CN113199500B - 一种弹性夹紧手指装置及其夹紧力计算方法 - Google Patents
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Abstract
一种弹性夹紧手指装置,属于机械领域,它包括上壳体、左滑动模块、右滑动模块、直推模块、下壳体;其特征在于:所述左滑动模块和右滑动模块对称布置于上壳体上方的滑轨之上,并沿滑轨方向做相向运动;直推模块与左滑动模块、右滑动模块通过齿轮齿条啮合传动。本发明可以实现电动手指的弹性夹紧,避免过度夹紧造成的机械损坏。同时可计算得出夹紧力大小,进而实现左滑块与右滑块夹紧力的动态调节。
Description
技术领域
本发明属于专用机械领域,涉及一种弹性夹紧手指装置及其夹紧力计算方法。
背景技术
随着社会发展人们生活质量的提高,人们对电动手指运行精度的要求越来越高。目前电动手指主要以启动为主,存在着夹紧刚性大、运动精度差的问题。
中国专利号为CN203665535U的“电动手指”,由伺服电机带动顶推件30上下移动,可同时控制多个活动手指同步向外张开或向内闭合,这是一种针对变压器的绕线装置,利用集装箱内的低压绕箔设备实现箔材卷绕,变压器相较豆皮,结构精巧,加工难度大。此外,还有公布号为CN108312169A的“一种镜片自动夹持装置和方法”,采用电动平行手指可根据前镜片的大小定量设置开度事先夹取,但该发明根据镜片外形特征设计,且对前端上料装置的控制精度信息检测水平要求较高。
上述装置缺乏弹性夹紧功能,因此针对该需求设计出了一种运行可靠,运行精度高的电动手指,此装置通过左、右滑动模块和直推模块的相互配合,实现夹紧力可控。
发明内容
本发明基于现有技术的不足,提供一种弹性夹紧手指装置及其夹紧力计算方法,通过左右滑块间的相向或相背运动,同时利用弹簧实现滑块间的弹性压紧,避免了左右滑块的刚性夹紧。
为了实现上述目的,本发明所采取的技术方案如下:
夹紧手指装置包括上壳体(1)、左滑动模块(2)、右滑动模块(3)、直推模块(4)、下壳体(5);其特征在于:左滑动模块(2)和滑动模块(3)对称布置于上壳体(1)上方的滑轨之上,并沿滑轨方向做相向运动;直推模块(4)与左滑动模块(2)、右滑动模块(3)通过齿轮齿条传动方式。
上壳体(1)上设计有滑块导轨(12)、左滑轨(13)、左齿轮轴安装孔(14)、左定位块(15)、右定位块(16)、右齿轮轴安装孔(17)、右滑轨(18)。
左滑动模块(2)由左手指(21)、左滑块(22)、左滑动直齿条(23)、左齿轮(24)和左齿轮轴(25)组成;左滑块(22)与左滑动直齿条(23)通过螺钉连接,左滑动直齿条(23)侧方设置有滑槽,沿上壳体(1)的滑轨方向做往复运动;左齿轮轴(25)安装于上壳体(1)、下壳体(5)之间,左齿轮(24)对称布置于左齿轮轴(25)上。
右滑动模块(3)由右手指(31)、右滑块(32)、右滑动直齿条(33)、右齿轮(34)和右齿轮轴(35)组成;右滑块(32)与右滑动直齿条(33)通过螺钉连接,右滑动直齿条(33)侧方设置有滑槽,沿上壳体(1)的滑轨方向做往复运动;右齿轮轴(35)安装于上壳体(1)、下壳体(5)之间,右齿轮(34)对称布置于右齿轮轴(35)上。
