CN116638281A - 一种实现摇动构件上被控点完全直线运动的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实现摇动构件上被控点完全直线运动的装置及方法，包括水平导轨、垂直导轨和复合曲柄，复合曲柄的底端分别安装有始终与水平导轨贴合的水平滚轮和始终与垂直导轨贴合的垂直滚轮，复合曲柄上沿高度方向间隔铰接有相互平行的四杆架和连杆，四杆架和连杆远离复合曲柄的一端均与复合摇杆铰接，借助复合曲柄底端的水平滚轮与水平滑轨始终贴合以及垂直滚轮与垂直滑轨始终贴合的位置关系，再通过为四杆架添加只能使其沿水平和垂直方向平动的约束，使摇动构件上被控点实现完全直线运动，解决了自动化装配线上在空间受限情形下轴件装入孔件整个过程中，使轴件装入端端面中心点(被控点)始终精准沿孔的中心线移动，确保了装配的顺利实施。

Description

一种实现摇动构件上被控点完全直线运动的装置及方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其是涉及一种实现摇动构件上被控点完全直线运动的装置及方法。

背景技术

在自动化装配中，轴件装入孔件中是最基本的装配形式之一，且轴件与孔件往往是无间隙配合；在半成品装配中，往往遇到空间受限，轴件无法按自由空间下的轴件轴线与孔件的孔心线重合直接装入；这时，初始装配位置是轴件的轴线与孔件的孔心线存在一定夹角，假定孔件固定不动，在轴件装入孔件的孔中时，若轴件装入端面中心点与孔件的孔心线不在同一条直线上，或者轴件初始装入端面中心点与孔件的孔心线在同一条直线上，但在装入过程中不能保证在同一条直线上，这两种情况将都将导致装配中出现卡阻甚至无法实施装配；因此要保证顺利装配，必须保证轴件装入孔件整个过程中，轴件装入端的端面中心点与孔件孔心线始终在同一条直线上；传统的方法是经验取点并采用包络线法得到近似结果，实施装配前没有确定的结果，需要通过装配线安装调试来弥补这一不确定因素，往往造成调试难度大，时间浪费多，有的甚至无法实现装配动作基本要求，不得不多次重新设计与调试，造成资源的大量浪费；伴随自动化装配线的大力推广，这种设计上的近似与随意而导致的问题已不可容忍，须根除。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现摇动构件上被控点完全直线运动的装置及方法，将轴件装入孔件的过程中，轴件装入端的端面中心点运动轨迹为一条完全直线。

本发明提供一种实现摇动构件上被控点完全直线运动的装置，包括水平导轨、垂直导轨和复合曲柄，所述复合曲柄的底端分别安装有始终与所述水平导轨贴合的水平滚轮和始终与所述垂直导轨贴合的垂直滚轮，所述复合曲柄上沿高度方向间隔铰接有相互平行的四杆架和连杆，所述四杆架和所述连杆远离所述复合曲柄的一端均与复合摇杆铰接，所述四杆架外侧安装有限制其只能沿水平方向和垂直方向平动的约束件，所述复合摇杆的底端铰接有摇动构件，所述复合摇杆与所述摇动构件的铰接处安装有锁紧件。

进一步的，所述复合曲柄上固定有水平拉杆，所述水平拉杆远离所述复合曲柄的一端与所述水平导轨之间连接有第一拉簧，所述复合曲柄与所述垂直导轨之间连接有第二拉簧。

进一步的，所述锁紧件为锁紧螺栓。

进一步的，所述复合曲柄、四杆架、连杆和复合摇杆围成平行四边形机构。

进一步的，所述复合曲柄为L形结构，所述水平滚轮和所述垂直滚轮分别安装在复合曲柄底端的两个端部，所述水平滚轮和所述垂直滚轮完全相同，所述水平滚轮和所述垂直滚轮的中心点连线与所述复合曲柄的底面平行。

进一步的，所述四杆架与所述连杆完全相同，所述四杆架与所述连杆的两端均开设有夹槽，所述复合曲柄和所述复合摇杆分别铰接在所述四杆架和所述连杆两端的夹槽内。

一种实现摇动构件上被控点完全直线运动的方法，包括如权利要求1-6任一所述的实现摇动构件上被控点完全直线运动的装置，该装置中工作时需要满足以下约束条件：

S1：复合曲柄转动时，约束水平滚轮始终与水平导轨顶面贴合，约束垂直滚轮始终与垂直导轨的侧面贴合，约束四杆架和连杆始终保持水平；

S2：调整摇动构件与复合摇杆之间的夹角关系，使摇动构件上的被控点位于复合摇杆分别与四杆架和连杆的两个铰接中心点连线的延长线上或四杆架分别与复合曲柄和复合摇杆的两个铰接中心点的连线平行且等于垂直滚轮中心点与被控点的连线。

