CN110788842A - 一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂，其包括驱动电机、电机固定板、动作臂和玻璃瓶夹；驱动电机包括前主动臂驱动电机和后主动臂驱动电机，分别驱动连接玻璃瓶夹的前动作臂和后动作臂，通过四边形状的动作臂的相互配合得出特定的轨迹，并且能通过调节两条动作臂的运行速度、角度和相对位置而设计出不同的玻璃瓶夹运动轨迹，适应不同的生产线；另外通过伺服电机和齿轮传动控制玻璃瓶夹的摆动和夹持，实现能自由控制玻璃瓶夹的夹持时间点、张开角度和位置，适应不同规格的玻璃瓶和杯等圆柱状玻璃制品。本发明提供的机械夹臂具有轨迹可调节、控制精准和适用多种规格的圆柱状玻璃制品的优点。

Description

一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂及控制方法

技术领域

本发明属于自动化圆柱状玻璃制品生产设备领域，尤其涉及一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂，还涉及一种机械夹臂的控制方法。

背景技术

目前玻璃瓶的生产趋向于大产量、外形设计丰富多样等，这使得机械臂的夹瓶机构和动作要求必须向柔性化、高速化的方向来设计，并需要适应不同瓶身的形状。另外，目前的生产趋势对设备产能、重复定位精度、上下瓶起始位置灵活设置等都有一定的技术要求。

而现有技术中的机械臂多采用气缸或者液压驱动机械臂，气缸和液压驱动不精准,位置定位和速度控制也未能满足高速和大产量的要求(比如300个/分钟)。同时，现有技术中的机械臂只能夹一个玻璃瓶，且机械臂的长度和运行轨迹需要预先根据生产线设计，制作成型后不能随意调整，若需要调整则只能重新设计和更换机械部件。

而且，现有的玻璃瓶夹钳通过凸轮机构循环控制张开和合拢的时间点和张开角度位置，只能夹持某一个特定直径的瓶身，不能根据瓶身直径大小、瓶身的凹凸曲线和椭圆形轮廓等外形来调节瓶身的夹钳的张开角度以及开合时间点。如果需要夹持其他形状的玻璃瓶，则需要重新设计凸轮机构的曲面轮廓。

发明内容

基于现有技术存在上述问题，本发明提供一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂，其包括驱动电机、电机固定板、动作臂和玻璃瓶夹；所述的驱动电机包括前主动臂驱动电机和后主动臂驱动电机，分别驱动连接玻璃瓶夹的前动作臂和后动作臂，通过四边形状的动作臂的相互配合得出特定的轨迹，并且能通过调节两条动作臂的运行速度、角度和相对位置而设计出多种多样的玻璃瓶夹运动轨迹，适应不同的生产线高度差及不同的间隔距离的设计要求；另外通过伺服电机和齿轮转动并且通过连杆驱动控制玻璃瓶夹的摆动和夹持动作，利用伺服电机能够精准控制速度和位置的优点，实现能自由控制玻璃瓶夹的夹持时间点、张开角度和位置，适应不同规格的玻璃瓶和杯等圆柱状玻璃制品。本发明提供的机械夹臂具有轨迹可调节、控制精准和适用多种规格的圆柱状玻璃制品的优点。

本发明通过以下详细技术方案达到上述目的：

一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂，其包括驱动电机、电机固定板、动作臂和玻璃瓶夹；所述的驱动电机包括前主动臂驱动电机和后主动臂驱动电机，驱动电机固定安装在电机固定板上，并分别驱动连接到前主动臂和后主动臂；所述的动作臂包括前主动臂、前被动臂、后主动臂和后被动臂，所述的前主动臂的一端传动连接到前主动臂驱动电机，另一端通过转轴转动连接到前被动臂；所述的后主动臂的一端传动连接到后主动臂驱动电机，另一端通过转轴转动连接到后被动臂，前被动臂和后被动臂远离主动臂的一端通过转轴相互转动连接；所述的玻璃瓶夹顶部再传动连接到两个被动臂相互连接处。

