CN112780632A - 气压缸的选择方法、旋转机构的设计方法及其旋转机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供气压缸的选择方法、旋转机构的设计方法及其旋转机构；该气压缸的选择方法用于选择气压缸来推动旋转机构的转动件在第一位置与第二位置之间进行四分之一圆的圆周运动，圆周运动的旋转半径为r，上述选择方法的步骤包括：选择气压缸，气压缸具有管体和伸缩杆，伸缩杆可被驱动而相对于管体直线移动且伸缩杆具有最大行程l，最大行程l大于或等于

伸缩杆的末端连接于转动件的连接端上；通过上述选择方法，选择出的气压缸能确保在旋转机构的转动过程中，气压缸对转动件所施加的力矩的波动幅度是最小的，确保整个旋转机构在实际运动过程中的稳定性。

Description

气压缸的选择方法、旋转机构的设计方法及其旋转机构

技术领域

本发明涉及气压缸，尤其涉及气压缸的选择方法、旋转机构的设计方法及其旋转机构。

背景技术

传统上，气压缸(或油压缸)是机械装置中常用的零部件，气压缸能用来推动其他零部件进行往复的直线运动或者是推动其他的零部件作旋转运动。当机械装置的设计人员在进行结构设计时，气压缸的行程与安装位置都是通过使用3D设计软件来进行设计。在通常情况下，所设计出来的机械装置的气压缸虽可达到动作(例如推动其他旋转机构进行旋转运动)目的，但往往机械装置的气压缸在动作过程中，会出现气压缸与旋转机构之间的力矩的波动幅度较大且不同旋转位置的力矩都不一致的问题，往往无法确保机械装置实际运动的稳定，因而尚有改善的空间。

发明内容

有鉴于此，本发明的其中一个目的在于针对现有技术的缺失进行改良，进而提出一种崭新的气压缸的选择方法，能够选出一种合适的气压缸，确保气压缸在动作过程中所施加的力矩的波动幅度在最小的范围且是一致的，以保持整个旋转机构在实际运动过程中的稳定性。

因此，本发明提供一种气压缸的选择方法，用于选择气压缸来推动旋转机构的转动件，使得转动件能够以第一枢转轴为轴进行转动，转动件包含上述第一枢转轴和连接端，连接端能够随着转动件的转动而在第一位置与第二位置之间进行四分之一圆的圆周运动，上述圆周运动的旋转半径为r，上述气压缸的选择方法的步骤包括：选择气压缸，气压缸具有管体和伸缩杆，管体能够以第二枢转轴为轴进行转动，第二枢转轴位于管体相对于伸缩杆的一端，第二枢转轴与第一枢转轴同轴地设置，伸缩杆可被驱动而相对于管体直线移动，并且伸缩杆具有最大行程l，最大行程l大于或等于

并且伸缩杆的末端连接于转动件的连接端上。

通过上述选择方法，其所选择出的气压缸能确保在旋转机构的动作过程中，气压缸对转动件所施加的力矩的波动幅度是最小的，确保了整个旋转机构在实际运动过程中的稳定性。

在其中一个方面，本发明的选择方法虽然是应用于选择气压缸，但本发明并不以此为限，也可应用于选择油压缸。

本发明还提供了一种旋转机构的设计方法，其用于设计旋转机构，上述旋转机构包含转动件，转动件包含第一枢转轴和连接端，转动件可被驱动而以第一枢转轴为轴进行转动，使得上述连接端能够随着转动件的转动而在第一位置与第二位置之间进行四分之一圆的圆周运动，上述圆周运动的旋转半径为r，旋转机构的设计方法的步骤包括：选择气压缸，上述气压缸具有管体和伸缩杆，伸缩杆可被驱动而相对于管体直线移动，并且伸缩杆具有最大行程l，上述最大行程1大于或等于

配置气压缸的管体，使得管体能够以第二枢转轴为轴进行转动，第二枢转轴位于管体相对于伸缩杆的一端，第二枢转轴与第一枢转轴同轴地设置，并且，当连接端移动至上述第一位置和第二位置时，气压缸的管体都位于相同的位置；连接气压缸的伸缩杆的末端与转动件的连接端。