进一步的，步骤S1中，复合曲柄旋转过程中平行四边形机构绕四杆架与复合曲柄铰接中心转动。

进一步的，步骤S1中对四杆架施加约束，使其只能沿水平方向和竖直方向平动。

进一步的，步骤S2中，通过拧动锁紧螺栓实现摇动构件与复合摇杆之间夹角关系的调整。

本发明的技术方案相对于现有技术的有益效果是：借助复合曲柄底端的水平滚轮与水平滑轨始终贴合以及垂直滚轮与垂直滑轨始终贴合的位置关系，再通过为四杆架添加约束，使摇动构件上被控点实现完全直线运动，从根本上解决了自动化装配线上在空间受限情形下轴件装入孔件整个过程中，使轴件装入端端面中心点(被控点)始终精准沿孔的中心线移动，确保了装配的顺利实施，避免了由设计偏差引起的卡阻与装配失败。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明垂向补偿装置示意图；

图3为本发明水平方向补偿装置示意图；

图4为本发明水平方向补偿装置示意图；

附图标记说明：1-水平导轨、2-水平滚轮、3-第一拉簧、4-复合曲柄、5-四杆架、6-连杆、7-复合摇杆、8-第二拉簧、9-垂直导轨、10-摇动构件、11-垂向滚轮、12-锁紧螺栓、13-水平拉杆。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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"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"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。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。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-图4所示，一种实现摇动构件上被控点完全直线运动的装置，包括水平导轨1、垂直导轨9和复合曲柄4，复合曲柄4的底端分别安装有始终与水平导轨1贴合的水平滚轮2和始终与垂直导轨9贴合的垂直滚轮，复合曲柄4为夹角为90°的L形结构，水平滚轮2和垂直滚轮分别安装在复合曲柄4底端的两个端部，水平滚轮2和垂直滚轮完全相同，水平滚轮2和垂直滚轮的中心点连线与复合曲柄4的底面平行。水平导轨1固定安装并呈水平放置，水平滚轮2始终与水平导轨1上表面保持贴合状态，垂直轨道固定安装，导轨左侧面位工作面并呈垂直状态，垂直滚轮始终与垂直导轨9左侧面保持贴合状态；为了约束水平滚轮2始终与水平导轨1贴合，复合曲柄4上固定有水平拉杆13，水平拉杆13远离复合曲柄4的一端与水平导轨1之间连接有第一拉簧3；为了约束垂直滚轮始终与垂直导轨9贴合，在复合曲柄4与垂直导轨9之间连接有第二拉簧8。

复合曲柄4上沿高度方向间隔铰接有相互平行的四杆架5和连杆6，四杆架5和连杆6远离复合曲柄4的一端均与复合摇杆7铰接，复合曲柄4、四杆架5、连杆6和复合摇杆7围成平行四边形机构，四杆架5与连杆6完全相同，四杆架5与连杆6的两端均开设有夹槽，复合曲柄4和复合摇杆7分别铰接在四杆架5和连杆6两端的夹槽内。四杆架5外侧安装有限制摆动的约束件(约束件可以是能够限制四杆架5摆动的夹板，夹板可以安装在只能沿垂直方向移动的滑块上)，使四杆架5只能进行水平方向的滑动和竖直方向的平动，而不能相对于水平方向产生任何角度的摆动。

复合摇杆7的底端铰接有摇动构件10，复合摇杆7与摇动构件10的铰接处安装有锁紧螺栓12，通过拧动锁紧螺栓12实现调整复合摇杆7与摇动构件10之间的夹角，以在摇动构件10上能够找到符合条件的被控点为准。

为了便于描述区分装置上各个重要的点位，将复合曲柄4与四杆架5和连杆6的铰接点分别记为A点和B点，将复合摇杆7与连杆6和四杆架5的铰接点记为C点和D点，水平滚轮2的中心点记为F点，将垂直滚轮的中心点记为G点，将复合摇杆7与摇动构件10的铰接点记为E点，将摇动构件10上位于复合摇杆7分别与四杆架5和连杆6的两个铰接中心点连线的延长线上的被控点记为S点，将过垂直滚轮中心点且与四杆架5平行的延长线上的被控点记为Q点。

