拉紧轮30反转将扎带尾部退出,即不切断扎带尾部。
实施例6
在如图11、图12、图13、图14所示:所述的一种三端输入/输出机构用于实现控制两个输出动作的逻辑顺序。其工作原理是:所述内外齿轮2驱动上齿条42,所述行星轮底座5的周边做成不完全齿形驱动下齿条41,外部动力驱动所述太阳齿轮1按图2所示50方向转动,所述内外齿轮2驱动的上齿条42优先前进,遇到阻力力矩达到或者超过所述行星轮底座运动控制装置70设定值时,所述行星轮底座5驱动下齿条41开始前进,当外部动力移除时,所述行星轮底座5驱动下齿条41立即退回复位,当外部动力驱动所述太阳齿轮1反转时,所述内外齿轮2驱动上齿条42才退回;即所述的一种三端输入/输出机构用于实现控制所述行星轮底座5所驱动的下齿条41有“惰性前进、积极退回”的特性。
实施例7
所述行星轮底座运动控制装置70或者由扭转弹簧、棘轮、棘齿、旋钮组成,通过控制扭转弹簧的扭力设定所述行星轮底座5运动的阈值;所述行星轮底座运动控制装置70或者是恒定的重物的重力,所述恒定的重物的重力作用在所述行星轮底座5上,通过控制加载的重力设定所述行星轮底座5运动的阈值;所述行星轮底座运动控制装置70或者是外部输入的气压力或者电磁力/力矩作用在所述的行星轮底座5上;在图15中所示,所述行星轮底座运动控制装置70就是用气缸60与滑块74组合而成的。
实施例8
如图15所示:所述增加的传感器9是接近式传感器,所述增加的传感器9是检测切刀8的动作;在如图16所示:所述增加的传感器9是光电式传感器,并且检测的是所述拨销6的动作;所述传感器或者是磁感应式传感器;所述增加的传感器9或者直接检测所述行星轮底座5的运动或者检测由所述行星轮底座5所驱动零件的运动。
根据上述说明书的揭示和教导,本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此,本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式,对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外,尽管本说明书中使用了一些特定的术语,但这些术语只是为了方便说明,并不对本发明构成任何限制。