在其中一个方面，转动件包含第一直线段、第二直线段以及连接段，第一直线段与第二直线段二者平行地设置，连接段以垂直的方式同时连接第一直线段和第二直线段，第一直线段的长度为R，连接段的长度为a，第二直线段的长度为b，第一枢转轴设置于第一直线段相对于连接段的末端，连接端位于第二直线段相对于连接段的末端，其中，上述选择气压缸的步骤还包括：选择气压缸的伸缩杆的最大行程l，使其与第一直线段、第二直线段以及连接段的长度之间符合以下的关系式。

在另一个方面，当连接端位于上述第一位置时，伸缩杆与第二直线段的延伸线所形成的夹角为α，上述夹角小于90°，上述夹角与第一直线段、第二直线段以及连接段的长度之间符合以下的关系。

在另一个方面，还包括步骤：定义第一枢转轴位于直角坐标系的原点，其中，上述直角坐标系具有彼此互相垂直的x轴、y轴以及z轴，第一枢转轴沿z轴延伸，气压缸的管体的长度为L；配置第二枢转轴位于坐标点(X，Y)并沿z轴延伸，其中，坐标点(X，Y)与管体的长度、伸缩杆的最大行程、第一直线段、第二直线段以及连接段的长度之间符合以下的关系式。

(X,Y)＝((L+l)sinα-a,(L+l)cosα-(R-b))

本发明还提供一种旋转机构，其包含转动件和气压缸。其中，上述转动件包含第一枢转轴和连接端，转动件可被驱动而以上述第一枢转轴为轴进行转动，使得连接端能够随着转动件的转动而在第一位置与第二位置之间进行四分之一圆的圆周运动，圆周运动的旋转半径为r。上述气压缸包含管体和伸缩杆，管体相对于伸缩杆的一端设有第二枢转轴，管体以第二枢转轴为轴可转动地设置于平台上，第二枢转轴与第一枢转轴同轴地设置，伸缩杆可移动地容设于管体中，伸缩杆可被驱动而相对于管体直线移动，并且伸缩杆具有最大行程l，伸缩杆具有末端，伸缩杆的末端连接于转动件的连接端上，伸缩杆的最大行程1大于或等于

其中，当连接端移动至上述第一位置和第二位置时，气压缸的管体都位于相同的位置。

附图说明

有关气压缸的选择方法、旋转机构的设计方法及其旋转机构的详细特征将于以下的实施例予以说明，然而，应能理解的是，以下将说明的实施例以及附图仅作为示例性的说明，其不应用来限制本发明的保护范围，其中：

图1是实施例的旋转机构的俯视图。

图2是实施例的旋转机构的动作示意图。

图3是旋转机构的另一动作示意图。

图4是实施例的气压缸的选择方法的步骤流程图。

图5是实施例的旋转机构的设计方法的步骤流程图。

(符号说明)

10：旋转机构

20：平台

30：转动件

31：主体

311：第一直线段

312：第二直线段

313：连接段

32：第一枢转轴

33：连接端

34：马达

35：胶带固定架

36：第一连接件

40：气压缸

41：管体

42：伸缩杆

43：第二枢转轴

44：第二连接件

A、B、C、D：位置点

1：最大行程

r：旋转半径

α、β：夹角

K、K1、K2：力臂

S 1-1、S2-1～S2-3：步骤

P1：第一位置

P2：第二位置

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术特征之所在，列举以下实施例并参照附图说明如后。

本实施例提供一种旋转机构10，其用于对工件(未图示)贴胶带，然而本实施例并不以此为限，本实施例所述的旋转机构10也可应用于其他种类的机器。

如图1和图2所示，上述旋转机构10在结构上包含平台20、转动件30以及气压缸40。其中，转动件30可转动地设置于平台20上，并包含主体31、第一枢转轴32以及连接端33，主体31通过第一枢转轴32枢接于平台20上。主体31上还设有马达34和胶带固定架35，胶带固定架35用来装设胶带(未图示)，并且，胶带固定架35可在马达34的驱动下进行转动，藉以拉出胶带。主体31上还设有第一连接件36，连接端33位于第一连接件36上。