其中，所述的驱动电机还包括夹持电机、摆动电机、若干连杆和“V”形的连杆连接板；所述的连杆连接板具有两件，两件连杆连接板的“V”形转折点处通过转轴相互平行的转动连接到前主动臂和前被动臂相交处，且两件连杆连接板、前主动臂和前被动臂同轴相连；所述的夹持电机固定安装在电机固定板上，且通过大齿轮和相互啮合的扇形齿轮传动连接到第一连杆的一端，第一连杆的另一端传动连接到第一连杆连接板的一端，第一连杆连接板的另一端传动连接到第二连杆的一端，第二连杆的另一端传动连接到玻璃瓶夹并驱动玻璃瓶夹松开和夹紧；所述的摆动电机固定安装在电机固定板上，且传动连接到第三连杆的一端，第三连杆的另一端传动连接到第二连杆连接板的一端，第二连杆连接板的另一端传动连接到第四连杆的一端，第四连杆的另一端传动连接到玻璃瓶夹并驱动玻璃瓶夹转动。

其中，所述的玻璃瓶夹包括固定架和两个半边夹，所述的固定架顶部通过转轴同轴转动连接到前被动臂和后被动臂的连接处，固定架顶部与转轴连接处向外伸出一体化成型的拨动片，所述的拨动片通过轴承转动连接到第四连杆远离第二连杆连接板的一端；两个半边夹分别左右对称联动并且通过旋转轴分别安装在固定架两侧形成完整的的瓶夹。

其中，所述的半边夹包括摆动齿板、夹块调整条和夹块，所述的摆动齿板具有两个，分别前后对称地安装在固定架的两侧且通过瓶夹夹持轴转动安装到固定架，当两个半边夹组合成完整瓶夹时，一个半边夹所属的两个摆动齿板分别与另一个半边夹所属的两个摆动齿板啮合；所述的夹块调整条连接到两个摆动齿板的非啮合端；夹块调整条上设置有若干沿夹块调整条长度方向的调整滑槽，所述的夹块至少具有两个且通过调整滑槽滑动连接到夹块调整条下方，整个半边夹通过摆动齿板上的瓶夹夹持轴和固定架的框架连接，使得两个半边夹能够绕各自的瓶夹夹持轴转动；两个半边夹中其中一个半边夹的其中一个摆动齿板设置有沿摆动齿板长度方向延伸的拨动杆，所述的拨动杆通过关节轴承杆连接到拨动片并连接到第二连杆远离第一连杆连接板的一端。

其中，所述的玻璃瓶夹还包括间隔夹，所述的间隔夹包括连接架、夹块调整条和中间隔块，所述的连接架固定到两个半边夹之间的固定架的底部，所述的夹块调整条固定安装到连接架的底部，所述的中间隔块通过调整滑槽滑动连接到夹块调整条下方，可以根据玻璃瓶的长度滑动调节中间隔块的位置，从而适应不同长度的玻璃瓶，中间隔块同样可以采用常规的手段如螺栓或者卡接等的手段固定。

其中，所述的驱动电机为伺服电机，驱动电机通过法兰固定安装在电机固定板上且动力输出端穿透电机固定板伸到电机固定板的另一面，所述的前主动臂驱动电机和后主动臂驱动电机通过行星齿轮减速机分别传动连接到前主动臂和后主动臂。

其中，所述的夹持电机和摆动电机动力输出端都设置有传动齿轮，两个电机的传动齿轮分别与两个同轴相连的扇形齿轮啮合，两个扇形齿轮的圆心处通过同一转轴同轴转动连接到电机固定板上，两个扇形齿轮靠近第一连杆和第三连杆的圆周边缘处分别转动连接有第一连杆和第三连杆的一端。

