取盒機(jī)構(gòu)對裝盒機(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)取盒動作的空間連桿機(jī)構(gòu)，并利用軌跡反求法對五桿機(jī)構(gòu)的位置進(jìn)行分析。根據(jù)各連桿長度不變的條件，建立桿軸構(gòu)件的空間運(yùn)動參數(shù)方程。 應(yīng)用Solid Works建模，模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)行動態(tài)過程。該機(jī)構(gòu)現(xiàn)己投入生產(chǎn)，經(jīng)過實(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)動作組成，整個(gè)過程通過主軸的轉(zhuǎn)動和空間曲柄搖桿的擺動進(jìn)行復(fù)合控制實(shí)現(xiàn);根據(jù)實(shí)際的 取盒動作的空間位置，確定主軸的擺動幅度和空間曲柄搖桿的擺動幅度以及確定二者的相互運(yùn)動配合關(guān)系及各個(gè)運(yùn)動的時(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)動軌跡，此軌跡為A一B一C一B一A的往復(fù)運(yùn)動，如圖1所示。根據(jù)此運(yùn)動軌跡的特征，對此機(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)動過程需要兩個(gè)擺軸的復(fù)合擺動來控制，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)簡圖

1一機(jī)架4一從動擺臂5一吸盒導(dǎo)桿6一吸盒吸頭7一主動擺臂8一主動往復(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

      自吸盒開始的位置為主動往復(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，空間曲柄搖桿從撐桿撐起極限位置開始向內(nèi)側(cè)拉進(jìn)，當(dāng)主擺軸擺動到位姿(如圖2中特定位置)的時(shí)候，空間曲柄搖桿帶動撐桿擺 到拉進(jìn)極限位置，至此空間曲柄搖桿拉進(jìn)動作完成，此后只是主擺軸單獨(dú)再繼續(xù)擺動一個(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)給動作，伴隨主擺軸小角度擺動，撐桿與空間曲柄搖桿的十字連接會隨著主動擺臂作隨動球面擺動;接著主擺軸作回?cái)[動作，過程與來時(shí)正好相反，至吸盒位置 處，到此整個(gè)吸盒動作完成。

       以主動往復(fù)旋轉(zhuǎn)擺軸與主動擺臂的接點(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)的動作分解為兩部分，即平面XOZ和平面YOZ上的運(yùn)動，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)來加以分析;在平面XOZ上是主動往復(fù)旋轉(zhuǎn)擺軸作一定角度的轉(zhuǎn)動，根據(jù)盒子的擺放位置與盒子到達(dá)位置的空間關(guān)系，首先確定主動擺臂的 尺寸M及吸盒導(dǎo)桿和從動擺臂的各自尺寸;在YOZ面上是以曲柄搖桿的擺動來實(shí)現(xiàn);要實(shí)現(xiàn)撐桿的推拉動作，只需找出撐桿的運(yùn)動軌跡亦即撐桿與主動擺臂的連接 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中任取主動擺臂上一段長為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))，由于主動擺臂做擺動，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)動過程中桿長不變規(guī) 則，要保證撐桿的位置適應(yīng)要求，應(yīng)該是連接點(diǎn)的位置到主動擺臂距離也為a。

圖3吸盒位置A

1一機(jī)架2一不動軸3一十宇連接塊4一從動擺臂5一吸盒導(dǎo)桿6一吸盒吸頭7一主動擺臂8一主動往復(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為送盒過程 中剛到達(dá)XOZ平面時(shí)的位姿，此時(shí)的動作只有主擺軸帶動主動擺臂繼續(xù)擺動，而曲柄搖桿則停止擺動，搖桿拉到極限位置，但撐桿會在位置固定的球面鉸鏈下作隨 動旋轉(zhuǎn);此時(shí)盒子只在XOZ面上向上移動，此時(shí)主動擺臂位置與XOY面夾角為y，至此主擺軸旋轉(zhuǎn)過a度，所以整個(gè)取盒過程主軸旋轉(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)過程中撐桿的推拉行程L，還可算出此時(shí)主動擺臂的擺動 角度杯當(dāng)主動擺臂擺恰好到平行}OZ面時(shí)，曲柄搖桿擺到拉回極限位置，此時(shí)撐桿開始以球面鉸鏈為球心做隨動擺動，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)該處在主動擺臂在YOZ面上的擺動幅度的垂直平分面上。

       整個(gè)送盒過程中，主擺軸和曲柄搖桿同時(shí)運(yùn)動的時(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)主動擺臂的擺動幅度亦即主動擺臂與撐桿連接點(diǎn) 的擺動幅度為點(diǎn)B到點(diǎn)A劃 過的弧線距離L，此段時(shí)間內(nèi)連接點(diǎn)的運(yùn)動軌跡應(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)行推拉動作，即曲柄搖桿在面ABC內(nèi)擺動;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，搖桿的弧線擺動特性可換算出搖桿長度為L=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)地可得出對應(yīng)撐桿桿長，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

       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。