本發明屬于紡織設備，涉及一種基于聯動控制模式的旋轉型三維編織機。

背景技術：

1、旋轉型三維編織機是通過引入角輪機構驅動攜紗器，實現紗線在三維空間中的規律性轉移。而為了實現最大攜紗器量，將紗線進行滿載，旋轉型三維編織機是采用步進式運動(即當任意一個角輪轉動時，其周圍的角輪必須保持靜止)，為每一個角輪配備一臺獨立控制的步進電機，使得每一臺步進電機都能獨立控制，如此可以最大程度地實現對編織機的自動化控制。

2、然而，上述處理方案固然可以最大程度地實現對角輪地控制，但是電機的控制成本太大，且隨著大量步進電機地使用，電機的控制難度以及巨大的電功率負載都在極大地制約這一技術的發展，使其至今仍然停留在實驗室階段。例如，授權公告號為cn114990779b、cn114990778b、cn115287819b的專利和文獻1(rotary?three-dimensionalbraider?design?method?based?on?the?average?cutting?circle?strategy[j].engineering,2025,49(000):260-271.)中公開的旋轉式三維編織機，其每個角輪都與一個步進電機連接。

3、為解決上述問題，文獻2(design?optimization?of?a?three-dimensionalhexagonal?braiding?technique[j].textile?research?journal,2024,95(7-8):688-704.)中構建了一臺六角輪與三角輪組合形成的旋轉型三維編織機，其是通過采取一系列優化方法來減少電機功率，但最終建造出來的編織機只能獨立驅動19個角輪，這也表明使用步進電機驅動角輪的方法限制了機器規模。

4、因此，需要一種基于聯動控制模式的旋轉型三維編織機，并在聯動控制的基礎通過簡單的離合控制實現角輪獨立控制，在保留旋轉編織機獨立控制的特性同時，降低控制難度與用電功率，以解決上述問題，具有十分重要的意義。

技術實現思路

1、本發明的目的是解決現有技術存在的問題，提供一種基于聯動控制模式的旋轉型三維編織機。

2、為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

3、一種基于聯動控制模式的旋轉型三維編織機(記為旋轉型三維編織機a)，包括攜紗器、間歇式驅動裝置、m個水平布置的角輪和m根豎直布置的傳動軸，m≥2，m個角輪分別固定在m根傳動軸的頂部，所有的角輪分為n組，n≥2，同一組的角輪360°旋轉掃過的區域不重疊且同步轉動，不同組的角輪不同步轉動；

4、m根傳動軸分為兩組，一組的數量為n，記為傳動軸a，另一組的數量為(m-n)，記為傳動軸b；

5、間歇式驅動裝置包括n個槽輪機構、電機；

6、每個槽輪機構均包括一個作為主動件的水平布置的撥盤和一個作為從動件的水平布置的槽輪；

7、n個槽輪機構自下而上依次排布，電機的輸出軸豎直布置，同時穿過n個槽輪機構的撥盤的中心且與其固定連接；電機工作時，n個槽輪機構的槽輪依次單獨轉動；

8、n根傳動軸a分別穿過n個槽輪機構的槽輪的中心且與其固定連接；

9、每根傳動軸a上均套有一個主動齒輪和(n-1)個從動齒輪，主動齒輪與傳動軸a固定連接，從動齒輪與傳動軸a轉動連接；

10、每根傳動軸b上均套有一個驅動齒輪和(n-1)個被動齒輪，驅動齒輪與傳動軸b固定連接，被動齒輪與傳動軸b轉動連接；

11、第i根傳動軸a上的主動齒輪、每根其它傳動軸a上的一個從動齒輪、與第i根傳動軸a上的角輪同組的其它角輪下方的傳動軸b上的驅動齒輪、每根其它傳動軸b上的一個被動齒輪共面，形成以第i根傳動軸a上的主動齒輪為動力源的傳動齒輪組，i＝1,2,...,n。

12、電機工作時，n個槽輪機構的槽輪依次單獨轉動，由于“n根傳動軸a分別穿過n個槽輪機構的槽輪的中心且與其固定連接”，因此n根傳動軸a依次單獨轉動，又由于“主動齒輪與傳動軸a固定連接”，因此n根傳動軸a上的主動齒輪依次單獨轉動。

