CN208896530U - 铺缠手腕 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于非金属带铺缠领域，提供了一种铺缠手腕。所述铺缠手腕包括用于夹持且铺缠非金属带的可在不同平面内一定角度内旋转的铺带头；用于驱动铺带头在XYZ坐标系的XZ平面内旋转的水平设置的水平电机和与其连接且配合使用的水平减速机；用于驱动铺带头在XYZ坐标系的XY平面内旋转的竖直设置的竖直电机和与其连接且配合使用的竖直减速机；用于驱动铺带头在XYZ坐标系的YZ平面内旋转的倾斜设置的俯仰电机和与其连接且配合使用的俯仰减速机；用于在不同侧面分别连接水平减速机、竖直减速机和俯仰减速机的中心座；以及用于在中心座下方连接铺带头的铺带头安装座。本铺缠手腕提高了铺缠手腕精度，且提高了铺缠的便利化程度，且具有较高的负载能力。

Description

铺缠手腕

技术领域

本实用新型属于非金属带铺缠领域，尤其涉及一种铺缠手腕。

背景技术

现代航空航天领域，由于对航空工具的要求越来越高，相应地对材料的要求也越来越高，其中最显著的就是要求材料轻质高强，早期的改变主要是将钢铁材料部分改换成铝合金或者其他合金材料，近年来，铝合金等合金材料有时也不能满足需求，于是研发人员开始考虑使用复合材料。于是增材技术逐渐被广泛接受，其核心是基材使用金属，然后在其表面缠绕、铺放或者涂覆非金属材料，譬如经有机液体浸润过的玻璃纤维等。

由于航天航空领域的设备往往具有很多复杂曲面，故需要设计专门的设备为其缠绕或者铺放复合材料(缠绕用丝线，铺放用具有一定宽度的带状材料)，缠绕或者铺放又分为卧式和立式，根据工件本身的形状和精度要求将其以卧式或立式放置，本装置用于在立式缠绕或铺放(铺放的同时施加一定的压力让非金属带贴合于工件表面)时夹持非金属带，通过铺缠手腕的灵活运动，带动铺缠带实现不同的空间运动，从而较好地将其铺放于工件表面。

传统的机械臂(机器人)的灵活性比较好，但是其负载较低，但在缠绕或者铺放非金属带时，往往需要夹持一卷非金属带，而浸润过的非金属带质量较大，往往有十公斤至几十公斤，通用的机械臂常常难以满足要求。且其手臂比较长，臂展比较大，因而精度比较差，比较适合车间流水线等通用操作。而铺缠非金属带的工件属于非标件，需要对应的非标设备，故通用性较强的机器人不太适合铺缠领域。而需要专门设计能够满足要求的手腕(机械臂)对非金属带进行铺缠，从而达到增加工件强度，减小工件质量的目的。而现有的机械臂(机器人)精度比较差、使用时针对性不强，即专用性较差，使用也不太方便，往往不能很好地满足本领域的需要。故本领需要一种装置来解决以上问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种铺缠手腕，旨在解决目前铺缠非金属带时操作不方便、精度不高、负载小的问题。

本实用新型是这样实现的，一种铺缠手腕，包括：

用于夹持且铺缠非金属带的可在不同平面内一定角度内旋转的铺带头；

用于驱动铺带头在XYZ坐标系的XZ平面内旋转的水平设置的水平电机和与其连接且配合使用的水平减速机；

用于驱动铺带头在XYZ坐标系的XY平面内旋转的竖直设置的竖直电机和与其连接且配合使用的竖直减速机；

用于驱动铺带头在XYZ坐标系的YZ平面内旋转的倾斜设置的俯仰电机和与其连接且配合使用的俯仰减速机；

用于在不同侧面分别连接水平减速机、竖直减速机和俯仰减速机的中心座；

以及用于在中心座下方连接铺带头的铺带头安装座。

优选地，中心座包括：

水平设置的与水平减速机输出轴固定连接，且外表面套有轴承，可带动铺带头在XZ平面内旋转的水平轴套；

竖直设置的与竖直减速机输出轴固定连接，且外表面套有轴承，可带动铺带头在XY平面内旋转的竖直轴套。

优选地，还包括连接俯仰减速机输出轴的俯仰齿轮轴、与俯仰齿轮轴配合的贯穿中心座的带动铺带头在YZ平面内旋转的俯仰大齿轮。

优选地，铺带头安装座包括与铺带头连接的连接法兰。

优选地，水平电机、竖直电机、俯仰电机均为伺服电机。

优选地，水平减速机、竖直减速机、俯仰减速机均具有与对应的电机适配的减速比。

本实用新型实施例提供的铺缠手腕通过水平设置的水平电机和与其连接且配合使用的水平减速机驱动铺带头在XYZ坐标系的XZ平面内旋转；通过水平设置的与水平减速机输出轴固定连接的水平轴套，且水平轴套外表面套有轴承，从而带动铺带头在XZ平面内旋转。通过以上设置，水平电机和水平减速机配合，以一定的速度控制铺带头在一定角度内旋转。

