CN113464622A - 一种基于齿轮单向回转运动的开合机构及其开合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于齿轮单向回转运动的开合机构及其开合方法。本发明的主动轴和从动轴均与固定在固定支座上的固定盘构成转动副；固定在主动轴上的主动齿轮与固定在从动轴上的从动齿轮啮合；主动曲柄转盘与从动轴固定；主动曲柄转盘偏心固定或铰接一根圆柱杆；摆杆与主动轴构成转动副；摆杆的滑槽与圆柱杆构成滑动副，两端与两根从动连杆一端分别铰接；两根从动连杆的相位差为180°；两根开合运动杆上的连接杆与两根从动连杆另一端分别铰接；两根开合运动杆上的滑杆与固定支座的两个径向滑道分别构成滑动副；两根开合运动杆上的夹持杆相对设置。本发明只需动力源做单向转动，即可实现两个执行件的往复直线运动，可应用在装夹或切割领域。

Description

一种基于齿轮单向回转运动的开合机构及其开合方法

技术领域

本发明属于夹持器及剪切器技术领域，具体涉及一种基于齿轮单向回转运动的开合机构及其开合方法，可实现物品夹持、水果采摘等功能。

背景技术

夹持器是抓持物体进而操控物体的一种机械装置，可以在一定程度上模仿手指的夹持运动。它能够在执行某些动作的同时夹持和松开目标物体。剪切器的两个剪切部也是在一定程度上模仿手指的合拢与分离运动。目前，大多数夹持器和剪切器都需要通过主动件的往复换向运动才能实现合拢与分离交替动作，无法通过单向的回转运动实现合拢与分离交替的两个工作进程。

发明内容

为了克服传统夹持器或剪切器无法在主动件做单一运动的条件下实现对物体的夹紧与放松(或对物体进行剪切后复位)交替动作，本发明提供一种基于齿轮单向回转运动的开合机构及其开合方法，在主动件单向转动的情况下，完成对物体的夹紧与放松(或对物体进行剪切后复位)交替动作。

本发明的技术方案如下：

本发明一种基于齿轮单向回转运动的开合机构，由支撑组件、传动组件和开合组件组成；所述的支撑组件由固定支座和固定盘组成；所述的固定盘固定在固定支座上；固定支座的两侧开设有两个径向滑道；两个径向滑道对齐设置；所述的传动组件包括主动轴、从动轴、齿轮副和连杆机构；所述的主动轴和从动轴间距设置，且均与固定盘构成转动副；主动轴和从动轴的中心轴线所在平面为径向滑道两个侧壁的对称平面；所述的齿轮副由主动齿轮和从动齿轮组成；所述的主动齿轮固定在主动轴上；所述的从动齿轮固定在从动轴上，并与主动齿轮啮合；所述的连杆机构包括主动曲柄转盘、摆杆和从动连杆；所述的主动曲柄转盘固定在从动轴上；主动曲柄转盘的偏心位置处固定或铰接有一根圆柱杆；摆杆的中心孔与主动轴构成转动副；摆杆的中心孔一侧开设有沿长度方向布置的滑槽，所述的滑槽与圆柱杆构成滑动副；摆杆的两端与两根从动连杆的一端分别铰接；两根从动连杆的相位差为180°；所述的开合组件包括两根开合运动杆；所述的开合运动杆设有主杆以及与主杆一体成型的连接杆、滑杆和夹持杆；两根开合运动杆的连接杆与两根从动连杆的另一端分别铰接；两根开合运动杆的滑杆与固定支座的两个径向滑道分别构成滑动副；两根开合运动杆的夹持杆相对设置。

