CN101234703A - 双皮筋四滑轨***式弹射机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种双皮筋四滑轨***式弹射机构。它主要包括机架5、发射仓座轨道10、发射轨道9、角度调整装置6、触发装置3、收线放线装置4以及翻转机械手1。卷线电机17通过联轴器20穿过卷线轮18，另一侧用螺栓将端盖19和卷线轮连为一体，联轴器的另一端固定在轴承座21上，销24的一端攻上螺纹并与发射仓座2连接在一起，销24的另一端连接钢丝15，发射仓座2的另一端通过两根橡皮筋8与机架5前端连接，电机14连接凸轮机构12固定在支撑板23上，机械手1通过两根铝杆固定在机架5的相应位置，瞄准装置7固定在机架5的前端中心线上。本发明可以发射不同形状、自动抓取物体、高精度定位、直线弹射、弹性势能瞬间触发、可重复利用。

Description

双皮筋四滑轨***式弹射机构

(一)技术领域

本发明涉及一种机器人的结构，具体地说是一种机械式发射装置。

(二)背景技术

随着现代工业作业条件的不断变化，越来越多地涉及到无接触式传送物体的方式，因此设计一种能够适应多种工况的弹射机构成为一种趋势。机械式物体弹射机构的设计思想来源于传统的抛射方式即储能触发式，国内相关技术的研究还比较少，比较典型的是《三皮筋轨道炮筒式发射机构》(专利申请号：200610150950.8)，该方案是炮筒式发射原理，只能发射形状简单的小型球状物体，并且发射物体的重量较轻，当待发射物体在出处区放置的方式和预发射要求的位置不同时无法调节待发射物体的位置，这样就大大局限了它的应用范围，应用领域比较狭隘。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可以发射不同形状、自动抓取物体、高精度定位、直线弹射、弹性势能瞬间触发、可重复利用的双轨道***式弹射机构的机械结构。

本发明的目的是这样实现的：

它主要包括机架5，安装在机架上的发射仓座轨道10、发射轨道9、角度调整装置6、触发装置3、收线放线装置4以及翻转机械手1，所述的收线放线装置的卷线电机17通过联轴器20穿过卷线轮18，卷线轮的另一侧用螺栓将端盖19和卷线轮连为一体，联轴器的另一端固定在轴承座21上，销24的一端攻上螺纹并与发射仓座2连接在一起，销24的另一端连接钢丝15，发射仓座2的另一端通过两根橡皮筋8与机架5前端连接，所述的触发装置3的电机14连接凸轮机构12固定在支撑板23上，机械手1通过两根铝杆固定在机架5的相应位置，瞄准装置7固定在机架5的前端中心线上。

本发明还可以包括如下的结构特征：

1.它包括两个发射仓座导轨10和两个物体发射导轨9，发射仓座导轨10和物体发射导轨9分离，四根轨道圆管组成平行机构。

2.所述机械手1通过丝杠27传动，丝杠27的两端为正旋和反旋螺纹，丝杠27通过电机29驱动，翻转电机31通过联轴器30连接机械手1，角度调整装置6固定在机架5的下侧。

3.所述发射仓座2套有两根铝质短圆管，和发射仓座导轨10配合。

4.所述的弹射机构包括提供弹性势能的橡皮筋8，橡皮筋的一端固定在机架上，另一端固定在弹射装置的十字叉弹射平面的横杆上。

5.所述触发装置3中，拔销电机14联接凸轮机构12，卡销15的一端通过钢丝13与凸轮机构12联接，另一端穿入发射支座23，卡销15在发射支座23的固定板之间穿套有弹簧13。

6.所述角度调整装置6中电机35通过联轴器连接丝杠34，螺母套33和角铝用合页32与上部构成转动副。

7.所述发射支座25后贴有可以更换的韧性橡胶。

8.所述瞄准装置7为激光笔，激光笔用热溶胶固定在机架前端的中心位置，紧贴在机架前端横杆上。

9.所述销轴24和卡销15材质为45号钢，直径8mm，销22的一端攻有M8的螺纹。

销22通过内嵌在发射仓座2的螺母与十字叉弹射平面相连，另一端与钢丝16相连，因为钢丝16柔度不够，与销轴24连接时会出现问题，我们在结合部分用铜丝缠绕，然后用焊锡灌入，这样就很好解决了连接强度问题。