通过竖直设置的竖直电机和与其连接且配合使用的竖直减速机驱动铺带头在XYZ坐标系的XY平面内旋转；通过竖直设置的与竖直减速机输出轴固定连接的竖直轴套，且竖直轴套外表面套有轴承，从而带动铺带头在XY平面内旋转。

通过倾斜设置的俯仰电机和与其连接且配合使用的俯仰减速机驱动铺带头在XYZ坐标系的YZ平面内旋转；通过连接俯仰减速机输出轴的俯仰齿轮轴、与贯穿中心座的俯仰大齿轮相互配合，带动铺带头在YZ平面内旋转。

通过以上结构的相互配合使用，使铺带头可以在XZ平面、XY平面和YZ平面内的一定角度内旋转，即实现三维空间的角度旋转，从而达到工艺要求。因为电机均为伺服电机，故可以较为精确地控制旋转角度，使铺带头旋转的角度较为准确。

而铺带头与中心座、中心座与三个减速电机的连接均为刚性连接，中心座的壁厚、材料均可以根据需要选择，以满足高负载的要求。且三个减速电机与铺带头均之间的距离较短，竖直减速机与铺带头则直接连接，较短的距离可确保整个装置具有较好的刚度，不会因长度过大、挠度过大而使刚度减小，负载降低。且水平电机与水平减速机与外部结构为固定连接，中心座承载的重量仅为其自重与竖直电机、竖直减速机、俯仰电机、俯仰减速机以及铺带头的重量，质量较轻，从而可以进一步提高负载能力。

本方案中伺服电机控制铺带头的旋转，如果控制系统检测到旋转角度有偏差，则会立即发出信号至电机，电机进而调整速度，以达到工艺要求。如缠绕或铺放有需要，三个电机可以协同工作。或者任意两个电机协同工作，以实现复杂的空间旋转。整个过程中，手腕会根据控制系统的要求转动，不需要过多的人为干预，操作比较简单，工作效率高。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的铺缠手腕的主视图；

图2是本实用新型实施例提供的铺缠手腕的左视图；

图3是本实用新型实施例提供的铺缠手腕的右视图；

图4是图2中铺缠手腕的A向视图。

其中：1、铺带头，2、铺带头安装座，3、中心座，4、水平电机，5、水平减速机，51、水平减速机输出轴，6、水平轴套，7、竖直电机，8、竖直减速机，81、竖直减速机输出轴，9、竖直轴套，10、俯仰电机，11、俯仰减速机，12、俯仰齿轮轴，13、俯仰大齿轮，14、水平轴承套。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1～图4，一种铺缠手腕，包括：

