复合材料缝合机械手的末端缝合装置及其线迹形成方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种复合材料缝合机械手的末端缝合装置及其线迹形成方法，该装置包括机架、驱动机构、刺料机构、锁线机构和送线机构，本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
复合材料缝合机械手的末端缝合装置及其线迹形成方法
本专利技术属于三维纺织复合材料预制件缝合设备
，尤其是涉及一种三维纺织复合材料预制件缝合机械手系统的末端缝合装置及其线迹形成方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是，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及其线迹形成方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：三维纺织复合材料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。三维纺织复合材料缝合机械手末端缝合装置的线迹形成方法，包括以下步骤：步骤(1)，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的穿线孔，另一根缝线的线轴置于旋梭内；步骤(2)，缝针在刺料机构运动规律的作用下带线刺入缝料上表面，经180°旋转后再次穿出缝料表面；步骤(3)，缝针回转至极限位置后做返程运动，在返程过程中，穿线孔附近的缝线由于缝料穿刺点处的挤压摩擦力而形成线环，此时旋梭在锁线机构间歇性运动的作用下回转一周，在旋梭回转过程中，旋梭梭尖位置穿过已形成的线环起到锁线的作用；步骤(4)，缝针继续做返程运动至初始位置，旋梭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)，即可得到相互锁结的连续缝合线迹。通过采用上述技术方案，本专利技术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，使得本专利技术在加工复杂三维形状预制件时具有很大优势；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纺织复合材料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。本专利技术具有结构紧凑，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专利技术，本专利技术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专利技术的解释说明，而不构成对本专利技术的任何意义上的限制，在附图中：图1是本专利技术沿各轴传动方向的平面展开图；图2是本专利技术的主视结构示意图；图3是本专利技术的后视结构示意图；图4是本专利技术的俯视结构示意图；图5是本专利技术图4俯视结构示意图中的E-E剖视图；图6是本专利技术图4俯视结构示意图中的A-A剖视图；图7是本专利技术的等轴测结构示意图；图8是本专利技术的单个周期缝合线迹形成过程中第一状态下的示意图；图9是本专利技术的单个周期缝合线迹形成过程中第二状态下的示意图；图10是本专利技术的单个周期缝合线迹形成过程中第三状态下的示意图；图11是本专利技术的单个周期缝合线迹形成过程中第四状态下的示意图；图12是本专利技术缝合加工过程中缝料正面形成的连续缝合线迹示意图；图13是本专利技术缝合加工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、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料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。...

【技术特征摘要】
1.一种复合材料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...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚福林，李亮玉，何俊杰，岳建锋，王天琪，周永宾，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12