联接在发射仓座2上的销轴24头部开有楔形槽，卡销15的另一端为楔形面，卡销15中间开有螺纹孔，螺纹孔用螺栓相连，卡销15在发射支座23的固定板之间穿套有弹性系数适中的弹簧13，提供推力，使得在卡销15的楔形面始终处在发射支座23的销孔中。当销轴24克服弹簧13的弹力顶开卡销15时，卡销15在弹簧13作用下向左运动，当拉到预订位置时，销轴24上的楔形沟槽与卡销15上的楔形面配合在一起，当触发时，拔销电机14带动凸轮机构12拉动钢丝13，卡销15拉出，释放销轴24，完成发射。

调整角度时，电机35固定在整体机架上，通过电机带动丝杠34转动，丝杠34和螺母套33形成丝杠螺母传动，通过合叶32带动机架5进行小角度运动，在激光笔7的配合下实现角度和方位的调整。

物体发射导轨9可以根据发射物体的不同形状和大小来改变位置，这样就能适应不同的发射对象。

双皮筋四滑轨***式弹射机构的具体工作原理是这样的：

卷线电机17带动卷线轮18通过钢丝16拉动发射仓座2，拉到预订位置时，由触发装置3的卡销15卡入发射仓座2上的销轴24的楔形槽内，发射仓座由于前端两根橡皮筋8的拉力，积蓄弹性势能，此时翻转机械手1通过丝杠27带动手掌24抓取物体，将物体放在弹射轨道上，抓取电机反转，松开该物体，在此过程中卷线电机17反转，带动卷线轮18释放钢丝绳16，然后通过角度调整装置6和瞄准装置7的协调实现高精度定位之后，拔销电机12正转，电机的转矩克服弹簧的弹力，卡销15拔出，发射仓座2瞬间释放，快速将物体弹射出去，拔销电机12停止转动，卡销15在弹簧13的作用重新被压回发射支座25中，完成一次发射。

本发明不仅可以被用在机器人竞技领域，而且还可以用于货物或者物品在一定距离内的装卸和传送(比如说在船舶无法靠岸的情况下)，还可以用于救生设备等的快速弹射，完成一些特定的任务。

(四)附图说明

图1是本发明的组装示意图；

图2是本发明触发装置及收线放线装置示意图；

图3是本发明翻转抓取机械手机构示意图；

图4是本发明角度调整装置示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

本发明包括机架5、发射仓座轨道10、发射轨道9、角度调整装置6、触发装置3、收线放线装置4以及翻转机械手1。其中卷线轮18通过联轴器20一端与轴承座21相连，一端与卷线电机17相连，固定在机架5上，通过调节垫块22的高度来使轴线与机架平行；触发装置3的电机14通过角铝固定在支撑板23上，支撑板23下面通过4根铝合金方管与机架5联接，拔销电机14带动凸轮机构12拉动钢丝13，钢丝13另一端与卡销15相连；机械手1需要实现抓取和翻转两个自由度，因此采用两个电机，电机29通过角铝固定在机械手滑动轨道上，电机29与具有正反旋的丝杠27联接，丝杠27与螺母副28构成丝杠螺母传动机构，机械臂通过与螺母副28相连，通过电机正反转实现物体的抓取和松开，翻转电机31通过联轴器30与滑动轨道相连，滑动轨道另一端通过联轴器25与轴承座26相连，构成转动副；角度调整装置6通过电机35带动丝杠34转动，丝杠34与螺母套33结合实现调整及机架的角度(其中螺母套33与机架5通过合叶相连)；双皮筋四滑轨***式弹射机构的轨道为四平行杆机构，其中发射轨道9为支撑轨道，为被弹射物体的运动轨道，发射仓座轨道10为发射仓座2的定位弹射轨道，十字弹射平面通过销轴24与钢丝16连接，通过使用与发射仓座轨道10配合的短圆管实现在轨道上的滑动。考虑到重量和可加工性，以上机构我们均采用铝材制作。

对基本机构的详细设计：

由于比赛要求精度很高，弹射轨道设计是我们遇到的最大问题。

我们曾经也尝试过类似于三皮筋轨道炮筒式发射机构的三角架弹射机构，但是他们仅局限于球类物体的弹射，比较简单，考虑到抓取物体的空间和弹***度，我们放弃了该方案。后来我们又将发射仓座轨道和物体发射轨道结合在一起的方案，重点对发射仓座弹射平面的设计，起初采用“⊥”，可在实验过程中发现，由于物体与轨道接触产生的摩擦力以及“⊥”平面与物体接触不好，在弹射过程中物体会存在翻转现象，而不是直线打出。

