全自動(dòng)裝盒機(jī)開(kāi)盒機(jī)構(gòu)詳解圖設(shè)計(jì)

取盒機(jī)構(gòu)對(duì)裝盒機(jī)生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率起著決定性作用，因此設(shè)計(jì)出合理的取盒機(jī)構(gòu)對(duì)裝盒包裝行業(yè)有著非常重要的意義。根據(jù)廠家的要求，結(jié)合空間連桿機(jī)構(gòu)的相關(guān) 設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)出能實(shí)現(xiàn)取盒動(dòng)作的空間連桿機(jī)構(gòu)，并利用軌跡反求法對(duì)五桿機(jī)構(gòu)的位置進(jìn)行分析。根據(jù)各連桿長(zhǎng)度不變的條件，建立桿軸構(gòu)件的空間運(yùn)動(dòng)參數(shù)方程。 應(yīng)用Solid Works建模，模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)行動(dòng)態(tài)過(guò)程。該機(jī)構(gòu)現(xiàn)己投入生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)實(shí)踐論證，結(jié)構(gòu)合理。 取盒機(jī)構(gòu)是裝盒機(jī)生產(chǎn)線上的一個(gè)獨(dú)立模塊機(jī)構(gòu)，現(xiàn)設(shè)計(jì)一種上開(kāi)蓋取盒機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)主要在于其控制方式的選擇，相比行星輪控制，其運(yùn)行精度和穩(wěn)定性更高，相比凸輪控制，其適用范圍更寬、適于系列產(chǎn)品的靈活度更高。

1取盒機(jī)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)思路

      裝盒機(jī)取盒機(jī)構(gòu)采用空間連桿機(jī)構(gòu)取盒，由吸盒一送盒一放盒3個(gè)動(dòng)作組成，整個(gè)過(guò)程通過(guò)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和空間曲柄搖桿的擺動(dòng)進(jìn)行復(fù)合控制實(shí)現(xiàn);根據(jù)實(shí)際的 取盒動(dòng)作的空間位置，確定主軸的擺動(dòng)幅度和空間曲柄搖桿的擺動(dòng)幅度以及確定二者的相互運(yùn)動(dòng)配合關(guān)系及各個(gè)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間差度關(guān)系是實(shí)現(xiàn)此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵;空間 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)位姿及其安裝位置的確定也是此次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。

      根據(jù)生產(chǎn)線的要求，運(yùn)用軌跡反求法實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)要求的運(yùn)動(dòng)軌跡，此軌跡為A一B一C一B一A的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如圖1所示。根據(jù)此運(yùn)動(dòng)軌跡的特征，對(duì)此機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合分析與設(shè)計(jì)。

2空間機(jī)構(gòu)的位置分析

2. 1空間連桿機(jī)構(gòu)自由度的確定

       首先根據(jù)此機(jī)構(gòu)的定性分析，實(shí)現(xiàn)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程需要兩個(gè)擺軸的復(fù)合擺動(dòng)來(lái)控制，即此機(jī)構(gòu)的自由度為2;另外根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)原理自由度的分析計(jì)算得到的結(jié)果同樣是自由度為2的機(jī)構(gòu)如圖2示出。

圖2空間連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1一機(jī)架4一從動(dòng)擺臂5一吸盒導(dǎo)桿6一吸盒吸頭7一主動(dòng)擺臂8一主動(dòng)往復(fù)旋轉(zhuǎn)擺軸9一曲柄搖桿10-撐桿

