CN109470443A - 跌落试验机及跌落姿态调整方法 - Google Patents

Abstract

跌落试验机及跌落角度调整方法属于跌落试验技术领域，目的在于解决现有技术存在的试品姿态调整麻烦、无法实现角度控制以及跌落试验效果差的问题。本发明的跌落试验机包括：跌落架，跌落架相对自身回转轴进行回转运动；沿竖直方向设置在跌落架一侧的升降机构；以及通过曲臂和升降机构固定连接的机械手，机械手包括固定板，连接在固定板一端面和曲臂之间的姿态调整单元以及对称设置在固定板另一端面的两组抓取单元；姿态调整单元带动机械手整体实现沿水平方向和竖直方向的转动，两个抓取单元相对开合运动实现对试品的柔性抓取或释放。本发明可以实现任意跌落高度的调整以及跌落姿态的调整，实现了对试品的柔性抓握，避免试品因夹紧力大小而损伤或脱落。

Description

跌落试验机及跌落姿态调整方法

技术领域

本发明属于跌落试验技术领域，具体涉及一种跌落试验机及跌落姿态调整方法。

背景技术

跌落试验机，专用于测试产品包装受到坠落之受损情况，及评估运输搬运过程时耐冲击强度，采用双柱或双轨导向、高度及跌落次数可置，工作稳定可靠，可实现棱、面、角跌落，本机采用光电控制，也可自由选择跌落高度，跌落释放采用电控和气动控制，能使试样瞬间自由落下，对包装容器进行之棱、角、平面进行跌落冲击试验。跌落试验机分类：单臂跌落试验机，双臂跌落试验机；跌落试验机为产品包装后在模拟不同的棱、角、面于不同的高度跌落于地面时的情况，从而了解产品受损情况及评估产品包装组件在跌落时所能承受的堕落高度及耐冲击强度，平稳性及安全性，单臂设置，可方便地放置产品，跌落角度冲击面与底板平面角度误差小。

现有的跌落试验机都是用两块可以翻转的挡板托着试品，启动开关，挡板解锁，在重力作用下，两块挡板自由下落翻转，试品自由坠落。这种跌落试验机虽然说可以实现试品的棱跌落和角跌落，但试品预置比较麻烦，且角度无法控制，影响跌落试验效果。

发明内容

本发明的目的在于提出一种跌落试验机及跌落姿态调整方法，解决现有技术存在的试品姿态调整麻烦、无法实现角度控制以及跌落试验效果差的问题。

为实现上述目的，本发明的跌落试验机包括：

跌落架，所述跌落架相对自身回转轴进行回转运动；

沿竖直方向设置在所述跌落架一侧的升降机构；

以及通过曲臂和所述升降机构固定连接的机械手，所述机械手包括固定板，连接在固定板一端面和所述曲臂之间的姿态调整单元以及对称设置在所述固定板另一端面的两组抓取单元；所述姿态调整单元带动机械手整体实现沿水平方向和竖直方向的转动，两个所述抓取单元相对开合运动实现对试品的柔性抓取或释放。

每个所述抓取单元包括：

一端和所述固定板铰接的第一关节；

输出端和所述第一关节中部铰接的一级气缸，所述一级气缸固定在所述固定盘的中心轴上；

一端和所述第一关节另一端铰接的第二关节；

铰接在第二关节和第三关节之间的二级气缸，所述二级气缸两端以及第一关节和第二关节铰接处连线为三角形；

一端和第二关节另一端铰接的第三关节；

以及铰接在第二关节和第三关节三级气缸，所述三级气缸一端和第二关节铰接，另一端通过平行四边形机构和第三关节铰接，所述第三关节的一端和第二关节的侧面分别作为平行四边形机构的两边。