最终我们采用双皮筋四轨道弹射机构，该机构具有相对较高的平稳性和精确度，与被弹射物体接触良好，可直线发射等优点，同时可以人工调整皮筋的长度，来实现弹射距离的远近和精度的提高，易于实现。在制作的过程中需要保证四铝质圆管的平行度，及其装配精度，即可实现高精度的弹射。

另外机械手也是本发明的一个难点之一，为了实际应用，需要抓取物体并且将其放在弹射轨道上，所以需要设计至少两个自由度的机械手，以实现抓取和翻转。起初我们也考虑过其他传动方式，但考虑到抓取的自锁力和可靠性，最终还是采用了丝杠螺母副传动。虽然传动效率比较低，却可以提供较大夹紧力。为了提供较大的抓取物体的空间，我们设计了可供机械臂直线移动的滑道。机械臂在电机的带动下，在滑道里直线移动，滑道两侧贴有铝片，以免机械臂在移动时被卡住，起到导向的作用。电机通过角铝与滑道固定，丝杠为正反旋型式，使得电机在转动的时候，机械臂同向内侧移动或同时向外侧移动。机械臂前端设计有弧状机械手，可以绕轴转动一定的角度，在夹取的时候更容易自定心。翻转电机通过联轴器与机械手连接并且固定在支架上。

为了简化收线放线装置4，我们仅通过采用卷线轮18正反转来实现钢丝16的拉紧和释放。卷线电机由角铝固定在机架上，为了减轻重量，卷线轮18采用塑料材质，在卷线轮18圆周钻一小孔，将钢丝16一端穿过小孔，将螺母压扁将其卡死，钢丝16另一端从销轴24的孔穿过，用铜丝缠紧，然后用焊锡将其焊死，稍做修整即可。

Claims (10)

1、一种双皮筋四滑轨***式弹射机构，它主要包括机架5，安装在机架上的发射仓座轨道10、发射轨道9、角度调整装置6、触发装置3、收线放线装置4以及翻转机械手1，其特征是：所述的收线放线装置的卷线电机17通过联轴器20穿过卷线轮18，卷线轮的另一侧用螺栓将端盖19和卷线轮连为一体，联轴器的另一端固定在轴承座21上，销24的一端攻上螺纹并与发射仓座2连接在一起，销24的另一端连接钢丝15，发射仓座2的另一端通过两根橡皮筋8与机架5前端连接，所述的触发装置3的电机14连接凸轮机构12固定在支撑板23上，机械手1通过两根铝杆固定在机架5的相应位置，瞄准装置7固定在机架5的前端中心线上。

2、根据权利要求1所述的双皮筋四滑轨***式弹射机构，其特征是：它包括两个发射仓座导轨10和两个物体发射导轨9，发射仓座导轨10和物体发射导轨9分离，四根轨道圆管组成平行机构。

3、根据权利要求2所述的双皮筋四滑轨***式弹射机构，其特征是：所述机械手1通过丝杠27传动，丝杠27的两端为正旋和反旋螺纹，丝杠27通过电机29驱动，翻转电机31通过联轴器30连接机械手1，角度调整装置6固定在机架5的下侧。

4、根据权利要求3所述的双皮筋四滑轨***式弹射机构，其特征是：所述发射仓座2套有两根铝质短圆管，和发射仓座导轨10配合。

5、根据权利要求4所述的双皮筋四滑轨***式弹射机构，其特征是：所述的弹射机构包括提供弹性势能的橡皮筋8，橡皮筋的一端固定在机架上，另一端固定在弹射装置的十字叉弹射平面的横杆上。

6、根据权利要求5所述的双皮筋四滑轨***式弹射机构，其特征是：所述触发装置3中，拔销电机14联接凸轮机构12，卡销15的一端通过钢丝13与凸轮机构12联接，另一端穿入发射支座23，卡销15在发射支座23的固定板之间穿套有弹簧13。

7、根据权利要求6所述的双皮筋四滑轨***式弹射机构，其特征是：所述角度调整装置6中电机35通过联轴器连接丝杠34，螺母套33和角铝用合页32与上部构成转动副。

8、根据权利要求7所述的双皮筋四滑轨***式弹射机构，其特征是：所述发射支座25后贴有可以更换的韧性橡胶。

9、根据权利要求8所述的双皮筋四滑轨***式弹射机构，其特征是：所述瞄准装置7为激光笔，激光笔用热溶胶固定在机架前端的中心位置，紧贴在机架前端横杆上。

10、根据权利要求9所述的双皮筋四滑轨***式弹射机构，其特征是：所述销轴24和卡销15材质为45号钢，直径8mm，销22的一端攻有M8的螺纹。

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