2. 2空間連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

      自吸盒開(kāi)始的位置為主動(dòng)往復(fù)旋轉(zhuǎn)擺軸(主擺軸)控制擺臂的空間位姿與送盒的安放位姿一致(如圖2中吸盒位置)，而空間曲柄搖桿的位姿為撐桿的撐起極 限位置，此時(shí)隨著主擺軸的擺動(dòng)，空間曲柄搖桿從撐桿撐起極限位置開(kāi)始向內(nèi)側(cè)拉進(jìn)，當(dāng)主擺軸擺動(dòng)到位姿(如圖2中特定位置)的時(shí)候，空間曲柄搖桿帶動(dòng)撐桿擺 到拉進(jìn)極限位置，至此空間曲柄搖桿拉進(jìn)動(dòng)作完成，此后只是主擺軸單獨(dú)再繼續(xù)擺動(dòng)一個(gè)小角度至位姿(如圖3吸盒位置)處，把盒子送到所需位置，至此完成取盒 進(jìn)給動(dòng)作，伴隨主擺軸小角度擺動(dòng)，撐桿與空間曲柄搖桿的十字連接會(huì)隨著主動(dòng)擺臂作隨動(dòng)球面擺動(dòng);接著主擺軸作回?cái)[動(dòng)作，過(guò)程與來(lái)時(shí)正好相反，至吸盒位置 處，到此整個(gè)吸盒動(dòng)作完成。

       以主動(dòng)往復(fù)旋轉(zhuǎn)擺軸與主動(dòng)擺臂的接點(diǎn)處為坐標(biāo)原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系OXYZ，平行于安裝板面為XOZ面，X方向?yàn)樗椒较颍琙方向?yàn)樨Q直方向，垂 直于安裝板面向外為Y方向;根據(jù)工程實(shí)際要求，將空間連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)作分解為兩部分，即平面XOZ和平面YOZ上的運(yùn)動(dòng)，而此時(shí)的空間連桿機(jī)構(gòu)也可以轉(zhuǎn)化為 單個(gè)平面上的平面機(jī)構(gòu)來(lái)加以分析;在平面XOZ上是主動(dòng)往復(fù)旋轉(zhuǎn)擺軸作一定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)盒子的擺放位置與盒子到達(dá)位置的空間關(guān)系，首先確定主動(dòng)擺臂的 尺寸M及吸盒導(dǎo)桿和從動(dòng)擺臂的各自尺寸;在YOZ面上是以曲柄搖桿的擺動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn);要實(shí)現(xiàn)撐桿的推拉動(dòng)作，只需找出撐桿的運(yùn)動(dòng)軌跡亦即撐桿與主動(dòng)擺臂的連接 點(diǎn)的軌跡，接著分析撐桿的連接點(diǎn)位置，在空間坐標(biāo)系OXYZ中任取主動(dòng)擺臂上一段長(zhǎng)為a的點(diǎn)(靠近坐標(biāo)原點(diǎn)0，距離越小越利于減小撐桿的行程，但應(yīng)以不能 使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生干涉為基準(zhǔn))，由于主動(dòng)擺臂做擺動(dòng)，所以其軌跡應(yīng)是以0為圓心、a為半徑的一段球面弧線，要從YOZ面擺到}OZ面，根據(jù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中桿長(zhǎng)不變規(guī) 則，要保證撐桿的位置適應(yīng)要求，應(yīng)該是連接點(diǎn)的位置到主動(dòng)擺臂距離也為a。

圖3吸盒位置A

1一機(jī)架2一不動(dòng)軸3一十宇連接塊4一從動(dòng)擺臂5一吸盒導(dǎo)桿6一吸盒吸頭7一主動(dòng)擺臂8一主動(dòng)往復(fù)旋轉(zhuǎn)擺軸9一曲柄搖桿10-撐桿

       在吸盒位置時(shí)(如圖3)，吸盒導(dǎo)桿的位置與水平面夾角為θ，連接點(diǎn)的坐標(biāo)應(yīng)為A（asinθ，acosθ，a）；此時(shí)撐桿完全撐起，曲柄搖桿推到極限位置。

       吸盒一送盒一放盒，送盒到放盒的過(guò)程中應(yīng)避免吸盒導(dǎo)桿與待放盒機(jī)構(gòu)干涉，因此在送盒過(guò)程中到達(dá)放盒位置之前應(yīng)該己經(jīng)到達(dá)XOZ面，如圖4為送盒過(guò)程 中剛到達(dá)XOZ平面時(shí)的位姿，此時(shí)的動(dòng)作只有主擺軸帶動(dòng)主動(dòng)擺臂繼續(xù)擺動(dòng)，而曲柄搖桿則停止擺動(dòng)，搖桿拉到極限位置，但撐桿會(huì)在位置固定的球面鉸鏈下作隨 動(dòng)旋轉(zhuǎn);此時(shí)盒子只在XOZ面上向上移動(dòng)，此時(shí)主動(dòng)擺臂位置與XOY面夾角為y，至此主擺軸旋轉(zhuǎn)過(guò)a度，所以整個(gè)取盒過(guò)程主軸旋轉(zhuǎn)的角度為a+y。