直推模块(4)由直线位移传感器(41)、挡片(42)、直推齿条组(43)、卡环(44)、丝杆步进电机(45)、丝杆螺母(46)和弹簧(47)组成;直推齿条组(43)中齿条侧表面与上壳体(1)、下壳体(5)上的定位块接触,直推齿条组(43)沿齿条方向做往复运动;弹簧(47)安装于直推齿条组(43)与挡片(42)之间;直线位移传感器(41)螺接于挡片(42)上,其推杆顶端与直推齿条组(43)端面连接,测量直推齿条组(43)与挡片(42)间距。
左右滑块夹紧方法,包括下述步骤:
丝杆步进电机(45)正向转动时,推动丝杆螺母(46)和卡环(44)向下运动,压缩弹簧(47)使得直推齿条组(43)向下运动,左滑块(21)与右滑块(31)相向运动至二者接触,左滑块(21)与右滑块(31)之间无夹紧力。
丝杆螺母(46)继续向下运动,弹簧(47)进一步压缩,左滑块(21)与右滑块(31)间夹紧力不断增大,直线位移传感器(41)的推杆拉伸量达到预定值,直线位移传感器(41)发送信号至丝杆步进电机(45)控制器,丝杆步进电机(45)停转。
丝杆步进电机(45)反向转动时,推动丝杆螺母(46)、卡环(44)和直推齿条组(43)向上运动;直推齿条组(43)通过左齿轮(23)、左滑动直齿条(22)、右齿轮(23)、右滑动直齿条(22)驱动左滑块(21)与右滑块(31)反向运动,直线位移传感器(41)的推杆被压缩,直至直线位移传感器(41)的推杆压缩量达到预定值,丝杆步进电机(45)停转。
左滑块(21)与右滑块(31)夹紧力与弹簧(47)压缩量呈一定数量关系,弹簧(47)的压缩量可依据直推齿条组(43)与挡片(42)间距计算得出。
丝杆步进电机(45)可依据直线位移传感器(41)信号调节弹簧(47)压缩量,进而实现左滑块(21)与右滑块(31)夹紧力的动态调节。
左滑块(21)与右滑块(31)夹紧力计算方法包括:
(1)弹簧内力计算:
式中,Fk为弹簧内力,k为弹簧弹性系数,x0为弹簧初始压缩量(可手动调节),n为丝杆步进电机所受到的脉冲数,α为丝杆步进电机的步距角,d为丝杆步进电机中丝杆螺距。
(2)滑块压紧力与弹簧内力计算关系:
i=r1/r2
式中,i为丝杆步进电机至左右滑块的传动比,r1为滑动模块与直推模块(4)相接触齿轮的分度圆半径,r2为滑动模块与滑块相接触齿轮的分度圆半径。
F=i·Fk
式中,F为滑块压紧力。
左右滑块同步配合,实现一定夹紧力后的自动停止。
本发明可以实现电动手指的弹性夹紧,避免过度夹紧造成的机械损坏。同时可计算得出夹紧力大小,进而实现左滑块与右滑块夹紧力的动态调节。
附图说明
图1是夹紧装置总体结构示意图。
图2是左滑动模块结构示意图。
图3是右滑动模块结构示意图。
图4是直推动模块结构示意图。
图5是上壳体结构示意图。
图1中:1、上壳体;2、左滑动模块,3、右滑动模块,4、直推模块,5、下壳体,12、滑块导轨,13、左滑轨,14、左齿轮轴安装孔,15、左定位块,16、右定位块,17、右齿轮轴安装孔,18、右滑轨,21、左手指,22、左滑块,23、左滑动直齿条,24、左齿轮,25、左齿轮轴,31:右手指,32:右滑块,33:右滑动直齿条,34:右齿轮,35:右齿轮轴,41、直线位移传感器,42、挡片,43、直推齿条组,44、卡环,45、丝杆步进电机,46、丝杆螺母,47、弹簧。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
夹紧手指装置,包括上壳体(1)、左滑动模块(2)、右滑动模块(3)、直推模块(4)、下壳体(5);其特征在于:左滑动模块(2)和滑动模块(3)对称布置于上壳体(1)上方的滑轨之上,并沿滑轨方向做相向运动;直推模块(4)与左滑动模块(2)、右滑动模块(3)通过齿轮齿条传动方式。