所述抓取单元还包括通过扭簧连接在所述第三关节的辅爪，扭簧自然状态时，所述辅爪中心线和所述第三关节与试品接触的作用面相交。

所述第三关节与试品接触的作用面为齿形面或橡胶面；所述辅爪与试品接触的作用面为齿形面或橡胶面。

所述姿态调整单元包括：

固定在所述固定板上沿水平方向设置的第一交流伺服电机；

一端和所述第一交流伺服电机输出轴固定连接的水平轴；

和所述水平轴另一端固定连接的连接架；

以及固定在所述连接架上沿竖直方向设置的第二交流伺服电机，所述第二交流伺服电机输出轴和固定板端面的中心轴固定连接。

所述跌落架包括：

转台底座；

通过轴承和所述转台底座转动配合的回转轴；

固定在所述回转轴上端的架体；

以及通过蜗轮蜗杆机构和所述回转轴下端连接的旋转电机。

所述升降机构包括：

固定在跌落架上的提升电机；

固定在所述跌落架上沿竖直方向设置的丝杠导轨，所述丝杠导轨的任意一端和所述提升电机输出轴固定连接；

和所述丝杠导轨平行设置的导向柱；

和所述丝杠导轨配合的螺母；

以及和所述固定连接的滑块，所述滑块上设置有通孔，所述通孔和所述导向柱配合导向，所述滑块和所述曲臂固定连接。

所述试验机还包括设置在所述曲臂上的位移传感器。

基于所述跌落试验机的跌落姿态调整方法包括以下步骤：

步骤一：将跌落试验机复位至初始状态，规定初始状态时，机械手状态为两组抓取单元水平设置，两组抓取单元的第三关节的作用面为竖直面；

步骤二：测量试品外形尺寸，获得试品长L、宽B和高H参数，a、b、c、d、e、f、g和h分别为长方体或正方体的六角顶点；

步骤三：抓取单元开合运动对试品进行抓取，抓取单元的第三关节接触试品的面的两个边分别为长L和高H；

步骤四：根据跌落试验要求调整机械手姿态：

若面着地跌落，执行步骤五；

若棱着地跌落，执行步骤六；

若角着地跌落，执行步骤七；

步骤五：提升电机带动机械手上升至指定跌落试验高度；

步骤六：棱cd着地跌落，第一交流伺服电机转动角度γ，转动角度γ通过公式(一)获得；

γ＝arctan(B/H) (一)；

步骤七：c点所在角着地跌落，第一交流伺服电机转动角度γ，第二交流伺服电机转动角度β，转动角度γ通过公式(二)获得，转动角度β通过公式(三)获得；

γ＝arctan(B/H) (二)

β＝arctan[L/(H²+B²)^1/2] (三)。

本发明的有益效果为：本发明的跌落试验机利用气动或液压技术对试品柔性抓握，并将机器人技术、气动或液压控制技术和计算机技术相结合，实现在一台跌落设备上自动实现不同跌落地面的转场、任意跌落高度的设置与实现、任意形状的试品的自由抓取、任意跌落姿态角的自动实现。

提升电机实现对试品高度的提升，实现任意跌落高度的调整；正交设置的第一交流伺服电机和第二交流伺服电机驱动机械手实现姿态的调整，避免人工对试品进行姿态调整的不准确性，保证了跌落姿态的精度要求；机械手的抓取单元采用气缸或液压缸实现开合运动，实现了对试品的柔性抓握，避免试品因夹紧力大小而损伤或脱落；多气缸同时释放，保证机械手的释放速度加速度大于试品自由跌落速度；另外，第二关节、三级气缸以及第三关节连接处采用平行四边形机构，增大第三关节相对第二关节转动的角度，进而增大两个抓取单元的张开时第三关节之间的最大距离，有效提高机械手的抓取范围，可以实现抓取范围从0到1米宽度。

附图说明

图1为本发明的跌落试验机整体结构示意图；

图2为本发明的跌落试验机中机械手部分结构示意图；

图3为本发明的跌落试验机中姿态调整单元结构示意图；

图4为本发明的跌落试验机中跌落架转动部分结构示意图；

图5为本发明的跌落姿态调整方法流程图；

图6为本发明的针对跌落的试品结构示意图；

其中：1、跌落架，101、转台底座，102、回转轴，103、架体，104、蜗轮蜗杆机构，105、旋转电机，2、升降机构，201、提升电机，202、丝杠导轨，203、滑块，3、曲臂，4、机械手，401、固定板，402、第一交流伺服电机，403、水平轴，404、连接架，405、第二交流伺服电机，406、第一关节，407、一级气缸，408、第二关节，409、二级气缸，410、第三关节，411、三级气缸，412、扭簧，413、辅爪，5、位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1和附图2，本发明的跌落试验机包括：

跌落架1，所述跌落架1相对自身回转轴102进行回转运动；

沿竖直方向设置在所述跌落架1一侧的升降机构2；

以及通过曲臂3和所述升降机构2固定连接的机械手4，所述机械手4包括固定板401，连接在固定板401一端面和所述曲臂3之间的姿态调整单元以及对称设置在所述固定板401另一端面的两组抓取单元；所述姿态调整单元带动机械手4整体实现沿水平方向和竖直方向的转动，两个所述抓取单元相对开合运动实现对试品的柔性抓取或释放。