圖4送盒特定位置B

       到達(dá)放盒位置時(shí)(如圖5)，即主動(dòng)擺臂與XOZ面平行且沿X軸方向，此時(shí)連接點(diǎn)的坐標(biāo)為C (acosy，asiny，一a)。

圖5放盒位置C

      根據(jù)連接點(diǎn)在兩個(gè)動(dòng)作極端位置坐標(biāo)，H²=a²( sinθ一cosy）²+a²(cosθ一siny)²+4a²；可得出兩點(diǎn)間的弧線距離，亦即整個(gè)過(guò)程中撐桿的推拉行程L，還可算出此時(shí)主動(dòng)擺臂的擺動(dòng) 角度杯當(dāng)主動(dòng)擺臂擺恰好到平行}OZ面時(shí)，曲柄搖桿擺到拉回極限位置，此時(shí)撐桿開(kāi)始以球面鉸鏈為球心做隨動(dòng)擺動(dòng)，直到到達(dá)待放盒位置為止;據(jù)此可判斷曲柄 搖桿的拉回極限位置的鉸鏈位置應(yīng)該處在主動(dòng)擺臂在YOZ面上的擺動(dòng)幅度的垂直平分面上。

       整個(gè)送盒過(guò)程中，主擺軸和曲柄搖桿同時(shí)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間段為空間連桿從吸盒至XOZ平面位置時(shí)止，這段時(shí)間內(nèi)主動(dòng)擺臂的擺動(dòng)幅度亦即主動(dòng)擺臂與撐桿連接點(diǎn) 的擺動(dòng)幅度為點(diǎn)B到點(diǎn)A劃 過(guò)的弧線距離L，此段時(shí)間內(nèi)連接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)該在以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心a為半徑的錐面和以點(diǎn)B到點(diǎn)A的距離Lba為直徑以其中點(diǎn)C坐標(biāo)為球心的球面的交線圓 確定的面內(nèi)，據(jù)此根據(jù)空間換算可得出此面與XOY面垂直，與XOZ面的夾角為σ，亦可知撐桿在面ABC內(nèi)進(jìn)行推拉動(dòng)作，即曲柄搖桿在面ABC內(nèi)擺動(dòng);根據(jù) 工程設(shè)計(jì)要求，可令曲柄搖桿擺角為ω，由撐桿行程為L(zhǎng)，搖桿的弧線擺動(dòng)特性可換算出搖桿長(zhǎng)度為L(zhǎng)=aψ/ω;令曲柄搖桿的起始位置即處于吸盒位置時(shí)，撐桿 與曲柄處于直線位姿，曲柄搖桿的擺角可設(shè)為90“或其他任意角度(視推拉幅度而定)，根據(jù)操作空間設(shè)定曲柄搖桿的安裝位置，相應(yīng)地可得出對(duì)應(yīng)撐桿桿長(zhǎng)，至 此此空間連桿機(jī)構(gòu)及其控制部分曲柄搖桿機(jī)構(gòu)即可完全確定;此處僅提供此機(jī)構(gòu)部分相關(guān)數(shù)據(jù):盒子起始位姿斜度30°,y為15°,曲柄搖桿擺角ω為90°， 另外桿4和桿5之間的夾角始終大于90°。

3結(jié)束語(yǔ)

       取盒機(jī)構(gòu)己經(jīng)在某公司投產(chǎn)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果，得出所設(shè)計(jì)的空間連桿機(jī)構(gòu)及其控制機(jī)構(gòu)互不干涉，結(jié)構(gòu)合理，為實(shí)現(xiàn)上開(kāi)蓋取盒藥品包裝機(jī)械生產(chǎn)線的高速化、重復(fù)定位精確化提供了很好的保證。