上壳体(1)上设计有滑块导轨(12)、左滑轨(13)、左齿轮轴安装孔(14)、左定位块(15)、右定位块(16)、右齿轮轴安装孔(17)、右滑轨(18)。
滑块导轨(12)位于左滑轨(13)和右滑轨(18)的上方;左齿轮轴安装孔(14)、左定位块(15)位于左滑轨(13)下方;右定位块(16)、右齿轮轴安装孔(17)位于右滑轨(18)的下方。
左滑动模块(2)由左手指(21)、左滑块(22)、左滑动直齿条(23)、左齿轮(24)和左齿轮轴(25)组成;左滑块(22)与左滑动直齿条(23)通过螺钉连接,左滑动直齿条(23)侧方设置有滑槽,沿上壳体(1)的滑轨方向做往复运动;左齿轮轴(25)安装于上壳体(1)、下壳体(5)之间,两个左齿轮(24)平行且同轴布置于左齿轮轴(25)上。右滑动模块(3)由右手指(31)、右滑块(32)、右滑动直齿条(33)、右齿轮(34)和右齿轮轴(35)组成;右滑块(32)与右滑动直齿条(33)通过螺钉连接,右滑动直齿条(33)侧方设置有滑槽,沿上壳体(1)的滑轨方向做往复运动;右齿轮轴(35)安装于上壳体(1)、下壳体(5)之间,两个右齿轮(34)平行且同轴布置于右齿轮轴(35)上。
直推模块(4)由直线位移传感器(41)、挡片(42)、直推齿条组(43)、卡环(44)、丝杆步进电机(45)、丝杆螺母(46)和弹簧(47)组成;直推齿条组(43)中齿条侧表面与上壳体(1)、下壳体(5)上的定位块接触,直推齿条组(43)沿齿条方向做往复运动;弹簧(47)安装于直推齿条组(43)与挡片(42)之间;直线位移传感器(41)螺接于挡片(42)上,其推杆顶端与直推齿条组(43)端面连接,测量直推齿条组(43)与挡片(42)间距。
如附图1,丝杆步进电机(45)正向转动时,推动丝杆螺母(46)和卡环(44)向下运动,压缩弹簧(47)使得直推齿条组(43)向下运动,左滑块(21)与右滑块(31)相向运动至二者接触,左滑块(21)与右滑块(31)之间无夹紧力。
丝杆螺母(46)继续向下运动,弹簧(47)进一步压缩,左滑块(21)与右滑块(31)间夹紧力不断增大,直线位移传感器(41)的推杆拉伸量达到预定值,直线位移传感器(41)发送信号至丝杆步进电机(45)控制器,丝杆步进电机(45)停转。
丝杆步进电机(45)反向转动时,推动丝杆螺母(46)、卡环(44)和直推齿条组(43)向上运动;直推齿条组(43)通过左齿轮(23)、左滑动直齿条(22)、右齿轮(23)、右滑动直齿条(22)驱动左滑块(21)与右滑块(31)反向运动,直线位移传感器(41)的推杆被压缩,直至直线位移传感器(41)的推杆压缩量达到预定值,丝杆步进电机(45)停转。
左滑块(21)与右滑块(31)夹紧力与弹簧(47)压缩量呈线性函数,弹簧(47)的压缩量可依据直推齿条组(43)与挡片(42)间距计算得出。
丝杆步进电机(45)可依据直线位移传感器(41)信号调节弹簧(47)压缩量,进而实现左滑块(21)与右滑块(31)夹紧力的动态调节。
左滑块(21)与右滑块(31)夹紧力计算方法:
i=r1/r2
F=i·Fk
式中,Fk为弹簧内力,k为弹簧弹性系数,x0为弹簧初始压缩量(可手动调节),n为丝杆步进电机所受到的脉冲数,α为丝杆步进电机的步距角,d为丝杆步进电机中丝杆螺距;i为丝杆步进电机至左右滑块的传动比,r1为滑动模块与直推模块(4)相接触齿轮的分度圆半径,r2为滑动模块与滑块相接触齿轮的分度圆半径;F为滑块压紧力。