每个所述抓取单元包括：

一端和所述固定板401铰接的第一关节406；

输出端和所述第一关节406中部铰接的一级气缸407，所述一级气缸407固定在所述固定盘的中心轴上；

一端和所述第一关节406另一端铰接的第二关节408；

铰接在第二关节408和第三关节410之间的二级气缸409，所述二级气缸409两端以及第一关节406和第二关节408铰接处连线为三角形；

一端和第二关节408另一端铰接的第三关节410；

以及铰接在第二关节408和第三关节410三级气缸411，所述三级气缸411一端和第二关节408铰接，另一端通过平行四边形机构和第三关节410铰接，所述第三关节410的一端和第二关节408的侧面分别作为平行四边形机构的两边。

所述抓取单元还包括通过扭簧412连接在所述第三关节410的辅爪413，扭簧412自然状态时，所述辅爪413和所述第三关节410与试品接触的作用面有一定的夹角，保证对被试品进行抓取时能够有效接触。

所述第三关节410与试品接触的作用面为齿形面或橡胶面；所述辅爪413与试品接触的作用面为齿形面或橡胶面。

所述第一关节406与第一交流伺服电机402、一级气缸407、第二关节408和二级气缸409的连接点的连线为四边形。

所述第二关节408与第一关节406、二级气缸409、三级气缸411和第三关节410的连接点的连线为四边形。

参见附图3，所述姿态调整单元包括：

固定在所述固定板401上沿水平方向设置的第一交流伺服电机402；

一端和所述第一交流伺服电机402输出轴固定连接的水平轴403；

和所述水平轴403另一端固定连接的连接架404；

以及固定在所述连接架404上沿竖直方向设置的第二交流伺服电机405，所述第二交流伺服电机405输出轴和固定板401端面的中心轴固定连接。

参见附图4，所述跌落架1包括：

转台底座101；

通过轴承和所述转台底座101转动配合的回转轴102；

固定在所述回转轴102上端的架体103；

以及通过蜗轮蜗杆机构104和所述回转轴102下端连接的旋转电机105。

所述升降机构2包括：

固定在跌落架1上的提升电机201；

固定在所述跌落架1上沿竖直方向设置的丝杠导轨202，所述丝杠导轨202的任意一端和所述提升电机201输出轴固定连接；

和所述丝杠导轨202平行设置的导向柱；

和所述丝杠导轨202配合的螺母；

以及和所述固定连接的滑块203，所述滑块203上设置有通孔，所述通孔和所述导向柱配合导向，所述滑块203和所述曲臂3固定连接。

参见附图5和附图6，所述试验机还包括设置在所述曲臂3上的位移传感器5。

基于所述跌落试验机的跌落姿态调整方法包括以下步骤：

步骤一：将跌落试验机复位至初始状态，规定初始状态时，机械手4状态为两组抓取单元水平设置，两组抓取单元的第三关节410的作用面为竖直面；

步骤二：测量试品外形尺寸，获得试品长L、宽B和高H参数，a、b、c、d、e、f、g和h分别为长方体或正方体的六角顶点；

步骤三：抓取单元开合运动对试品进行抓取，抓取单元的第三关节410接触试品的面的两个边分别为长L和高H；

步骤四：根据跌落试验要求调整机械手4姿态：

若面着地跌落，执行步骤五；

若棱着地跌落，执行步骤六；

若角着地跌落，执行步骤七；

步骤五：由于机械手4的复位状态，面跌落就不需要机械手4的执行部件动作，只需要机械手4上升到规定高度即可；提升电机201带动机械手4上升至指定跌落试验高度；

步骤六：棱cd着地跌落，则要求试品的fd连线垂直向下，第一交流伺服电机402转动角度γ，转动角度γ通过公式(一)获得；

γ＝arctan(B/H) (一)；

步骤七：c点所在角着地跌落，需要试品的fc连线垂直向下，在机械手4复位状态下，第一交流伺服电机402转动角度γ，第二交流伺服电机405转动角度β，转动角度γ通过公式(二)获得，转动角度β通过公式(三)获得；

γ＝arctan(B/H) (二)

β＝arctan[L/(H²+B²)^1/2] (三)。

Claims (9)

1.跌落试验机，包括：

跌落架(1)；

以及沿竖直方向设置在所述跌落架(1)一侧的升降机构(2)；

其特征在于，

所述跌落架(1)相对自身回转轴(102)进行回转运动；

所述试验机还包括：

通过曲臂(3)和所述升降机构(2)固定连接的机械手(4)，所述机械手(4)包括固定板(401)，连接在固定板(401)一端面和所述曲臂(3)之间的姿态调整单元以及对称设置在所述固定板(401)另一端面的两组抓取单元；所述姿态调整单元带动机械手(4)整体实现沿水平方向和竖直方向的转动，两个所述抓取单元相对开合运动实现对试品的柔性抓取或释放。