13、當第i根傳動軸a及其上的主動齒輪轉動時，第i組角輪轉動，原因如下：

14、由于“m個角輪分別固定在m根傳動軸的頂部”，因此第i根傳動軸a上的角輪隨之轉動；

15、由于“第i根傳動軸a上的主動齒輪、每根其它傳動軸a上的一個從動齒輪、與第i根傳動軸a上的角輪同組的其它角輪下方的傳動軸b上的驅動齒輪、每根其它傳動軸b上的一個被動齒輪共面，形成以第i根傳動軸a上的主動齒輪為動力源的傳動齒輪組，i＝1,2,...,n”，因此與第i根傳動軸a上的角輪同組的其它角輪下方的傳動軸b上的驅動齒輪隨之轉動，又由于“驅動齒輪與傳動軸b固定連接”，因此與第i根傳動軸a上的角輪同組的其它角輪下方的傳動軸b隨之轉動，又由于“m個角輪分別固定在m根傳動軸的頂部”，因此與第i根傳動軸a上的角輪同組的其它角輪隨之轉動。

16、本發明還提供另一種基于聯動控制模式的旋轉型三維編織機(記為旋轉型三維編織機b)，包括攜紗器、間歇式驅動裝置、m個水平布置的角輪和m根豎直布置的傳動軸，m≥2，m個角輪分別固定在m根傳動軸的頂部，所有的角輪分為n組，n≥2，同一組的角輪360°旋轉掃過的區域不重疊且同步轉動，不同組的角輪不同步轉動；

17、間歇式驅動裝置包括n個槽輪機構、電機、n根豎直布置的支撐軸；

18、每個槽輪機構均包括一個作為主動件的水平布置的撥盤和一個作為從動件的水平布置的槽輪；

19、n個槽輪機構自下而上依次排布，電機的輸出軸豎直布置，同時穿過n個槽輪機構的撥盤的中心且與其固定連接；電機工作時，n個槽輪機構的槽輪依次單獨轉動；

20、n根支撐軸分別穿過n個槽輪機構的槽輪的中心且與其固定連接；

21、每根支撐軸上均套有一個主動齒輪和(n-1)個從動齒輪，主動齒輪與支撐軸固定連接，從動齒輪與支撐軸轉動連接；

22、每根傳動軸上均套有一個驅動齒輪和(n-1)個被動齒輪，驅動齒輪與傳動軸固定連接，被動齒輪與傳動軸轉動連接；

23、第i根支撐軸上的主動齒輪、每根其它支撐軸上的一個從動齒輪、第i組角輪下方的驅動齒輪、每個其它角輪下方的一個被動齒輪共面，形成以第i根支撐軸上的主動齒輪為動力源的傳動齒輪組，i＝1,2,...,n。

24、電機工作時，n個槽輪機構的槽輪依次單獨轉動，由于“n根支撐軸分別穿過n個槽輪機構的槽輪的中心且與其固定連接”，因此n根支撐軸依次單獨轉動，又由于“主動齒輪與支撐軸固定連接”，因此n根支撐軸上的主動齒輪依次單獨轉動。

25、當第i根支撐軸及其上的主動齒輪轉動時，第i組角輪轉動，原因如下：

26、由于“第i根支撐軸上的主動齒輪、每根其它支撐軸上的一個從動齒輪、第i組角輪下方的驅動齒輪、每個其它角輪下方的一個被動齒輪共面，形成以第i根支撐軸上的主動齒輪為動力源的傳動齒輪組，i＝1,2,...,n”，因此第i組角輪下方的驅動齒輪隨之轉動，又由于“驅動齒輪與傳動軸固定連接”，因此第i組角輪下方的驅動齒輪所在的傳動軸隨之轉動，又由于“m個角輪分別固定在m根傳動軸的頂部”，因此第i組角輪隨之轉動。

27、旋轉型三維編織機a的優化設計記為旋轉型三維編織機a*，旋轉型三維編織機a*的優化設計記為旋轉型三維編織機a**，旋轉型三維編織機a**的優化設計記為旋轉型三維編織機a***，旋轉型三維編織機a***的優化設計記為旋轉型三維編織機a****。

28、旋轉型三維編織機b的優化設計記為旋轉型三維編織機b*，旋轉型三維編織機b*的優化設計記為旋轉型三維編織機b**，旋轉型三維編織機b**的優化設計記為旋轉型三維編織機b***，旋轉型三維編織機b***的優化設計記為旋轉型三維編織機b****。