转动件30的转动方式可参照图2进行说明，其中，转动件30的主体31在结构上可区分为第一直线段311、第二直线段312以及连接段313，第一直线段311与第二直线段312两者平行地设置，连接段313以垂直的方式同时连接第一直线段311和第二直线段312。第一直线段311的长度为R，连接段313的长度为a，第二直线段312的长度为b。第一枢转轴32设置于第一直线段311相对于连接段313的末端(即，图2中标示为位置点A的位置)，连接端33位于第二直线段312相对于连接段313的末端(即，图2中标示为位置点B的位置)，连接端33用于连接后续将说明的气压缸40，使得转动件30能够在气压缸40的驱动下以第一枢转轴32为轴进行转动，并且，主体31的连接端33能够随着转动件30的转动而在第一位置P1与第二位置P2之间进行四分之一圆的圆周运动，圆周运动的旋转半径为r。

气压缸40包含管体41和伸缩杆42，管体41在相对于伸缩杆42的一端设有第二枢转轴43，管体41以第二枢转轴43为轴可转动地设置于平台20上，第二枢转轴43与第一枢转轴32同轴地设置。伸缩杆42可直线移动地容设于管体41内，且伸缩杆42可被驱动而相对于管体41直线移动。伸缩杆42具有最大行程l，伸缩杆42具有末端，伸缩杆42的末端通过第二连接件44可活动地连接于转动件30的连接端33上。气压缸40被配置成如下状态，即：当连接端33移动至第一位置P1(即，图2中标示为位置点B处)时，伸缩杆42伸出于管体41之外的行程最长；当连接端33沿着圆周经由位置点D移动至第二位置P2时(即，图2中标示为位置点C处)，伸缩杆42几乎没入管体41内。须说明的是，如图2所示，当连接端33位于第一位置P1和第二位置P2时，气压缸40的管体41都位于相同的位置，在连接端33沿着圆周移动的过程中，例如连接端33移动到位置点D时，气压缸40的管体41会以第二枢转轴43为轴而枢转些许角度。

经由上述旋转机构10的结构设计，在旋转机构10的实际动作中，当转动件30的连接端33位于第一位置P1或第二位置P2时，转动件30转动时的力臂为K1，即位置点A至伸缩杆42的垂直距离，此时的力臂K1是最小的。位置点B、A的连线与位置点C、A的连线所形成的夹角为90度角，位置点B、A的连线与位置点B、C的连线所形成的夹角是45度角，位置点B与位置点A之间的距离为旋转半径r，因此，力臂K1的大小为

当转动件30的连接端33移动到位置D点时，转动件30转动时的力臂为K，即位置点A至伸缩杆42的垂直距离，该距离刚好等于旋转半径r，此时的力臂K是最大的。由此可知，在转动件30的连接端33从第一位置P1移动至第二位置P2的过程中，转动件30的力臂大小是从K1(最小值)逐渐变大至K，之后再逐渐缩小至相同的K1，转动件30的力臂大小控制在K1(最小值)与K(最大值)之间，二者的差值为

从而使气压缸40在运动过程中其力矩的波动幅度为最小，确保了运动过程中的稳定性。

其次，当转动件30的连接端33位于第一位置P1时，此时气压缸40的伸缩杆42处于最大的伸长状态，由于位置点B、A的连线与位置点C、A的连线所形成的夹角为90度角，因此，气压缸40的伸缩杆42的最大行程1刚好等于

也就是说，对于旋转机构10的设计人员而言，只要选择伸缩杆42的最大行程l大于或等于

的气压缸40即可适用来搭配转动件30，如此可方便设计人员选择适当规格和价格的气压缸40。另外，在本实施例的转动件30的结构条件下，圆周半径r与第一直线段311、第二直线段312以及连接段313的长度之间的关系为

因此选择最大行程1为

的气压缸40即可适用于本实施例的转动件30。

再者，为了方便设计人员确定气压缸40的安装位置，以保持整个旋转机构10运动时的稳定性，设计人员可依以下方式来配置气压缸40的位置。

方法1：当连接端33位于第一位置P1时，伸缩杆42与第二直线段312的延伸线所形成的夹角为α(即位置点B、C的连线与位置点B、D的连线所形成的夹角)，且夹角小于90度，位置点A、B的连线与位置点B、C的连线所形成的夹角为45度角，位置点A、B的连线与第二直线段312的延伸线(即位置点B、D的连线)之间的夹角为β，因此可得到以下的关系式：α+45°＝β。在本实施例中，