2.根据权利要求1所述的跌落试验机，其特征在于，每个所述抓取单元包括：

一端和所述固定板(401)铰接的第一关节(406)；

输出端和所述第一关节(406)中部铰接的一级气缸(407)，所述一级气缸(407)固定在所述固定盘的中心轴上；

一端和所述第一关节(406)另一端铰接的第二关节(408)；

铰接在第二关节(408)和第三关节(410)之间的二级气缸(409)，所述二级气缸(409)两端以及第一关节(406)和第二关节(408)铰接处连线为三角形；

一端和第二关节(408)另一端铰接的第三关节(410)；

以及铰接在第二关节(408)和第三关节(410)三级气缸(411)，所述三级气缸(411)一端和第二关节(408)铰接，另一端通过平行四边形机构和第三关节(410)铰接，所述第三关节(410)的一端和第二关节(408)的侧面分别作为平行四边形机构的两边。

3.根据权利要求2所述的跌落试验机，其特征在于，所述抓取单元还包括通过扭簧(412)连接在所述第三关节(410)的辅爪(413)，扭簧(412)自然状态时，扭簧自然状态时，所述辅爪(413)中心线和所述第三关节(410)与试品接触的作用面相交。

4.根据权利要求3所述的跌落试验机，其特征在于，所述第三关节(410)与试品接触的作用面为齿形面或橡胶面；所述辅爪(413)与试品接触的作用面为齿形面或橡胶面。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的跌落试验机，其特征在于，所述姿态调整单元包括：

固定在所述固定板(401)上沿水平方向设置的第一交流伺服电机(402)；

一端和所述第一交流伺服电机(402)输出轴固定连接的水平轴(403)；

和所述水平轴(403)另一端固定连接的连接架(404)；

以及固定在所述连接架(404)上沿竖直方向设置的第二交流伺服电机(405)，所述第二交流伺服电机(405)输出轴和固定板(401)端面的中心轴固定连接。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的跌落试验机，其特征在于，所述跌落架(1)包括：

转台底座(101)；

通过轴承和所述转台底座(101)转动配合的回转轴(102)；

固定在所述回转轴(102)上端的架体(103)；

以及通过蜗轮蜗杆机构(104)和所述回转轴(102)下端连接的旋转电机(105)。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的跌落试验机，其特征在于，所述升降机构(2)包括：

固定在跌落架(1)上的提升电机(201)；

固定在所述跌落架(1)上沿竖直方向设置的丝杠导轨(202)，所述丝杠导轨(202)的任意一端和所述提升电机(201)输出轴固定连接；

和所述丝杠导轨(202)平行设置的导向柱；

和所述丝杠导轨(202)配合的螺母；

以及和所述固定连接的滑块(203)，所述滑块(203)上设置有通孔，所述通孔和所述导向柱配合导向，所述滑块(203)和所述曲臂(3)固定连接。

8.根据权利要求1-4中任意一项所述的跌落试验机，其特征在于，所述试验机还包括设置在所述曲臂(3)上的位移传感器(5)。

9.基于权利要求1所述跌落试验机的跌落角度调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将跌落试验机复位至初始状态，规定初始状态时，机械手(4)状态为两组抓取单元水平设置，两组抓取单元的第三关节(410)的作用面为竖直面；

步骤二：测量试品外形尺寸，获得试品长L、宽B和高H参数，a、b、c、d、e、f、g和h分别为长方体或正方体的六角顶点；

步骤三：抓取单元开合运动对试品进行抓取，抓取单元的第三关节(410)接触试品的面的两个边分别为长L和高H；

步骤四：根据跌落试验要求调整机械手(4)姿态：

若面着地跌落，执行步骤五；

若棱着地跌落，执行步骤六；

若角着地跌落，执行步骤七；

步骤五：提升电机(201)带动机械手(4)上升至指定跌落试验高度；

步骤六：棱cd着地跌落，第一交流伺服电机(402)转动角度γ，转动角度γ通过公式(一)获得；

γ＝arctan(B/H) (一)；

步骤七：c点所在角着地跌落，第一交流伺服电机(402)转动角度γ，第二交流伺服电机(405)转动角度β，转动角度γ通过公式(二)获得，转动角度β通过公式(三)获得；

γ＝arctan(B/H) (二)

β＝arctan[L/(H²+B²)^1/2] (三)。