优选地，所述的固定盘开设有中心孔和偏置孔，主动轴通过轴承支承在固定盘的中心孔内，从动轴通过轴承支承在偏置孔内。

优选地，所述滑槽的中心到主动轴中心轴线的距离等于主动轴与从动轴的中心距，且滑槽的长度大于圆柱杆偏心距的两倍。

优选地，所述从动连杆的长度与摆杆长度的二分之一的比值等于摆杆摆角的二分之一的正弦值。

优选地，所述开合运动杆的夹持杆自由端端面开设有盲孔，盲孔与夹持头通过弹簧连接。

优选地，所述开合运动杆的夹持杆自由端与切割头固定，且其中一根夹持杆上的切割头底面与另一根夹持杆上的切割头顶面平齐。

该基于齿轮单向回转运动的开合机构的开合方法，具体如下：

动力源驱动主动轴，从而带动主动齿轮转动；从动齿轮与主动齿轮啮合，带动从动轴和主动曲柄转盘转动，主动曲柄转盘上的圆柱杆在摆杆的滑槽内滑动，带动摆杆往复摆动；摆杆再带动两端的两根从动连杆周转，实现两根开合运动杆沿固定支座对应侧的径向滑道往复滑动，从而实现两根开合运动杆的夹持杆相互靠拢或相互分离。

优选地，开合运动杆的夹持杆自由端通过弹簧连接有夹持头时，将待夹持物体置于两根开合运动杆的夹持杆之间；当两根开合运动杆的夹持杆相互靠拢至间距最小时停止运动，此时两根夹持杆上的夹持头夹紧待夹持物体，弹簧被压紧至最短，两根夹持杆上的夹持头夹紧力达到最大值，其中弹簧对待夹持物体起到缓冲作用；当两根开合运动杆的夹持杆继续运动相互分离至间距最大时，再次停止运动，两根夹持杆上的夹持头松开物体，此时弹簧处于完全放松状态。

优选地，开合运动杆的夹持杆自由端与切割头固定时，将待切割物置于两根开合运动杆的夹持杆之间；当两根开合运动杆的夹持杆相互靠拢至间距最小时，两根夹持杆上的切割头切断待切割物；当两根开合运动杆的夹持杆相互分离至间距最大时，两根夹持杆上的切割头分离复位，等待下次切割任务。

本发明具有的有益效果是：

本发明只需通过动力源做单向的转动，即可经齿轮副以及连杆机构的传动实现两个执行从动件(两根开合运动杆)相互靠拢或相互分离的往复直线运动；尤为重要的是，本发明中连杆机构可以视为曲柄摇杆机构和反平行四边形机构的组合，该连杆机构的提出巧妙地实现了从动力源做单向转动到两个执行从动件相互靠拢或相互分离的往复直线运动转化。并且，本发明的两个执行从动件上安装夹持头，便能实现对物体的夹紧与放松交替动作；本发明的两个执行从动件上安装切割头，便能实现对物体进行剪切后复位的交替动作，可应用于水果采摘等领域。因此，本发明提出了一种简单、紧凑、只需一个电机单向转动就能驱动的开合机构，大大提高了机构稳定性和可靠性，大大降低了成本，具有在装夹或切割领域大量推广的前景。

附图说明

图1为本发明安装夹持头时的整体结构立体图；

图2为本发明安装夹持头时的剖视图；

图3为图2中的局部视图；

图中：1-固定支座，2-固定盘，3-齿轮副，4-主动轴，5-从动连杆，6-夹持头，7-开合运动杆，8-主动曲柄转盘，9-铰接轴，10-弹簧，11-摆杆，12-从动轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2和3所示，一种基于齿轮单向回转运动的开合机构，由支撑组件、传动组件和开合组件组成；支撑组件由固定支座1和固定盘2组成；固定盘2固定在固定支座1上；固定支座1的两侧开设有两个径向滑道；两个径向滑道对齐设置；传动组件包括主动轴4、从动轴12、齿轮副3和连杆机构；主动轴4和从动轴12间距设置，且均与固定盘2构成转动副；主动轴4和从动轴12的中心轴线所在平面为径向滑道两个侧壁的对称平面；齿轮副3由主动齿轮和从动齿轮组成；主动齿轮固定在主动轴4上；从动齿轮固定在从动轴12上，并与主动齿轮啮合；连杆机构包括主动曲柄转盘8、摆杆11和从动连杆5；主动曲柄转盘8固定在从动轴12上；主动曲柄转盘8的偏心位置处固定或铰接有一根圆柱杆；摆杆11的中心孔与主动轴4构成转动副；摆杆11的中心孔一侧开设有沿长度方向布置的滑槽，滑槽与圆柱杆构成滑动副；摆杆11的两端与两根从动连杆5的一端分别(通过铰接轴9)铰接；两根从动连杆5的相位差为180°；开合组件包括两根开合运动杆7；开合运动杆7设有主杆以及与主杆一体成型的连接杆、滑杆和夹持杆；两根开合运动杆7的连接杆与两根从动连杆5的另一端分别铰接；两根开合运动杆7的滑杆与固定支座1的两个径向滑道分别构成滑动副；两根开合运动杆7的夹持杆相对设置。

