CN208857456U - 三维纺织复合材料预制件缝合机械手的末端缝合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三维纺织复合材料预制件缝合机械手的末端缝合装置，包括机架、驱动机构、刺料机构、锁线机构和送线机构，本实用新型由驱动机构提供动力，依靠刺料机构和锁线机构在缝料上表面的相互周期性运动配合，实现三维纺织复合材料预制件的缝合操作；通过机架顶部设置的法兰能够与多自由度的工业机器人末端实现连接，利用工业机器人的位姿变换，克服了传统缝纫设备在加工三维形状预制件时的位置受限的问题，从而大大提高了缝合操作的灵活性。

Description

三维纺织复合材料预制件缝合机械手的末端缝合装置

技术领域

本实用新型属于三维纺织复合材料预制件缝合设备技术领域，尤其是涉及一种纺织复合材料预制件缝合机械手系统的末端缝合装置。

背景技术

随着科学技术的发展，纺织复合材料已广泛应用于航空航天、汽车等领域。对于纺织复合材料二维层间的缝合拼接可在一般工业缝纫机上实现，然而对于几何形状较为复杂的大尺寸三维空间形状复合材料预制件产品，由于传统缝制方法中缝纫角度及设备灵活性的限制，则无法利用传统缝合设备一次加工完成。而采用工业机器人结合单边缝合技术即可解决此类预制件缝合加工的问题，因此研制出一款高效的末端单边缝合设备，并将其与工业机器人手臂相结合组成单边缝合机械手系统，对于提高缝合设备的灵活性，实现大尺寸三维空间形状纺织复合材料预制件产品的缝合加工具有重要的意义和应用价值。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是，提供一种结构紧凑，灵活度高，可与工业机器人末端相组合连接，以实现三维纺织复合材料预制件缝合加工操作的机械手系统末端缝合装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：三维纺织复合材料预制件缝合机械手的末端缝合装置，包括机架、驱动机构、刺料机构、锁线机构和送线机构；

所述机架包括相互平行设置的前挡板、后挡板和衬板；所述前挡板与衬板之间、衬板与后挡板之间均通过螺栓固定设置有若干支撑轴，所述机架顶部设置有用于与工业机器人末端相配合连接的法兰，所述法兰通过螺栓与前挡板及后挡板的顶部实现固定连接；

所述驱动机构包括贯穿设置于前挡板与衬板之间的电机，所述电机通过螺钉与前挡板固定连接，所述电机输出轴的末端通过带传动与第一传动轴的一端联接；所述第一传动轴的另一端通过紧定螺钉固定设置有用于驱动第二传动轴运动的主动槽轮，该主动槽轮的中部固定安装有槽轮拨杆，所述第一传动轴的中间部位分别设置有用于驱动第三传动轴和第四传动轴运动的主动齿轮Ⅰ和主动齿轮Ⅱ；

所述第二传动轴贯穿设置于前挡板与衬板之间，该第二传动轴的一端固定设置有与主动槽轮相配合联接的被动槽轮，另一端设有用于驱动第五传动轴运动的主动齿轮Ⅲ；

所述第三传动轴贯穿设置于衬板上，该第三传动轴中部设有与主动齿轮Ⅰ相啮合的被动齿轮Ⅰ；所述第三传动轴的一端设置有刺料机构；

所述第四传动轴贯穿设置于前挡板上，该第四传动轴的一端设有与主动齿轮Ⅱ相啮合的被动齿轮Ⅱ；所述第四传动轴的一端设置有送线机构；

所述第五传动轴贯穿设置于前档板与衬板之间，该第五传动轴的中部设有与主动齿轮Ⅲ相啮合的被动齿轮Ⅲ；所述被动齿轮Ⅲ的一侧相邻设置有用于驱动锁线机构运动的主动伞齿轮Ⅳ；

所述刺料机构包括设置于第三传动轴末端的曲柄盘Ⅰ，所述曲柄盘Ⅰ的圆周位置通过连杆Ⅰ与齿条的一端连接，所述连杆Ⅰ的两端通过销轴分别与曲柄盘Ⅰ及齿条的一端固定连接；所述齿条通过导向块安装于前挡板上，所述齿条与设置于第六传动轴中部的主动齿轮Ⅴ相啮合，所述主动齿轮Ⅴ与设置于第七传动轴上的被动齿轮Ⅴ相啮合；所述第六传动轴贯穿设置于前挡板与衬板之间，所述第七传动轴贯穿设置于前挡板之上；所述第七传动轴的一端通过螺钉固定安装有用于穿刺缝料的缝针；