复合曲柄4的AB段与四杆架5的AD段、连杆6的BC段及复合摇杆7的CD段构成平行四边形机构；摇动构件10与复合摇杆7的位置关系可通过可拆锁紧螺栓12调整夹角并再联接为一体，锁紧螺栓12拧紧时可将摇动构件10视为复合摇杆7的一部分(后面叙述没有特别说明时，所指的复合摇杆7CDE包含摇动构件10)；前述复合曲柄4在外加扭矩作用下可绕复合曲柄4回转中心A点作旋转运动，复合曲柄4转动时前述四杆架5的AD段通过约束(图中未画出)始终保持水平状态。

复合曲柄4旋转过程中，平行四边形机构一方面在复合曲柄4带动下绕四杆架5与复合曲柄4铰接中心A点(相对瞬心)转动，使前述铰接中心A点到固定不动的水平导轨1上表面的垂直距离发生变化，由于水平导轨1不动，铰接中心A点将在垂直方向发生位移，另一方面由于水平滚轮2始终与水平导轨1上表面始终贴合，又因为四杆架5始终处于水平位置，由此可得出，四杆架5及连杆6在竖直方向作平动；同理，由于垂向滚轮11始终与前述垂向滑道贴合，前述四杆架5及连杆6在水平方向作平动。

实现摇动构件上被控点完全直线运动的方法：首先在复合曲柄4转动时，平行四边形机构绕四杆架5与复合曲柄4铰接中心转动，并且约束水平滚轮2始终与水平导轨1顶面贴合，约束垂直滚轮始终与垂直导轨9的侧面贴合；约束四杆架5始终保持水平，使其只能沿水平方向和竖直方向移动；同时通过拧动锁紧螺栓12调整摇动构件10与复合摇杆7之间的夹角关系，使摇动构件10上的被控点位于复合摇杆7分别与四杆架5和连杆6的两个铰接中心点连线的延长线上或四杆架5分别与复合曲柄4和复合摇杆7的两个铰接中心点的连线平行且等于垂直滚轮中心点与被控点的连线。

如图2和图3所示：若四杆架5与复合曲柄4回转中心A点与水平滚轮2中心F点连成的线段AF平行且等于四杆架5和复合摇杆7铰接中心D点与摇动构件10上被控点S连成的线段DS时，可使S点在复合曲柄4旋转时，被控点S的运动轨迹为完全水平直线运动轨迹。

现证明如下(如图3所示)：

假定复合曲柄4初始位置在BAF(以下简记为AF)，对应复合摇杆7位置是CDS，当复合曲柄4顺时针旋转θ角时，由于水平滚轮2始终贴合在固定不动的水平导轨1上表面上，且四杆架5始终保持水平位置，复合曲柄4由位置AF运动至A1F1，对应的复合摇杆7由位置DS运动至D1S1；显然，A1D1S1F1为平行四边形；

图3中，过点F1的点画线圆的圆心在A1点，过F3的圆的圆心在A点，过S1的点画线圆的圆心在D1点，过S3的圆的圆心在D点。因为AF等于A1F1，所以过F3点以A点为圆心的圆的直径与过F1点以A1点为圆心的圆的直径相同，同理过S3点以D点为圆心的圆的直径与过S1点以D1点为圆心的圆的直径相同；过A点向A1D1作垂线得垂足A2，过D点向A1D1作垂线得垂足D2，同理，过F3向F1F作垂线得垂足F2，过S3向SS1作垂线的垂足S2，显然三角形AA1A2与三角形DD1D2全等，三角形F3F1F2与三角形S3S1S2全等。

当水平滚轮2在没有水平导轨1约束情况下，从AF顺时针转动θ至AF3，滚轮中心产生的垂向位移量为：

F2F3＝F1F3·cosθ

当滚轮在有水平导轨1约束情况下，从AF顺时针转动θ至A1F1，四杆架5与复合曲柄4铰接中心产生的垂向位移量为：AA2＝AA1·cosθ

由于在旋转前后，AF总长不变，即A1F1＝AF3，AF1为公共部分，从而得：F1F3＝AA1

进而得：F2F3＝AA2

即：F2F3＝AA2＝DD2＝S2S3

由此可见，由于水平导轨1对水平滚轮2的约束，又因为水平滚轮2中心F点到复合曲柄4相对瞬心A点的连线AF与复合摇杆7被控点S与复合摇杆7相对瞬心D点的连线DS构成平行四边形，就被控点S而言，旋转任何角度或转动任何时刻被控点S相对于复合摇杆7与四杆架5铰接点D点(相对瞬心)转动而引起的垂向位移S2S3与，旋转任何角度或任何时刻整个平行四边形机构由于固定不动的水平导轨1与水平滚轮2约束而引起的整个平行四边形机构只能平动的四杆架5的垂向位移AA2或DD2大小相等运动方向相反，恰好抵消。