Claims (1)
1.一种弹性夹紧手指装置,包括上壳体(1)、左滑动模块(2)、右滑动模块(3)、直推模块(4)、下壳体(5);所述左滑动模块(2)和右滑动模块(3)对称布置于上壳体(1)上方的滑轨之上,并沿滑轨方向做相向运动;直推模块(4)与左滑动模块(2)、右滑动模块(3)通过齿轮齿条啮合传动;其特征在于:所述上壳体(1)上设有滑块导轨(12)、左滑轨(13)、左齿轮轴安装孔(14)、左定位块(15)、右定位块(16)、右齿轮轴安装孔(17)、右滑轨(18);所述左滑动模块(2)由左手指(21)、左滑块(22)、左滑动直齿条(23)、左齿轮(24)和左齿轮轴(25)组成;所述左滑块(22)与左滑动直齿条(23)连接,左滑动直齿条(23)侧方设置有滑槽,左滑动直齿条(23)沿上壳体(1)的滑轨方向做往复运动;左齿轮轴(25)安装于上壳体(1)、下壳体(5)之间,两个左齿轮(24)平行且同轴布置于左齿轮轴(25)上;所述右滑动模块(3)由右手指(31)、右滑块(32)、右滑动直齿条(33)、右齿轮(34)和右齿轮轴(35)组成;所述右滑块(32)与右滑动直齿条(33)连接,右滑动直齿条(33)侧方设置有滑槽,右滑动直齿条(33)沿上壳体(1)的滑轨方向做往复运动;右齿轮轴(35)安装于上壳体(1)、下壳体(5)之间,两个右齿轮(34)平行且同轴布置于右齿轮轴(35)上;所述直推模块(4)由直线位移传感器(41)、挡片(42)、直推齿条组(43)、卡环(44)、丝杆步进电机(45)、丝杆螺母(46)和弹簧(47)组成;所述直推齿条组(43)中齿条侧表面与上壳体(1)、下壳体(5)上的定位块接触,直推齿条组(43)沿齿条方向做往复运动;所述弹簧(47)安装于直推齿条组(43)与挡片(42)之间;所述直线位移传感器(41)连接于挡片(42)上,直线位移传感器(41)推杆顶端与直推齿条组(43)端面连接;所述丝杆步进电机(45)正向转动时,推动丝杆螺母(46)和卡环(44)向下运动,压缩弹簧(47)使得直推齿条组(43)向下运动,左滑块(22)与右滑块(32)相向运动至二者接触,左滑块(22)与右滑块(32)之间无夹紧力;丝杆螺母(46)继续向下运动,弹簧(47)进一步压缩,左滑块(22)与右滑块(32)间夹紧力不断增大,直线位移传感器(41)的推杆拉伸量达到预定值,直线位移传感器(41)发送信号至丝杆步进电机(45)控制器,丝杆步进电机(45)停转;所述丝杆步进电机(45)反向转动时,推动丝杆螺母(46)、卡环(44)和直推齿条组(43)向上运动;所述直推齿条组(43)通过左齿轮(24)、左滑动直齿条(23)、右齿轮(34)、右滑动直齿条(33)驱动左滑块(22)与右滑块(32)反向运动,直线位移传感器(41)的推杆被压缩,直至直线位移传感器(41)的推杆压缩量达到预定值,丝杆步进电机(45)停转;所述左滑块(22)与右滑块(32)夹紧力与弹簧(47)压缩量呈线性函数;弹簧(47)的压缩量可依据直推齿条组(43)与挡片(42)间距计算得出;丝杆步进电机(45)依据直线位移传感器(41)信号调节弹簧(47)压缩量,进而实现左滑块(22)与右滑块(32)夹紧力的动态调节;
k为弹簧弹性系数,x0为弹簧初始压缩量,n为丝杆步进电机所受到的脉冲数,α为丝杆步进电机的步距角,d为丝杆步进电机中丝杆螺距。
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