29、旋轉型三維編織機a*和旋轉型三維編織機b*中，撥盤包括一個撥板、垂直設置于撥板上的撥銷；槽輪為徑向均布有散射狀的傳動槽的旋轉盤，旋轉盤的厚度面至少由各傳動槽的槽壁和多個凹弧面構成；撥盤繞自身中心軸旋轉時，帶動撥銷卡接于傳動槽內，驅動槽輪繞自身中心軸旋轉。

30、旋轉型三維編織機a**和旋轉型三維編織機b**中，同一個槽輪機構中，如圖8中a所示，撥盤上撥銷的數量為1，槽輪上傳動槽的數量為3，間歇轉動角度為120°；或者，撥盤上撥銷的數量為2，槽輪上傳動槽的數量為3，間歇轉動角度為240°；如圖8中b所示，或者，撥盤上撥銷的數量為1，槽輪上傳動槽的數量為4，間歇轉動角度為90°；或者，撥盤上撥銷的數量為2，槽輪上傳動槽的數量為4，間歇轉動角度為180°；如圖12中a所示，或者，撥盤上撥銷的數量為1，槽輪上傳動槽的數量為6，間歇轉動角度為60°；或者，撥盤上撥銷的數量為2，槽輪上傳動槽的數量為6，間歇轉動角度為120°；如圖12中b所示，或者，撥盤上撥銷的數量為1，槽輪上傳動槽的數量為8，間歇轉動角度為45°；或者，撥盤上撥銷的數量為2，槽輪上傳動槽的數量為8，間歇轉動角度為90°。

31、旋轉型三維編織機a***和旋轉型三維編織機b***中，n個槽輪機構中，第i個槽輪機構中的撥盤上撥銷的數量為ri，第i個槽輪機構中的槽輪上傳動槽的數量為si，i＝1,2,...,n，n、ri、si的關系滿足以下公式：

32、

33、根據上述公式可以計算各個槽輪是否可以進行組合形成間歇輸出機構，即判斷各個槽輪能否實現無干擾地間歇運動。

34、旋轉型三維編織機a****和旋轉型三維編織機b****中，n＝2，r1為1、s1為3、r2為1、s2為3(適用于3-3型編織機，即任意相鄰的兩個角輪都是三角輪的編織機)，或者r1為1、s1為3、r2為2、s2為4(適用于3-2型編織機，即任意相鄰的兩個角輪一個是三角輪，另一個是二角輪的編織機)，或者r1為1、s1為3、r2為1、s2為4(適用于3-4型編織機，即任意相鄰的兩個角輪一個是三角輪，另一個是四角輪的編織機)，或者r1為1、s1為3、r2為1、s2為8(適用于3-8型編織機，即任意相鄰的兩個角輪一個是八角輪，另一個是三角輪的編織機)，或者r1為2、s1為4、r2為1、s2為6(適用于6-2型編織機，即任意相鄰的兩個角輪一個是六角輪，另一個是二角輪的編織機)，或者r1為2、s1為6、r2為1、s2為6(適用于如圖19所示的6-3型編織機，即任意相鄰的兩個角輪一個是六角輪，另一個是三角輪的編織機)，或者r1為1、s1為6、r2為1、s2為4(適用于6-4型編織機，即任意相鄰的兩個角輪一個是六角輪，另一個是四角輪的編織機)，或者如圖6所示，r1為1、s1為4、r2為1、s2為4(適用于如圖18所示的4-4型編織機，即任意相鄰的兩個角輪都是四角輪的編織機)，或者r1為1、s1為4、r2為2、s2為4(適用于4-2型編織機，即任意相鄰的兩個角輪一個是四角輪，另一個是二角輪的編織機)，或者r1為1、s1為4、r2為1、s2為8(適用于4-8型編織機，即任意相鄰的兩個角輪一個是四角輪，另一個是八角輪的編織機)，或者r1為1、s1為8、r2為1、s2為8(適用于8-8型編織機，即任意相鄰的兩個角輪都是八角輪的編織機)；

35、或者，n＝3，r1為1、s1為6、r2為1、s2為6、r3為1、s3為6(適用于6-6型型編織機，即任意相鄰的兩個角輪一個是六角輪，另一個是六角輪的編織機)；

36、或者，如圖7所示，n＝4，r1為1、s1為4、r2為1、s2為4、r3為1、s3為4、r4為1、s4為4(適用于多步間歇4-4型編織機，即任意相鄰的兩個角輪一個是四角輪，另一個是四角輪的編織機)；