故被控点S在复合曲柄4旋转过程中垂直方向无位移量，只能作水平直线运动，问题得证。

同理(如图4所示)，当满足四杆架5与复合曲柄4回转中心A点和垂向滚轮11中心G点连成的线段AG，与四杆架5和复合摇杆7铰接中心D与摇杆上被控点Q连成的线段DQ平行且相等时，摇动构件10上被控点Q能够实现完全垂直方向直线运动。

本技术方案解决了自动化装配线上在空间受限情形下轴件装入孔件整个过程中，使轴件装入端的端面中心点(被控点)始终精准沿孔的中心线移动，确保了装配的顺利实施，避免了不能精准对中引起的卡阻与装配失败；伴随自动化装配的逐步推广，在空间受限情形下，轴件精准装入孔件的孔中已成为自动化装配线的关键技术，借助凸轮使摇动构件10上被控点实现完全直线运动轨迹的方法与装置必将在该领域中得到广泛的应用，并可辐射到其他行业。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种实现摇动构件上被控点完全直线运动的装置，其特征在于，包括水平导轨、垂直导轨和复合曲柄，所述复合曲柄的底端分别安装有始终与所述水平导轨贴合的水平滚轮和始终与所述垂直导轨贴合的垂直滚轮，所述复合曲柄上沿高度方向间隔铰接有相互平行的四杆架和连杆，所述四杆架和所述连杆远离所述复合曲柄的一端均与复合摇杆铰接，所述四杆架外侧安装有限制其只能沿水平方向和垂直方向平动的约束件，所述复合摇杆的底端铰接有摇动构件，所述复合摇杆与所述摇动构件的铰接处安装有锁紧件。

2.根据权利要求1所述的实现摇动构件上被控点完全直线运动的装置，其特征在于，所述复合曲柄上固定有水平拉杆，所述水平拉杆远离所述复合曲柄的一端与所述水平导轨之间连接有第一拉簧，所述复合曲柄与所述垂直导轨之间连接有第二拉簧。

3.根据权利要求1所述的实现摇动构件上被控点完全直线运动的装置，其特征在于，所述锁紧件为锁紧螺栓。

4.根据权利要求1所述的实现摇动构件上被控点完全直线运动的装置，其特征在于，所述复合曲柄、四杆架、连杆和复合摇杆围成平行四边形机构。

5.根据权利要求1所述的实现摇动构件上被控点完全直线运动的装置，其特征在于，所述复合曲柄为L形结构，所述水平滚轮和所述垂直滚轮分别安装在复合曲柄底端的两个端部，所述水平滚轮和所述垂直滚轮完全相同，所述水平滚轮和所述垂直滚轮的中心点连线与所述复合曲柄的底面平行。

6.根据权利要求1所述的实现摇动构件上被控点完全直线运动的装置，其特征在于，所述四杆架与所述连杆完全相同，所述四杆架与所述连杆的两端均开设有夹槽，所述复合曲柄和所述复合摇杆分别铰接在所述四杆架和所述连杆两端的夹槽内。

7.一种实现摇动构件上被控点完全直线运动的方法，其特征在于，包括如权利要求1-6任一所述的实现摇动构件上被控点完全直线运动的装置，该装置中工作时需要满足以下约束条件：

S1：复合曲柄转动时，约束水平滚轮始终与水平导轨顶面贴合，约束垂直滚轮始终与垂直导轨的侧面贴合，约束四杆架和连杆始终保持水平；

S2：调整摇动构件与复合摇杆之间的夹角关系，使摇动构件上的被控点位于复合摇杆分别与四杆架和连杆的两个铰接中心点连线的延长线上或四杆架分别与复合曲柄和复合摇杆的两个铰接中心点的连线平行且等于垂直滚轮中心点与被控点的连线。

8.根据权利要求7所述的实现摇动构件上被控点完全直线运动的方法，其特征在于，步骤S1中，复合曲柄旋转过程中平行四边形机构绕四杆架与复合曲柄铰接中心转动。

9.根据权利要求7所述的实现摇动构件上被控点完全直线运动的方法，其特征在于，步骤S1中对四杆架施加约束，使其只能沿水平方向和竖直方向平动。

10.根据权利要求7所述的实现摇动构件上被控点完全直线运动的方法，其特征在于，步骤S2中，通过拧动锁紧螺栓实现摇动构件与复合摇杆之间夹角关系的调整。