一种可调节运动轨迹的机械臂控制方法，其首先采用四条动作臂首尾相互转动连接的组成四边形的机械臂，再将两个独立工作的动力源分别安装在两条主动臂的端部位置，机械臂动作端设置在两条从动臂相连的一端，最后动力源分别向两条独立的动作臂输出不同速度的旋转动力带动动作臂作出不同的旋转角度及速度的组合规律，从而通过不断变形的四边形带动机械臂动作端进行不同的运动轨迹。

本发明具有的有益效果：

1、使用四条动作臂组成一个可变形的四边形机械臂，通过对两条动作臂独立输出不同的动力，带动四边形作出形变，由于两个动力源的位置相对固定，四边形的变形会带动另外三个顶点发生位移，将实际轨迹需求结合四边形的形变特性可以计算出两个独立的动力源分别向两端输出的动力参数，从而设计出特定的轨迹。调整动力的输出参数即可改变动作端的运动轨迹，使运动轨迹的调整修改更加方便，整个机械臂的适应性更强，能够根据不同的生产线作出对应的调整，无需重新设计，修改制作新的机械臂。

2、由于伺服电机可使“控制速度“和”位置精度“非常准确，利用伺服电机驱动使机械臂的运动轨迹的重复准确性更好，精度更高。而且利用伺服电机配合齿轮传动和连杆传动也使整个机械臂的控制更加准确和自由，避免了传统机械臂的气缸和油缸驱动的不稳定性和凸轮控制夹持的不可调节性，使机械臂能够适应不同规格的玻璃瓶和具有更快的运行速度。

附图说明

图1是一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂的立体结构示意图。

图2是一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂另一角度的立体结构示意图。

图3是机械臂的电机固定板处放大立体结构图。

图4是机械臂的连接板处放大立体结构图。

图5是机械臂的玻璃瓶夹处的放大立体结构图。

图6是机械臂的玻璃瓶夹处另一角度的放大立体结构图。

图7是机械臂的玻璃瓶夹拨动片处放大立体结构图，为了展示拨动片，省略了部分阻挡结构。

图8是机械臂的玻璃瓶夹拨动杆放大立体结构图，为了展示拨动杆，省略了部分阻挡结构。

图9是机械臂的玻璃瓶夹的瓶夹夹持轴放大立体结构图，为了展示瓶夹夹持轴，省略了部分阻挡结构。

图10是一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂反方向搬运的的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”和“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如附图1-9所示的一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂，其包括驱动电机、电机固定板2、动作臂和玻璃瓶夹4、四条连杆5和“V”形的连杆连接板6；所述的驱动电机包括前主动臂驱动电机11、后主动臂驱动电机12、夹持电机14和摆动电机13，驱动电机固定安装在电机固定板2上，并分别驱动连接到前主动臂31和后主动臂32；所述的动作臂包括前主动臂31、前被动臂33、后主动臂32和后被动臂34，所述的前主动臂31的一端传动连接到前主动臂驱动电机11，另一端通过转轴和轴承转动连接到前被动臂33；所述的后主动臂32的一端传动连接到后主动臂驱动电机12，另一端通过转轴和轴承转动连接到后被动臂34，前被动臂33和后被动臂34远离主动臂的一端通过转轴相互和轴承转动连接；所述的玻璃瓶夹4顶部再通过轴承转动连接到两个被动臂相互连接处；所述的连杆连接板6具有两件，两件连杆连接板6的“V”形转折点处通过转轴相互平行的转动连接到前主动臂31和前被动臂33相交处，且两件连杆连接板6、前主动臂31和前被动臂33同轴相连；所述的夹持电机14固定安装在电机固定板2上，且通过齿轮传动连接到第一连杆5的一端，第一连杆5的另一端传动连接到第一连杆连接板6的一端，第一连杆连接板6的另一端传动连接到第二连杆5的一端，第二连杆5的另一端传动连接到玻璃瓶夹4并驱动玻璃瓶夹4松开和夹紧；所述的摆动电机13固定安装在电机固定板2上，且传动连接到第三连杆5的一端，第三连杆5的另一端传动连接到第二连杆连接板6的一端，第二连杆连接板6的另一端传动连接到第四连杆5的一端，第四连杆5的另一端传动连接到玻璃瓶夹4并驱动玻璃瓶夹4转动，通过玻璃瓶夹转动动作，可以实现玻璃瓶和杯等的圆柱状玻璃制品的平卧或垂直放置。