37、或者，n＝6，r1為1、s1為3、r2為1、s2為3、r3為1、s3為3、r4為1、s4為3、r5為1、s5為3、r6為1、s6為3(適用于需要進行多步間歇的3-3型編織機，即任意相鄰的兩個角輪一個是三角輪，另一個是三角輪的編織機)。

38、旋轉型三維編織機a**和旋轉型三維編織機b**中，撥盤還包括一個定位板，定位板的厚度面由一個凸弧面和至少一個凹弧面構成；定位板位于撥板的上方，二者共軸且固定連接；定位板的凸弧面可轉至與旋轉盤的凹弧面貼合，此時槽輪被制動，處于間停狀態。

39、旋轉型三維編織機b*中，每根傳動軸上均套有ceil(n/2)個補位齒輪，ceil()表示向上取整，補位齒輪與傳動軸轉動連接；

40、m根傳動軸的中間段均由內軸和滑動套筒組成，內軸的表面設有滑道，滑動套筒的內表面設有凸起，滑動套筒套在內軸上且通過滑道和凸起與內軸沿豎直方向滑動連接；

41、滑動套筒上固定套有(n-1)+ceil(n/2)個軸承，同時固定設有一個鍵，(n-1)個被動齒輪分別固定套在(n-1)個軸承上，ceil(n/2)個補位齒輪分別固定套在ceil(n/2)個軸承上，鍵嵌入驅動齒輪的內壁中；

42、滑動套筒的底部固定套有一個圓環，圓環與一個豎直布置的桿件固定連接，桿件與一個氣缸的軸固定連接；

43、滑動套筒相對于內軸滑動一定距離后，套在滑動套筒上的驅動齒輪脫離傳動齒輪組，ceil(n/2)個補位齒輪在此時填補各傳動齒輪組上的空缺。

44、旋轉型三維編織機a*和旋轉型三維編織機b*中，攜紗器包括共軸且自上而下依次連接的橢圓塊、圓柱軸和圓柱塊，橢圓塊的厚度為t，圓柱軸的直徑為d，圓柱軸的高度為h，圓柱塊的直徑大于d；

45、每根傳動軸各穿過一個圓形凸塊的中心且與其固定連接；同一根傳動軸上，圓形凸塊位于角輪的下方且與角輪上表面的距離為t，圓形凸塊的直徑小于角輪，圓形凸塊的厚度等于h，圓形凸塊位于各齒輪的上方；

46、圓形凸塊的直徑的確定方法如下：

47、在角輪的俯視圖中，以各角輪的中心為圓心分別繪制內圓和外圓，控制內圓和外圓的直徑均小于其對應的角輪，各角輪對應的內圓與外圓的半徑的差值為d，對于任意相鄰的兩個角輪a和b而言，角輪a的內圓與角輪b的外圓相切，角輪a的外圓與角輪b的內圓相切，各角輪對應的內圓的直徑即為各角輪對應的圓形凸塊的直徑。

48、旋轉型三維編織機a**和旋轉型三維編織機b**中，所有的外圓均未覆蓋的區域的下方還設有邊緣輪廓的形狀和尺寸與其相同的輔助凸塊，輔助凸塊的上表面與圓形凸塊的上表面齊平，輔助凸塊的厚度等于h，輔助凸塊通過圓柱與角輪下方的底板固定連接。

49、有益效果：

50、(1)本發明基于槽輪的聯動控制模式，使用單一電機驅動全部角輪，并且還可以在每一個角輪上使用離合裝置(即通過傳動軸中間段的上的內軸、滑動套筒以及將其通過桿件與氣缸軸連接實現)實現動力傳輸控制，以通過獨立控制每一個離合裝置來實現對每一個角輪的獨立控制。

51、(2)本發明通過利用含有滑動套筒的傳動軸，實現了對角輪運動的精確控制，其最大的優越性在于將對于單獨角輪的精確轉動控制，簡化為了固定距離的直線運動。如此，不僅避免了的大批量步進電機的使用帶來的問題，而且聯動控制使得角輪之間的間歇運動的配合更加穩定。

52、(3)本發明可實現攜紗器滿載，相比傳統的五月柱編織機(滿載會發生干涉)，使得相同的角輪可以攜帶更多的紗線。