作为一个优选实施例，固定盘2开设有中心孔和偏置孔，主动轴4通过轴承支承在固定盘2的中心孔内，从动轴12通过轴承支承在偏置孔内。

作为一个优选实施例，滑槽的中心到主动轴4中心轴线的距离等于主动轴4与从动轴12的中心距，且滑槽的长度(滑槽两端圆弧面的中心轴线距离)大于圆柱杆偏心距(圆柱杆与从动轴12的中心距)的两倍。

作为一个优选实施例，从动连杆5的长度(从动连杆5的两个铰接孔间距)与摆杆11长度(摆杆11的两个铰接孔间距)的二分之一的比值等于摆杆11摆角的二分之一的正弦值。

作为一个优选实施例，开合运动杆的夹持杆自由端端面开设有盲孔，盲孔与夹持头6通过弹簧10连接。本实施例通过安装夹持头赋予开合机构夹持功能，夹紧过程中，由于弹簧可以伸缩，有效防止物体被压溃。

作为一个优选实施例，开合运动杆的夹持杆自由端与切割头固定，且其中一根夹持杆上的切割头底面与另一根夹持杆上的切割头顶面平齐，实现两个切割头类似箭头的错位分布；本实施例通过安装切割头赋予开合机构切割功能。

该基于齿轮单向回转运动的开合机构的开合方法，具体如下：

动力源(动力源可以是电机，电机与主动轴4通过联轴器连接)驱动主动轴4，从而带动主动齿轮转动；从动齿轮与主动齿轮啮合，带动从动轴12和主动曲柄转盘8转动，主动曲柄转盘8上的圆柱杆在摆杆11的滑槽内滑动，带动摆杆11往复摆动；摆杆11再带动两端的两根从动连杆5周转，实现两根开合运动杆7沿固定支座1对应侧的径向滑道往复滑动，从而实现两根开合运动杆7的夹持杆相互靠拢或相互分离。可见，动力源只需做单向的转动，即可实现开合运动杆7的靠拢或分离动作。

作为一个优选实施例，开合运动杆7的夹持杆自由端通过弹簧10连接有夹持头时，将待夹持物体置于两根开合运动杆7的夹持杆之间；当两根开合运动杆7的夹持杆相互靠拢至间距最小时停止运动，此时两根夹持杆上的夹持头夹紧待夹持物体，弹簧被压紧至最短，两根夹持杆上的夹持头夹紧力达到最大值，其中弹簧对待夹持物体起到缓冲作用；当两根开合运动杆7的夹持杆相互分离至间距最大时，再次停止运动，两根夹持杆上的夹持头松开物体，此时弹簧处于完全放松状态。

作为一个优选实施例，开合运动杆7的夹持杆自由端与切割头固定时，将待切割物(比如采摘水果时，待切割物为果柄，果柄被剪断，完成水果采摘)置于两根开合运动杆7的夹持杆之间；当两根开合运动杆7的夹持杆相互靠拢至间距最小时，两根夹持杆上的切割头切断待切割物；当两根开合运动杆7的夹持杆相互分离至间距最大时，两根夹持杆上的切割头分离复位，等待下次切割任务。

Claims (9)