作为优选实施例，所述的玻璃瓶夹4包括固定架41和两个半边夹42，所述的固定架41顶部通过转轴同轴转动连接到前被动臂33和后被动臂34的连接处，固定架41顶部与转轴连接处向外伸出一体化成型的拨动片421，所述的拨动片421通过轴承转动连接到第四连杆5远离第二连杆连接板6的一端；两个半边夹42分别左右对称联动并且通过旋转轴分别安装在固定架41两侧形成完整的的瓶夹，摆动电机13通过输出端的传动齿轮带动与其啮合的扇形齿轮7在一定角度内来回转动，扇形齿轮7的转动带动第三连杆5前后移动，从而带动第二连杆连接板6来回转动，继而带动第四连杆5上下移动，第四连杆5的上下移动带动拨动片421来回摆动，由于拨动片421和固定架41一体成型且通过转轴转动连接到动作臂上，当拨动片421摆动时会带动瓶夹绕转轴转动。

作为优选实施例，所述的半边夹42包括摆动齿板422、夹块调整条423和夹块424，所述的摆动齿板422具有两个，分别前后对称地安装在固定架41的两侧且通过瓶夹夹持轴427转动安装到固定架41，当两个半边夹42组合成完整瓶夹时，一个半边夹42所属的两个摆动齿板422分别与另一个半边夹42所属的两个摆动齿板422啮合；所述的夹块调整条423连接到两个摆动齿板422的非啮合端；夹块调整条423上设置有若干沿夹块调整条423长度方向的调整滑槽425，所述的夹块424至少具有两个且通过调整滑槽425滑动连接到夹块调整条423下方，整个半边夹42通过摆动齿板422上的瓶夹夹持轴427和固定架41的框架连接，使得两个半边夹42能够绕各自的瓶夹夹持轴427转动；两个半边夹42中其中一个半边夹42的其中一个摆动齿板422设置有沿摆动齿板422长度方向延伸的拨动杆426，所述的拨动杆426通过关节轴承杆连接到拨动片并连接到第二连杆5远离第一连杆连接板6的一端，夹持电机14通过输出端的传动齿轮带动与其啮合扇形齿轮7在一定角度内来回转动，扇形齿轮7的转动带动第一连杆5前后移动，从而带动第一连杆连接板6来回转动，继而带动第二连杆5上下移动，第二连杆5的上下移动通过拨动片和关节轴承杆带动拨动杆426上下摆动，由于拨动杆426和摆动齿板422一体成型，所以摆动齿板422同样上下摆动从而通过与之啮合的另一个摆动齿板422联合带动整个瓶夹夹持和放开。

作为优选实施例，所述的玻璃瓶夹4还包括间隔夹43，所述的间隔夹43包括连接架431、夹块调整条423和中间隔块432，所述的连接架431固定到两个半边夹之间的固定架41的底部，所述的夹块调整条423固定安装到连接架431的底部，所述的中间隔块432通过调整滑槽425滑动连接到夹块调整条423下方。

作为优选实施例，所述的驱动电机为伺服电机，驱动电机通过法兰固定安装在电机固定板2上且动力输出端穿透电机固定板2伸到电机固定板2的另一面，所述的前主动臂驱动电机11和后主动臂驱动电机12通过行星齿轮减速机分别传动连接到前主动臂31和后主动臂32。