用于夹持且铺缠非金属带的可在不同平面内一定角度内旋转的铺带头1；

请主要参阅图2，用于驱动铺带头1在XYZ坐标系的XZ平面内旋转的水平设置的水平电机4和与其连接且配合使用的水平减速机5；

请主要参阅图2，用于驱动铺带头1在XYZ坐标系的XY平面内旋转的竖直设置的竖直电机7和与其连接且配合使用的竖直减速机8；

请主要参阅图1、图2和图4，用于驱动铺带头1在XYZ坐标系的YZ平面内旋转的倾斜设置的俯仰电机10和与其连接且配合使用的俯仰减速机11；

用于在不同侧面分别连接水平减速机5、竖直减速机8和俯仰减速机11的中心座3；

以及用于在中心座3下方连接铺带头1的铺带头安装座2。

进一步地，中心座3包括：

水平设置的与水平减速机5输出轴固定连接，且外表面套有轴承，可带动铺带头1在XZ平面内旋转的水平轴套6；

竖直设置的与竖直减速机8输出轴固定连接，且外表面套有轴承，可带动铺带头1在XY平面内旋转的竖直轴套9。

进一步地，还包括连接俯仰减速机11输出轴的俯仰齿轮轴12、与俯仰齿轮轴12配合的贯穿中心座3的带动铺带头1在YZ平面内旋转的俯仰大齿轮13。

进一步地，铺带头安装座2包括与铺带头1连接的连接法兰。铺带头1可通过其他活动连接方式连接铺带头安装座2。

进一步地，水平电机4、竖直电机7、俯仰电机10均为伺服电机。伺服电机可以实现精确的参数控制，从而可使铺带头1实现精准的角度摆动。

进一步地，水平减速机5、竖直减速机8、俯仰减速机11均具有与对应的电机适配的减速比。

请主要参阅图2，同时参阅图1、图3和图4，水平轴承套14与外部结构固定连接，在铺带头1旋转的过程中始终保持固定状态，其内部在左侧靠近水平减速机5一端设置有一个轴承，在右侧靠近中心座3一侧设置有紧挨的并列的两个轴承。水平减速机输出轴51与水平轴套6的一端固定连接，水平轴套6的另一端固定连接中心座3。工作时，水平电机4带动水平减速机5运动，水平减速机5通过其输出轴带动水平轴套6一起旋转，水平轴套6带动与其固定连接的中心座3在XZ平面内旋转，进而最终带动铺带头1在XZ平面内旋转，达到工艺要求。

旋转过程中竖直电机7、竖直减速机8、俯仰电机10、俯仰减速机11均随着中心座3一起旋转。竖直电机7、竖直减速机8，俯仰电机10、俯仰减速机11在工作时均不与其他外部结构连接固定。

请继续参阅图2，竖直电机7和竖直减速机8工作时，若水平电机4、水平减速机5，俯仰电机10、俯仰减速机11处于非工作的状态时，则中心座3对应地处于静止状态。

工作时，竖直电机7带动竖直减速机8运动，竖直减速机8通过竖直减速机输出轴81带动竖直轴套9旋转，竖直轴套9带动与其固定连接的铺带头安装座2一起运动，铺带头安装座2从而最终带动铺带头1在XY平面内旋转。其余工作过程此处从略，工作原理与水平电机4和水平减速机5配合带动铺带头1旋转的过程相似。

请主要参阅图1、图2和图4，中心座3为U型中空结构，俯仰电机10带动俯仰减速机11运动，俯仰减速机11带动与其连接的俯仰齿轮轴12运动，俯仰齿轮轴12带动与其啮合的俯仰大齿轮13，俯仰大齿轮13的两端贯穿设于中心座3的两个侧面，两端与中心座3接触部位设有轴承，以供俯仰大齿轮13旋转。俯仰大齿轮13旋转时带动与其固定连接的竖直电机7以及竖直减速机8，从而通过竖直减速机8下端的铺带头安装座2最终带动铺带头1在YZ平面内旋转。在旋转的过程中，中心座3保持静止状态(其他两个平面内不旋转的话)。

综上所述，铺带头1在各电机和减速机的配合下可实现三维空间内一定角度的旋转，从而达到铺缠工艺的要求。如果需要两轴联动或者三轴联动，则由控制系统控制两轴或三轴同时以需要的角度动作，即可达到要求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种铺缠手腕，其特征在于，包括：

用于夹持且铺缠非金属带的可在不同平面内一定角度内旋转的铺带头（1）；

用于驱动铺带头（1）在XYZ坐标系的XZ平面内旋转的水平设置的水平电机（4）和与其连接且配合使用的水平减速机（5）；

用于驱动铺带头（1）在XYZ坐标系的XY平面内旋转的竖直设置的竖直电机（7）和与其连接且配合使用的竖直减速机8；

用于驱动铺带头（1）在XYZ坐标系的YZ平面内旋转的倾斜设置的俯仰电机（10）和与其连接且配合使用的俯仰减速机（11）；

用于在不同侧面分别连接水平减速机（5）、竖直减速机（8）和俯仰减速机（11）的中心座（3）；

以及用于在中心座（3）下方连接铺带头（1）的铺带头安装座（2）。

2.如权利要求1所述的铺缠手腕，其特征在于，中心座（3）包括

水平设置的与水平减速机（5）输出轴固定连接，且外表面套有轴承，可带动铺带头（1）在XZ平面内旋转的水平轴套（6）；

竖直设置的与竖直减速机（8）输出轴固定连接，且外表面套有轴承，可带动铺带头（1）在XY平面内旋转的竖直轴套（9）。

3.如权利要求2所述的铺缠手腕，其特征在于，还包括连接俯仰减速机（11）输出轴的俯仰齿轮轴（12）、与俯仰齿轮轴（12）配合的贯穿中心座（3）的带动铺带头（1）在YZ平面内旋转的俯仰大齿轮（13）。

4.如权利要求3所述的铺缠手腕，其特征在于，铺带头安装座（2）包括与铺带头（1）连接的连接法兰。

5.如权利要求4所述的铺缠手腕，其特征在于，水平电机（4）、竖直电机（7）、俯仰电机（10）均为伺服电机。

6.如权利要求4所述的铺缠手腕，其特征在于，水平减速机（5）、竖直减速机（8）、俯仰减速机（11）均具有与对应的电机适配的减速比。