所述送线机构包括设置于第四传动轴末端的曲柄盘Ⅱ，所述曲柄盘Ⅱ的圆周位置通过销轴连接有送线杆，所述送线杆的中部通过销轴安装有连杆Ⅱ，所述连杆Ⅱ与前挡板之间通过销钉固定连接；

所述锁线机构包括与所述主动伞齿轮Ⅳ相啮合的被动伞齿轮Ⅳ，所述被动伞齿轮Ⅳ固定设置于锁线转轴的一端，所述锁线转轴贯穿设置于连接板上，所述连接板通过螺钉固接与前挡板上，所述锁线转轴的另一端通过螺钉固定安装有与缝针相配合工作的旋梭。

所述第一传动轴的两端与前挡板及衬板之间、第二传动轴的两端与前挡板及衬板之间、第三传动轴的一端与衬板之间、第四传动轴的中部与前挡板之间、第五传动轴的两端与前挡板及衬板之间、第六传动轴的两端与前挡板及衬板之间、第七传动轴的一端与前挡板之间均通过轴承座固定连接。

所述锁线转轴与连接板之间安装有滚动轴承。

所述前挡板上开设有用于调节连接板位置的导向调节槽。

所述缝针为类“弯月形”结构，该缝针的末端开设有穿线孔。

所述送线杆的末端开设有送线孔。

通过采用上述技术方案，本实用新型由驱动机构提供动力，依靠刺料机构中的缝针和锁线机构中的旋梭在缝料上表面的相互周期性运动配合，实现三维纺织复合材料预制件的缝合操作；缝合操作过程中送线机构的送线杆能够从线轴上不断抽拉出缝线以满足线迹形成过程中的缝线消耗；刺料机构与锁线机构的运动配合均在缝料上表面完成，且缝针的“弯月形”结构设计能够大大减小缝料下表面的穿刺空间，使得本实用新型在加工复杂三维形状预制件时具有很大优势；通过机架顶部设置的法兰能够与多自由度的工业机器人末端实现连接，通过工业机器人的位姿变换，克服了传统缝纫设备在加工三维形状预制件时的位置受限的问题，从而大大提高了缝合操作的灵活性。

本实用新型具有结构紧凑，灵活度高，缝合操作时所需穿刺空间小等优点，可与工业机器人末端相组合连接，实现三维纺织复合材料预制件的缝合加工操作。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本实用新型，本实用新型的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本实用新型的解释说明，而不构成对本实用新型的任何意义上的限制，在附图中：