另外，

可知夹角α与第一直线段311、第二直线段312以及连接段313的长度之间具有以下的关系：

因此，设计人员如果能配置好气压缸40的位置，使伸缩杆42与连接段313两者的夹角符合上述关系式，便可保持旋转机构10运动时的稳定性。

方法2：定义一个直角坐标系，该直角坐标系具有彼此互相垂直的x轴、y轴以及z轴，其中，第一枢转轴32位于直角坐标系的原点，且第一枢转轴32沿着z轴延伸。若气压缸40的管体41的长度为L，并且第二枢转轴43位于坐标点(X，Y)并沿z轴延伸，则此时X<0,Y<0。在这样的情况下，

因此得到X＝(L+l)sinα-α。另外，

因此，得到Y＝(L+l)cosα-(R-b)，因此可知第二枢转轴43的坐标点(X，Y)与管体41的长度、伸缩杆42的最大行程、第一直线段311、第二直线段312以及连接段313的长度之间具有以下的关系：(X,Y)＝((L+l)sinα-a,(L+l)cosα-(R-b))。因此，设计人员如果能配置好气压缸40的位置，使第二枢转轴43的坐标点(X，Y)符合上述关系式，便可保持旋转机构10运动时的稳定性。

相较于上述实施例，如果设计人员没有适当地配置旋转机构10的转动件30与气压缸40的位置，如此一来，参照图3进行说明，在转动件30的连接端33从第一位置P1(位置点B)经由位置点D逐渐移动至第二位置P2(位置点C)的过程中，转动件30转动时的力臂从K3(位置点A到伸缩杆42的垂直距离)逐渐变大至K(最大值)，之后再逐渐缩小至K2(最小值)，从图3明确可知，K3大于K2，因此，转动件30在初始转动45度角的过程中的力臂的差值K-K3与后续转动45度角的过程中的力臂的差值K-K2二者并不一致，而且力臂的差值为max|K-K2|||K-K3|}＝K-K2，且K-K2>K-K1，其差值非为最小值，由此容易造成旋转机构10在动作时的不稳定性。

本发明还提供用于说明气压缸40的选择方法的实施例，请参考图2和图4。上述选择方法用于选择气压缸40以推动上述旋转机构10的转动件30，使得转动件30能够以第一枢转轴32为轴进行转动。转动件30同样包含有第一枢转轴32和连接端33，连接端33能够随着转动件30的转动而在第一位置P1与第二位置P2之间进行四分之一圆的圆周运动，圆周运动的旋转半径为r，气压缸40的选择方法包含有以下步骤。

步骤S1-1：选择气压缸40，该气压缸40具有管体41和伸缩杆42，管体41能够以第二枢转轴43为轴进行转动，第二枢转轴43位于管体41相对于伸缩杆42的一端，第二枢转轴43与第一枢转轴32同轴地设置。伸缩杆42可被驱动而相对于管体41直线移动，并且伸缩杆42的最大行程为l，上述最大行程l大于或等于

并且伸缩杆42的末端连接在转动件30的连接端33上。

本发明还提供用于说明旋转机构10的设计方法的实施例，请参考图2和图5。上述设计方法用于设计上述旋转机构10，旋转机构10包含转动件30，转动件30包含第一枢转轴32和连接端33，转动件30可被驱动而以第一枢转轴32为轴进行转动，使得连接端33能够随着转动件30的转动而在第一位置P1与第二位置P2之间进行四分之一圆的圆周运动，圆周运动的旋转半径为r，旋转机构10的设计方法包含如下步骤。

步骤S2-1：选择气压缸40，该气压缸40具有管体41和伸缩杆42，伸缩杆42可被驱动而相对于管体41直线移动，并且伸缩杆42具有最大行程l，最大行程l大于或等于

在本实施例中，转动件30同样包含第一直线段311、第二直线段312以及连接段313，第一直线段311与第二直线段312二者平行地设置，连接段313以垂直的方式同时连接第一直线段311和第二直线段312。第一直线段311的长度为R，连接段313的长度为a，第二直线段312的长度为b，第一枢转轴32位于第一直线段311相对于连接段313的末端，连接端33位于第二直线段312相对于连接段313的末端。其中，气压缸40的伸缩杆42的最大行程为l，使伸缩杆42的最大行程与第一直线段311、第二直线段312以及连接段313的长度之间符合以下的关系式：