作为优选实施例，所述的夹持电机14和摆动电机13动力输出端都设置有传动齿轮，两个电机的传动齿轮分别与两个同轴相连的扇形齿轮7啮合，两个扇形齿轮7的圆心处通过同一转轴同轴转动连接到电机固定板2上，两个扇形齿轮7靠近第一连杆5和第三连杆5的圆周边缘处分别转动连接有第一连杆5和第三连杆5的一端。在本实施例中，为了合理利用空间，缩小电机固定板2的体积，将两个扇形齿轮7和前主动臂31的行星齿轮减速机在空间上重叠，即扇形齿轮7的转轴固定连接到行星齿轮减速机的动力输出端上，依靠行星齿轮减速机再固定到电机固定板2上，两个扇形齿轮7与转轴之间通过轴承连接，即转轴跟随行星齿轮减速机的动力输出端旋转，但由于轴承的作用抵消转轴的旋转运动，扇形齿轮7的转动与转轴的转动独立进行，相互不影响。

如图10所示，本专利提供的机械臂还能根据实际生产线的需求设计成反方向的机械夹臂。

本实施例中的双自由度调节的玻璃瓶机械夹臂采用以下的方法原理实现玻璃瓶和杯机械夹持在上下和前后两个自由度上进行调节，实现不同的运动轨迹：其首先采用四条动作臂首尾相互转动连接的组成四边形的机械臂，再将两个独立工作的动力源分别安装在两条主动臂的端部位置，机械臂动作端设置在两条从动臂相连的一端，最后动力源分别向两条独立的动作臂输出不同速度的旋转动力带动动作臂作出不同的旋转角度及速度的组合规律，从而通过不断变形的四边形带动机械臂动作端进行不同的运动轨迹。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂，其特征在于，其包括驱动电机、电机固定板(2)、动作臂和玻璃瓶夹(4)；所述的驱动电机包括前主动臂驱动电机(11)和后主动臂驱动电机(12)，驱动电机固定安装在电机固定板(2)上，并分别驱动连接到前主动臂(31)和后主动臂(32)；所述的动作臂包括前主动臂(31)、前被动臂(33)、后主动臂(32)和后被动臂(34)，所述的前主动臂(31)的一端传动连接到前主动臂驱动电机(11)，另一端通过转轴转动连接到前被动臂(33)；所述的后主动臂(32)的一端传动连接到后主动臂驱动电机(12)，另一端通过转轴转动连接到后被动臂(34)，前被动臂(33)和后被动臂(34)远离主动臂的一端通过转轴相互转动连接；所述的玻璃瓶夹(4)顶部再传动连接到两个被动臂相互连接处。

2.根据权利要求1所述的一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂，其特征在于，所述的驱动电机还包括夹持电机(14)、摆动电机(13)、若干连杆(5)和“V”形的连杆连接板(6)；所述的连杆连接板(6)具有两件，两件连杆连接板(6)的“V”形转折点处通过转轴相互平行的转动连接到前主动臂(31)和前被动臂(33)相交处，且两件连杆连接板(6)、前主动臂(31)和前被动臂(33)同轴相连；所述的夹持电机(14)固定安装在电机固定板(2)上，且传动连接到第一连杆(5)的一端，第一连杆(5)的另一端传动连接到第一连杆连接板(6)的一端，第一连杆连接板(6)的另一端传动连接到第二连杆(5)的一端，第二连杆(5)的另一端传动连接到玻璃瓶夹(4)并驱动玻璃瓶夹(4)松开和夹紧；所述的摆动电机(13)固定安装在电机固定板(2)上，且传动连接到第三连杆(5)的一端，第三连杆(5)的另一端传动连接到第二连杆连接板(6)的一端，第二连杆连接板(6)的另一端传动连接到第四连杆(5)的一端，第四连杆(5)的另一端传动连接到玻璃瓶夹(4)并驱动玻璃瓶夹(4)转动。