图1是本实用新型沿各轴传动方向的平面展开图；

图2是本实用新型的主视结构示意图；

图3是本实用新型的后视结构示意图；

图4是本实用新型的俯视结构示意图；

图5是本实用新型图4俯视结构示意图中的E-E剖视图；

图6是本实用新型图4俯视结构示意图中的A-A剖视图；

图7是本实用新型的等轴测结构示意图；

图8是本实用新型单个周期缝合线迹形成过程中第一状态的示意图；

图9是本实用新型单个周期缝合线迹形成过程中第二状态的示意图；

图10是本实用新型单个周期缝合线迹形成过程中第三状态的示意图；

图11是本实用新型单个周期缝合线迹形成过程中第四状态的示意图；

图12是本实用新型缝合过程中缝料正面形成的连续缝合线迹示意图；

图13是本实用新型缝合过程中缝料背面形成的连续缝合线迹示意图；

图中：

1、机架 2、驱动机构 3、刺料机构

4、锁线机构 5、送线机构 6、缝料

11、前挡板 12、后挡板 13、衬板

14、支撑轴 15、法兰 21、电机

22、带传动 23、第一传动轴 24、第二传动轴

25、第三传动轴 26、第四传动轴 27、第五传动轴

28、第六传动轴 29、第七传动轴 31、曲柄盘Ⅰ

32、连杆Ⅰ 33、齿条 34、主动齿轮Ⅴ

35、被动齿轮Ⅴ 36、缝针 41、被动伞齿轮Ⅳ

42、锁线转轴 43、连接板 44、旋梭

51、曲柄盘Ⅱ 52、送线杆 53、连杆Ⅱ

111、导向调节槽 231、主动槽轮 232、主动齿轮Ⅰ

233、主动齿轮Ⅱ 241、被动槽轮 242、主动齿轮Ⅲ

251、被动齿轮Ⅰ 261、被动齿轮Ⅱ 271、被动齿轮Ⅲ

272、主动伞齿轮Ⅳ 331、导向块 361、穿线孔

521、送线孔 2311、槽轮拨杆

具体实施方式

如图1至图7所示，本实用新型一种三维纺织复合材料预制件缝合机械手的末端缝合装置，包括机架1、驱动机构2、刺料机构3、锁线机构4和送线机构5；所述机架包括相互平行设置的前挡板11、后挡板12和衬板13；所述前挡板11与衬板13之间、衬板13与后挡板12之间均通过螺栓固定设置有若干支撑轴14，所述机架1顶部设置有用于与工业机器人末端相配合连接的法兰15，所述法兰15通过螺栓与前挡板11及后挡板12的顶部实现固定连接；所述驱动机构2包括贯穿设置于前挡板11与衬13板之间的电机21，所述电机21通过螺钉与前挡板11固定连接，所述电机21输出轴的末端通过带传动22与第一传动轴23的一端联接；所述第一传动轴23的另一端通过紧定螺钉固定设置有用于驱动第二传动轴24运动的主动槽轮231，该主动槽轮231的中部固定安装有槽轮拨杆2311，所述第一传动轴23的中间部位分别设置有用于驱动第三传动轴25和第四传动轴26运动的主动齿轮Ⅰ232和主动齿轮Ⅱ233；所述第二传动轴24贯穿设置于前挡板11与衬板13之间，该第二传动轴24的一端固定设置有与主动槽轮231相配合联接的被动槽轮241，另一端设有用于驱动第五传动轴27运动的主动齿轮Ⅲ242；所述第三传动轴25贯穿设置于衬板13上，该第三传动轴25中部设有与主动齿轮Ⅰ232相啮合的被动齿轮Ⅰ251；所述第三传动轴25的一端设置有刺料机构3；所述第四传动轴26贯穿设置于前挡板11上，该第四传动轴26的一端设有与主动齿轮Ⅱ233相啮合的被动齿轮Ⅱ261；所述第四传动轴26的一端设置有送线机构5；所述第五传动轴27贯穿设置于前档板11与衬板13之间，该第五传动轴27的中部设有与主动齿轮Ⅲ242相啮合的被动齿轮Ⅲ271；所述被动齿轮Ⅲ271的一侧相邻设置有用于驱动锁线机构4运动的主动伞齿轮Ⅳ272；所述刺料机构3包括设置于第三传动轴25末端的曲柄盘Ⅰ31，所述曲柄盘Ⅰ31的圆周位置通过连杆Ⅰ32与齿条33的一端连接，所述连杆Ⅰ32的两端通过销轴分别与曲柄盘Ⅰ31及齿条33的一端固定连接；所述齿条33通过导向块331安装于前挡板11上，所述齿条33与设置于第六传动轴28中部的主动齿轮Ⅴ34相啮合，所述主动齿轮Ⅴ34与设置于第七传动轴29上的被动齿轮Ⅴ35相啮合；所述第六传动轴28贯穿设置于前挡板11与衬板13之间，所述第七传动轴29贯穿设置于前挡板11之上；所述第七传动轴29的一端通过螺钉固定安装有用于穿刺缝料的缝针36；所述缝针36为类“弯月形”结构，该缝针36的末端开设有穿线孔361；所述送线机构5包括设置于第四传动轴26末端的曲柄盘Ⅱ51，所述曲柄盘Ⅱ51的圆周位置通过销轴连接有送线杆52，所述送线杆52的末端开设有送线孔521；所述送线杆的中部通过销轴安装有连杆Ⅱ53，所述连杆Ⅱ53与前挡板11之间通过销钉固定连接；所述锁线机构4包括与所述主动伞齿轮Ⅳ272相啮合的被动伞齿轮Ⅳ41，所述被动伞齿轮Ⅳ41固定设置于锁线转轴42的一端，所述锁线转轴42贯穿设置于连接板43上，所述锁线转轴42与连接板43之间安装有滚动轴承；所述连接板43通过螺钉固接与前挡板11上，所述锁线转轴42的另一端通过螺钉固定安装有与缝针36相配合工作的旋梭44；为了使旋梭44能够与缝针36实现精确配合，所述前挡板11上开设有用于调节连接板43位置的导向调节槽111；所述第一传动轴23的两端与前挡板11及衬板13之间、第二传动轴24的两端与前挡板11及衬板13之间、第三传动轴25的一端与衬板13之间、第四传动轴26的中部与前挡板11之间、第五传动轴27的两端与前挡板11及衬板13之间、第六传动轴28的两端与前挡板11及衬板13之间、第七传动轴29的一端与前挡板11之间均通过轴承座固定连接。