步骤S2-2：配置气压缸40的管体41，使得管体41能以第二枢转轴43为轴进行转动，第二枢转轴43位于管体41相对于伸缩杆42的一端，第二枢转轴43与转动件30的第一枢转轴32同轴地设置，并且，当连接端33移动至第一位置P1和第二位置P2时，气压缸40的管体41都位于相同的位置。在本实施例中，当连接端33位于第一位置P1时，伸缩杆42与第二直线段312的延伸线所形成的夹角为α，并且上述夹角α小于90度角，上述夹角与第一直线段311、第二直线段312以及连接段313的长度之间符合以下关系式：

另一方面，若定义第一枢转轴32位于直角坐标系的原点，上述直角坐标系具有彼此互相垂直的x轴、y轴以及z轴，且第一枢转轴32沿z轴延伸，气压缸40的管体41的长度为L。在上述情况下，若配置第二枢转轴43位于坐标点(X，Y)并沿z轴延伸，则如此一来，坐标点(X，Y)与管体41的长度、伸缩杆42的最大行程、第一直线段311、第二直线段312以及连接段313的长度之间符合以下的关系式：(X,Y)＝((L+l)sinα-a,(L+l)cosα-(R-b))。

步骤S2-3：连接气压缸40的伸缩杆42的末端与转动件30的连接端33。

最后，必须再次说明的是，本发明在上述实施例中所揭露的选择方法、设计方法以及旋转机构的构成组件仅为举例说明，并非用来限制本发明的保护范围，举凡未超脱本发明精神所作的简易结构与步骤的润饰或变化，或与其他等效组件的更替，仍应属于本发明权利要求所涵盖的范畴。

Claims (9)

1.一种气压缸的选择方法，其特征在于，

用于选择气压缸来推动旋转机构的转动件，使得所述转动件以第一枢转轴为轴进行转动，所述转动件包含所述第一枢转轴和连接端，所述连接端能够随着所述转动件的转动而在第一位置与第二位置之间进行四分之一圆的圆周运动，所述圆周运动的旋转半径为r；

所述气压缸的选择方法的步骤包括：

选择所述气压缸，所述气压缸具有管体和伸缩杆，所述管体能够以第二枢转轴为轴进行转动，所述第二枢转轴位于所述管体相对于所述伸缩杆的一端，所述第二枢转轴与所述第一枢转轴同轴地设置，所述伸缩杆可被驱动而相对于所述管体直线移动，并且所述伸缩杆具有最大行程l，所述最大行程1大于或等于

并且，所述伸缩杆的末端连接在所述转动件的所述连接端上。

2.一种旋转机构的设计方法，其特征在于，

用于设计旋转机构，所述旋转机构包含转动件，所述转动件包含第一枢转轴和连接端，所述转动件可被驱动而以所述第一枢转轴为轴进行转动，使得所述连接端能够随着所述转动件的转动而在第一位置与第二位置之间进行四分之一圆的圆周运动，所述圆周运动的旋转半径为r；

所述旋转机构的设计方法的步骤包括：

选择气压缸，所述气压缸具有管体和伸缩杆，所述伸缩杆可被驱动而相对于所述管体直线移动，并且所述伸缩杆具有最大行程1，所述最大行程1大于或等于

配置所述气压缸的所述管体，使得所述管体能够以第二枢转轴为轴进行转动，所述第二枢转轴位于所述管体相对于所述伸缩杆的一端，所述第二枢转轴与所述第一枢转轴同轴地设置，并且，当所述连接端移动至所述第一位置和所述第二位置时，所述气压缸的所述管体都位于相同的位置；以及

连接所述气压缸的所述伸缩杆的末端与所述转动件的所述连接端。

3.如权利要求2所述的旋转机构的设计方法，其特征在于，

所述转动件包含第一直线段、第二直线段以及连接段，所述第一直线段与所述第二直线段二者平行地设置，所述连接段以垂直的方式同时连接所述第一直线段和所述第二直线段，所述第一直线段的长度为R，所述连接段的长度为a，所述第二直线段的长度为b，所述第一枢转轴位于所述第一直线段相对于所述连接段的末端，所述连接端位于所述第二直线段相对于所述连接段的末端；