1.一种基于齿轮单向回转运动的开合机构，由支撑组件、传动组件和开合组件组成，其特征在于：所述的支撑组件由固定支座和固定盘组成；所述的固定盘固定在固定支座上；固定支座的两侧开设有两个径向滑道；两个径向滑道对齐设置；所述的传动组件包括主动轴、从动轴、齿轮副和连杆机构；所述的主动轴和从动轴间距设置，且均与固定盘构成转动副；主动轴和从动轴的中心轴线所在平面为径向滑道两个侧壁的对称平面；所述的齿轮副由主动齿轮和从动齿轮组成；所述的主动齿轮固定在主动轴上；所述的从动齿轮固定在从动轴上，并与主动齿轮啮合；所述的连杆机构包括主动曲柄转盘、摆杆和从动连杆；所述的主动曲柄转盘固定在从动轴上；主动曲柄转盘的偏心位置处固定或铰接有一根圆柱杆；摆杆的中心孔与主动轴构成转动副；摆杆的中心孔一侧开设有沿长度方向布置的滑槽，所述的滑槽与圆柱杆构成滑动副；摆杆的两端与两根从动连杆的一端分别铰接；两根从动连杆的相位差为180°；所述的开合组件包括两根开合运动杆；所述的开合运动杆设有主杆以及与主杆一体成型的连接杆、滑杆和夹持杆；两根开合运动杆的连接杆与两根从动连杆的另一端分别铰接；两根开合运动杆的滑杆与固定支座的两个径向滑道分别构成滑动副；两根开合运动杆的夹持杆相对设置。

2.根据权利要求1所述一种基于齿轮单向回转运动的开合机构，其特征在于：所述的固定盘开设有中心孔和偏置孔，主动轴通过轴承支承在固定盘的中心孔内，从动轴通过轴承支承在偏置孔内。

3.根据权利要求1所述一种基于齿轮单向回转运动的开合机构，其特征在于：所述滑槽的中心到主动轴中心轴线的距离等于主动轴与从动轴的中心距，且滑槽的长度大于圆柱杆偏心距的两倍。

4.根据权利要求1所述一种基于齿轮单向回转运动的开合机构，其特征在于：所述从动连杆的长度与摆杆长度的二分之一的比值等于摆杆摆角的二分之一的正弦值。

5.根据权利要求1所述一种基于齿轮单向回转运动的开合机构，其特征在于：所述开合运动杆的夹持杆自由端端面开设有盲孔，盲孔与夹持头通过弹簧连接。

6.根据权利要求1所述一种基于齿轮单向回转运动的开合机构，其特征在于：所述开合运动杆的夹持杆自由端与切割头固定，且其中一根夹持杆上的切割头底面与另一根夹持杆上的切割头顶面平齐。

7.根据权利要求1至4中任一项所述一种基于齿轮单向回转运动的开合机构的开合方法，其特征在于：该方法具体如下：

动力源驱动主动轴，从而带动主动齿轮转动；从动齿轮与主动齿轮啮合，带动从动轴和主动曲柄转盘转动，主动曲柄转盘上的圆柱杆在摆杆的滑槽内滑动，带动摆杆往复摆动；摆杆再带动两端的两根从动连杆周转，实现两根开合运动杆沿固定支座对应侧的径向滑道往复滑动，从而实现两根开合运动杆的夹持杆相互靠拢或相互分离。

8.根据权利要求7所述一种基于齿轮单向回转运动的开合机构的开合方法，其特征在于：开合运动杆的夹持杆自由端通过弹簧连接有夹持头时，将待夹持物体置于两根开合运动杆的夹持杆之间；当两根开合运动杆的夹持杆相互靠拢至间距最小时停止运动，此时两根夹持杆上的夹持头夹紧待夹持物体，弹簧被压紧至最短，两根夹持杆上的夹持头夹紧力达到最大值，其中弹簧对待夹持物体起到缓冲作用；当两根开合运动杆的夹持杆继续运动相互分离至间距最大时，再次停止运动，两根夹持杆上的夹持头松开物体，此时弹簧处于完全放松状态。

9.根据权利要求7所述一种基于齿轮单向回转运动的开合机构的开合方法，其特征在于：开合运动杆的夹持杆自由端与切割头固定时，将待切割物置于两根开合运动杆的夹持杆之间；当两根开合运动杆的夹持杆相互靠拢至间距最小时，两根夹持杆上的切割头切断待切割物；当两根开合运动杆的夹持杆相互分离至间距最大时，两根夹持杆上的切割头分离复位，等待下次切割任务。

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