本实施例的工作过程是，由驱动机构中电机21提供动力，通过带传动22驱动第一传动轴23转动，一方面驱动力经过主动齿轮Ⅰ232与被动齿轮Ⅰ251的啮合将动力传输至刺料机构3中，使刺料机构3中的曲柄盘Ⅰ31做周期性回转运动，曲柄盘Ⅰ31通过连杆Ⅰ32带动齿条33使其在导向块331的约束下做往复运动，齿条33进一步通过相互啮合的主动齿轮Ⅴ34和被动齿轮Ⅴ35带动第七传动轴29往复转动，从而使安装在第七传动轴29末端的缝针36以半圆周180°往复回转的形式运动；另一方面，第一传动轴23上的驱动力经主动槽轮231、被动槽轮241、第二传动轴24、主动齿轮Ⅲ242、被动齿轮Ⅲ271、第五传动轴27、主动伞齿轮Ⅳ272将动力传输至锁线机构4中，通过锁线机构4中被动伞齿轮Ⅳ41与主动伞齿轮Ⅳ272的啮合带动锁线转轴42转动，从而使安装在锁线转轴42末端的旋梭44以间歇性回转360°的形式运动；与此同时，第一传动轴23上的驱动力经主动齿轮Ⅱ233、被动齿轮Ⅱ261、第四传动轴26将动力传输至送线机构5中，使送线机构5中的曲柄盘Ⅱ51做周期性回转运动，通过曲柄盘Ⅱ51、送线杆52、连杆Ⅱ53组成的四连杆机构使送线杆52末端的送线孔521处做周期性往复运动。

在本装置单个运动周期中，当电机输出轴回转一周时，通过对各齿轮间传动比的合理配置，可使弯月形缝针36以第七传动轴29的轴线为回转中心完成一次180°往复回转，同时使得送线杆52完成一次上下往复运动；通过对槽轮传动比的合理设计，可是旋梭44以间歇形式旋转一周，并与弯月形缝针36的往复回转运动相适应。

本装置在工作时单个周期缝合线迹的形成方法包括以下步骤：

步骤(1)，如图8所示，本装置缝合线迹的形成需要两根缝线配合实现，其中一根缝线穿过缝针36的穿线孔361，另一根缝线的线轴置于旋梭44内；

步骤(2)，如图9所示，缝针36在刺料机构3运动规律的作用下带线刺入缝料6上表面，经180°旋转后再次穿出缝料6表面；

步骤(3)，如图10所示，缝针36回转至极限位置后做返程运动，在返程过程中，穿线孔361附近的缝线由于缝料6穿刺点处的挤压摩擦力而形成线环，此时旋梭44在锁线机构4间歇性运动的作用下回转一周，在旋梭44回转过程中，旋梭44的梭尖位置穿过已形成的线环起到锁线的作用；

步骤(4)，如图11所示，缝针36继续做返程运动至初始位置，旋梭44回转一周后其内缝线与缝针上的缝线相互锁结，此后本装置向前移动一个针距，准备完成下一周期的缝合操作；

步骤(5)，重复进行上述步骤(1)至步骤(4)，即可得到如图12和图13所示的相互锁结的连续缝合线迹。

因此，本装置依靠缝针36与旋梭44在缝料上表面的相互周期性运动配合，可实现三维纺织复合材料预制件的缝合操作；通过利用送线杆52的往复运动将缝线从线轴上拉出，即可为缝合操作中缝针36与旋梭44的配合提供所需要的缝线，以满足线迹形成过程中的缝线消耗。通过上述方法步骤形成的双线链式缝合线迹，可有效减小多层缝料之间的搭接长度。通过机架1顶部设置的法兰15能够与多自由度的工业机器人末端实现连接，通过工业机器人的位姿变换，克服了传统缝纫设备在加工三维形状预制件时的位置受限的问题，从而大大提高了缝合操作的灵活性。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种三维纺织复合材料预制件缝合机械手的末端缝合装置，其特征在于，包括机架、驱动机构、刺料机构、锁线机构和送线机构；

