三维纺织复合材料预制件缝合机械手的末端缝合装置

三维纺织复合材料预制件缝合机械手的末端缝合装置三维纺织复合材料预制件缝合机械手的末端缝合装置 19 中华人民共和国国家知识产权局 12 实用新型专利 10 授权公告号 45 授权公告日 21 申请号201821399785 4 22 申请日2018 08 29 73 专利权人天津工业大学地址300387天津市西青区宾水西道延长 线399号 72 发明人姚福林 李亮玉 何俊杰 岳建锋 王天琪 周永宾 74 专利代理机构天津展誉专利代理有限公司12221代理人郑晓晨 51 Int Cl D05B1 10 xx 01 D05B69 10 xx 01 D05B69 02 xx 01 D 05B55 14 xx 01 D05B57 10 xx 01 D05B43 00 xx 01 D05B57 32 xx 01 D05B85 06 xx 01 ESM 同样的发明创造已同日申请发明专利 54 实用新型名称三维纺织复合材料预制件缝合机械手的末端缝合 装置 57 摘要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 权利要求书2页说明书5页附图6页208857456U2019 05 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 和主动齿轮 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 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 相啮合的被动齿轮 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 相啮合的被动齿轮 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 相啮 合的被动齿轮 所述被动齿轮 的一侧相邻设置有用于驱动锁线 机构运动的主动伞齿轮 所述刺料机构包括设置于第三传动轴末 端的曲柄盘 所述曲柄盘 的圆周位置通过连杆 与齿条的一端 连接 所述连杆 的两端通过销轴分别与曲柄盘 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 相啮合 所述主动齿轮 与设置于第 七传动轴上的被动齿轮 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 所述曲柄盘 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 所述连杆 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 相啮合的被动伞齿轮 所述被动伞齿轮 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 其特权 利 要 求 书1 2页2208857456U2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 权 利 要 求 书2 2页3208857456U3三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 0001 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 0002 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 0003 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 0004 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 0005 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 0006 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 和主动齿轮 0007 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 0008 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 相啮合的被动齿轮 所述第三 传动轴的一端设置有刺料机构 0009 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 相啮合的被动齿 轮 所述第四传动轴的一端设置有送线机构 0010 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 相啮合的被动齿轮 所述被动齿轮 的一侧相邻设置有 用于驱动锁线机构运动的主动伞齿轮 0011 所述刺料机构包括 设置于第三传动轴末端的曲柄盘 所述曲柄盘 的圆周位置通说 明 书1 5页4208857456U4过连杆 与齿条的一端连接 所述连杆 的两 端通过销轴分别与曲柄盘 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 相啮合 所述主动齿轮 与设置于第七传动轴上的被动齿轮 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 0012 所述送线机构包括设置于 第四传动轴末端的曲柄盘 所述曲柄盘 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 所述连杆 与前挡板之间通过销钉固定连接 0013 所述锁线机构包括与所 述主动伞齿轮 相啮合的被动伞齿轮 所述被动伞齿轮 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 0014 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 0015 所述锁线转轴与连接板之间安装有滚动轴承 0016 所述前挡板上开设有用于调节连接板位置的导向调节槽 0017 所述缝针为类 弯月形 结构 该缝针的末端开设有穿线孔 0018 所述送线杆的末端开设有送线孔 0019 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 0020 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 0021 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 0022 图1是本实用新型沿各轴传动方向的 平面展开图 0023 图2是本实用新型的主视结构示意图 0024 图 3是本实用新型的后视结构示意图 0025 图4是本实用新型的俯视 结构示意图 0026 图5是本实用新型图4俯视结构示意图中的E E剖视图 说 明 书2 5页5208857456U5 0027 图6是本实用新型图4俯视结构示意图中 的A A剖视图 0028 图7是本实用新型的等轴测结构示意图 0029 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 00 30 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 0031 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 0032 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 0033 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 0034 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 0035 图中 0036 1 机架 2 驱动机构 3 刺料机构 0037 4 锁线机构 5 送线机构 6 缝料 0038 11 前挡板 12 后挡板 13 衬板 0039 14 支撑轴 15 法兰 21 电机 0040 22 带传动 23 第一传动轴 24 第二传动轴 0041 25 第三传动轴 26 第四传动轴 27 第五传动轴 0042 28 第六传动轴 29 第七传动轴 31 曲柄盘 0043 32 连杆 33 齿条 34 主动齿轮 0044 35 被动齿轮 36 缝针 41 被动伞齿轮 0045 42 锁线转轴 43 连接板 44 旋梭 0046 51 曲柄盘 52 送线杆 53 连杆 0047 111 导向调节槽 231 主动槽轮 232 主动齿轮 0048 233 主动齿轮 241 被动槽轮 242 主动齿轮 0049 251 被动齿轮 261 被动齿轮 271 被动齿轮 0050 272 主动伞齿轮 331 导向块 361 穿线孔 0051 521 送线孔 2311 槽轮拨杆具体实施方式 0052 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 232和主动齿轮 233 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 主动说 明 书3 5页6208857456U6齿轮 242 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 232相啮合的被动齿 轮 251 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 233相啮合的被动齿轮 261 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 242相啮合的被动齿轮 271 所述被动齿轮 271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 272 所述刺料机构3包括设置于第三传动轴25末端 的曲柄盘 31 所述曲柄盘 31的圆周位置通过连杆 32与齿条33 的一端连接 所述连杆 32的两端通过销轴分别与曲柄盘 31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 34相啮合 所述主动齿轮 34与设置于第七传动轴29上的被动齿轮 35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 51 所述曲柄盘 51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 53 所述连杆 53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 272相啮合的被动伞齿轮 41 所述被动伞齿轮 41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 0053 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 2 32与被动齿轮 251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 31做周期性回转运动 曲柄盘 31通过连杆 32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 34和被动齿轮 35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 242 被动齿轮 271 第五传动轴 27 主动伞齿轮 272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 41与主动伞齿轮 272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 233 被动齿轮 261 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 51做周期性回转运动 通过曲柄盘 51 送线杆 52 连杆 53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 0054 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说 明 书4 5页7208857456U7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 0055 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 0056 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 0057 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1