其中，在所述选择气压缸的步骤中，还包括选择所述气压缸的所述伸缩杆的所述最大行程为1，使所述伸缩杆的所述最大行程与所述第一直线段、所述第二直线段以及所述连接段的长度之间符合以下的关系式。

。

4.如权利要求3所述的旋转机构的设计方法，其特征在于，

当所述连接端位于所述第一位置时，所述伸缩杆与所述第二直线段的延伸线所形成的夹角为α，该夹角小于90度角，该夹角与所述第一直线段、所述第二直线段以及所述连接段的长度之间符合以下关系式。

。

5.如权利要求4所述的旋转机构的设计方法，其特征在于，还包括如下步骤：

定义所述第一枢转轴位于直角坐标系的原点，其中，所述直角坐标系具有彼此互相垂直的x轴、y轴以及z轴，所述第一枢转轴沿所述z轴延伸，所述气压缸的所述管体的长度为L；

配置所述第二枢转轴位于坐标点(X，Y)并沿所述z轴延伸，其中，所述坐标点(X，Y)与所述管体的长度、所述伸缩杆的所述最大行程、所述第一直线段、所述第二直线段以及所述连接段的长度之间符合以下的关系式。

(X,Y)＝((L+l)sinα-a,(L+l)cosα-(R-b))。

6.一种旋转机构，其特征在于，包括：

平台；

转动件，可转动地设置于所述平台上，并包含第一枢转轴和连接端，所述转动件可被驱动而以所述第一枢转轴为轴进行转动，使得所述连接端能够随着所述转动件的转动而在第一位置与第二位置之间进行四分之一圆的圆周运动，所述圆周运动的旋转半径为r；以及

气压缸，包含管体和伸缩杆，所述管体相对于所述伸缩杆的一端设有第二枢转轴，所述管体以所述第二枢转轴为轴可转动地设置于所述平台上，所述第二枢转轴与所述第一枢转轴同轴地设置，所述伸缩杆可移动地容设于所述管体中，所述伸缩杆可被驱动而相对于所述管体进行直线移动，并且所述伸缩杆具有最大行程l，所述伸缩杆具有末端，所述伸缩杆的末端连接于所述转动件的所述连接端上，所述伸缩杆的所述最大行程l大于或等于

其中，当所述连接端移动至所述第一位置和所述第二位置时，所述气压缸的所述管体都位于相同的位置。

7.如权利要求6所述的旋转机构，其特征在于，

所述转动件包含第一直线段、第二直线段以及连接段，所述第一直线段与所述第二直线段二者平行地设置，所述连接段以垂直的方式同时连接所述第一直线段和所述第二直线段，所述第一直线段的长度为R，所述连接段的长度为a，所述第二直线段的长度为b，所述第一枢转轴设置于所述第一直线段相对于所述连接段的末端，所述连接端位于所述第二直线段相对于所述连接段的末端，所述伸缩杆的所述最大行程l与所述第一直线段、所述第二直线段以及所述连接段的长度之间具有以下的关系。

。

8.如权利要求7所述的旋转机构，其特征在于，

当所述连接端位于所述第一位置时，所述伸缩杆与所述第二直线段的延伸线所形成的夹角为α，该夹角小于90度角，该夹角与所述第一直线段、所述第二直线段以及所述连接段的长度之间具有以下的关系。

。

9.如权利要求8所述的旋转机构，其特征在于，

所述第一枢转轴位于直角坐标系的原点，所述直角坐标系具有彼此互相垂直的x轴、y轴以及z轴，所述第一枢转轴沿所述z轴延伸，所述气压缸的所述管体的长度为L；

所述第二枢转轴位于坐标点(X，Y)处并沿所述z轴延伸，其中，所述坐标点(X，Y)与所述管体的长度、所述伸缩杆的所述最大行程、所述第一直线段、所述第二直线段以及所述连接段的长度之间符合以下的关系。

(X,Y)＝((L+l)sinα-a,(L+l)cosα-(R-b))。

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