所述机架包括相互平行设置的前挡板、后挡板和衬板；所述前挡板与衬板之间、衬板与后挡板之间均通过螺栓固定设置有若干支撑轴，所述机架顶部设置有用于与工业机器人末端相配合连接的法兰，所述法兰通过螺栓与前挡板及后挡板的顶部实现固定连接；

所述驱动机构包括贯穿设置于前挡板与衬板之间的电机，所述电机通过螺钉与前挡板固定连接，所述电机输出轴的末端通过带传动与第一传动轴的一端联接；所述第一传动轴的另一端通过紧定螺钉固定设置有用于驱动第二传动轴运动的主动槽轮，该主动槽轮的中部固定安装有槽轮拨杆，所述第一传动轴的中间部位分别设置有用于驱动第三传动轴和第四传动轴运动的主动齿轮Ⅰ和主动齿轮Ⅱ；

所述第二传动轴贯穿设置于前挡板与衬板之间，该第二传动轴的一端固定设置有与主动槽轮相配合联接的被动槽轮，另一端设有用于驱动第五传动轴运动的主动齿轮Ⅲ；

所述第三传动轴贯穿设置于衬板上，该第三传动轴中部设有与主动齿轮Ⅰ相啮合的被动齿轮Ⅰ；所述第三传动轴的一端设置有刺料机构；

所述第四传动轴贯穿设置于前挡板上，该第四传动轴的一端设有与主动齿轮Ⅱ相啮合的被动齿轮Ⅱ；所述第四传动轴的一端设置有送线机构；

所述第五传动轴贯穿设置于前档板与衬板之间，该第五传动轴的中部设有与主动齿轮Ⅲ相啮合的被动齿轮Ⅲ；所述被动齿轮Ⅲ的一侧相邻设置有用于驱动锁线机构运动的主动伞齿轮Ⅳ；

所述刺料机构包括设置于第三传动轴末端的曲柄盘Ⅰ，所述曲柄盘Ⅰ的圆周位置通过连杆Ⅰ与齿条的一端连接，所述连杆Ⅰ的两端通过销轴分别与曲柄盘Ⅰ及齿条的一端固定连接；所述齿条通过导向块安装于前挡板上，所述齿条与设置于第六传动轴中部的主动齿轮Ⅴ相啮合，所述主动齿轮Ⅴ与设置于第七传动轴上的被动齿轮Ⅴ相啮合；所述第六传动轴贯穿设置于前挡板与衬板之间，所述第七传动轴贯穿设置于前挡板之上；所述第七传动轴的一端通过螺钉固定安装有用于穿刺缝料的缝针；

所述送线机构包括设置于第四传动轴末端的曲柄盘Ⅱ，所述曲柄盘Ⅱ的圆周位置通过销轴连接有送线杆，所述送线杆的中部通过销轴安装有连杆Ⅱ，所述连杆Ⅱ与前挡板之间通过销钉固定连接；

所述锁线机构包括与所述主动伞齿轮Ⅳ相啮合的被动伞齿轮Ⅳ，所述被动伞齿轮Ⅳ固定设置于锁线转轴的一端，所述锁线转轴贯穿设置于连接板上，所述连接板通过螺钉固接与前挡板上，所述锁线转轴的另一端通过螺钉固定安装有与缝针相配合工作的旋梭。

2.根据权利要求1所述的三维纺织复合材料预制件缝合机械手的末端缝合装置，其特征在于，所述第一传动轴的两端与前挡板及衬板之间、第二传动轴的两端与前挡板及衬板之间、第三传动轴的一端与衬板之间、第四传动轴的中部与前挡板之间、第五传动轴的两端与前挡板及衬板之间、第六传动轴的两端与前挡板及衬板之间、第七传动轴的一端与前挡板之间均通过轴承座固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的三维纺织复合材料预制件缝合机械手的末端缝合装置，其特征在于，所述前挡板上开设有用于调节连接板位置的导向调节槽。

4.根据权利要求1所述的三维纺织复合材料预制件缝合机械手的末端缝合装置，其特征在于，所述锁线转轴与连接板之间安装有滚动轴承。

5.根据权利要求1所述的三维纺织复合材料预制件缝合机械手的末端缝合装置，其特征在于，所述缝针为类“弯月形”结构，该缝针的末端开设有穿线孔。

6.根据权利要求1所述的三维纺织复合材料预制件缝合机械手的末端缝合装置，其特征在于，所述送线杆的末端开设有送线孔。