3.根据权利要求2所述的一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂，其特征在于，所述的玻璃瓶夹(4)包括固定架(41)和两个半边夹(42)，所述的固定架(41)顶部通过转轴同轴转动连接到前被动臂(33)和后被动臂(34)的连接处，固定架(41)顶部与转轴连接处向外伸出一体化成型的拨动片(421)，所述的拨动片(421)通过轴承转动连接到第四连杆(5)远离第二连杆连接板(6)的一端；两个半边夹(42)分别左右对称联动并且通过旋转轴分别安装在固定架(41)两侧形成完整的的瓶夹。

4.根据权利要求3所述的一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂，其特征在于，所述的半边夹(42)包括摆动齿板(422)、夹块调整条(423)和夹块(424)，所述的摆动齿板(422)具有两个，分别前后对称地安装在固定架(41)的两侧且通过瓶夹夹持轴(427)转动安装到固定架(41)，当两个半边夹(42)组合成完整瓶夹时，一个半边夹(42)所属的两个摆动齿板(422)分别与另一个半边夹(42)所属的两个摆动齿板(422)啮合；所述的夹块调整条(423)连接到两个摆动齿板(422)的非啮合端；夹块调整条(423)上设置有若干沿夹块调整条(423)长度方向的调整滑槽(425)，所述的夹块(424)至少具有两个且通过调整滑槽(425)滑动连接到夹块调整条(423)下方，整个半边夹(42)通过摆动齿板(422)上的瓶夹夹持轴(427)和固定架(41)的框架连接，使得两个半边夹(42)能够绕各自的瓶夹夹持轴(427)转动；两个半边夹(42)中其中一个半边夹(42)的其中一个摆动齿板(422)设置有沿摆动齿板(422)长度方向延伸的拨动杆(426)，所述的拨动杆(426)通过关节轴承杆连接到拨动片并连接到第二连杆(5)远离第一连杆连接板(6)的一端。

5.根据权利要求4所述的一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂，其特征在于，所述的玻璃瓶夹(4)还包括间隔夹(43)，所述的间隔夹(43)包括连接架(431)、夹块调整条(423)和中间隔块(432)，所述的连接架(431)固定到两个半边夹之间的固定架(41)的底部，所述的夹块调整条(423)固定安装到连接架(431)的底部，所述的中间隔块(432)通过调整滑槽(425)滑动连接到夹块调整条(423)下方。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂，其特征在于，所述的驱动电机为伺服电机，驱动电机通过法兰固定安装在电机固定板(2)上且动力输出端穿透电机固定板(2)伸到电机固定板(2)的另一面，所述的前主动臂驱动电机(11)和后主动臂驱动电机(12)通过行星齿轮减速机分别传动连接到前主动臂(31)和后主动臂(32)。

7.根据权利要求2-5任一所述的一种双自由度调节的圆柱状玻璃制品机械夹臂，其特征在于，所述的夹持电机(14)和摆动电机(13)动力输出端都设置有传动齿轮，两个电机的传动齿轮分别与两个同轴相连的扇形齿轮(7)啮合，两个扇形齿轮(7)的圆心处通过同一转轴同轴转动连接到电机固定板(2)上，两个扇形齿轮(7)靠近第一连杆(5)和第三连杆(5)的圆周边缘处分别转动连接有第一连杆(5)和第三连杆(5)的一端。

8.一种可调节运动轨迹的机械臂控制方法，其特征在于，其首先采用四条动作臂首尾相互转动连接的组成四边形的机械臂，再将两个独立工作的动力源分别安装在两条主动臂的端部位置，机械臂动作端设置在两条从动臂相连的一端，最后动力源分别向两条独立的动作臂输出不同速度的旋转动力带动动作臂作出不同的旋转角度及速度的组合规律，从而通过不断变形的四边形带动机械臂动作端进行不同的运动轨迹。

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