本发明涉及一种棉花取样机械手，由机械执行装置和电气控制部分组成，所述的机械执行装置主要由底座、运动架、取样头支座、棉花取样头、推进装置和取样头进给运动装置构成；所述棉花取样头安装在所述取样头支座上，所述取样头支座与所述底座由运动架联接，所述运动架由推进装置驱动；所述取样头进给运动装置实现棉花取样头的进给和退刀。本发明涉及一种棉花取样机械手，主要是一种带圆形切割式取样刀和棉样爪的棉花取样头，所述的棉花取样刀可以实现圆形切割式取样，所述的棉样爪可以在棉样切割完毕后抓取出棉样，然后再释放出棉样，即边向前进动边进行圆形切割，取得的棉样为圆饼状，取样的深度根据需要可任意调整。
1.一种棉花取样机械手，其特征是：所述的棉花取样机械手由机械执行装置和电气控制部分组成；
所述的机械执行装置主要由底座（21）、运动架、取样头支座（22）、棉花取样头、推进装置和取样头进给运动装置构成；所述棉花取样头安装在所述取样头支座（22）上，所述取样头支座（22）与所述底座（21）由运动架联接，所述运动架由推进装置驱动；所述取样头进给运动装置实现棉花取样头的进给和退刀；
所述运动架为导板（23）和连接杆（30）构成的矩形框结构，前后各有一导板（23），左右两侧用两根连接杆（30）连接牢固，所述的导板（23）有两个导柱孔；所述运动架中固定一丝杠（31），所述丝杠（31）的布置方向与所述连接杆（30）的方向一致；
所述推进装置由取样头推进气缸（36）和活塞连杆（29）组成，所述活塞连杆（29）的一端安装在取样头推进气缸（36）的活塞顶端且所述活塞连杆（29）与所述取样头推进气缸（36）的活塞处于同一轴线；
所述推进装置的活塞连杆（29）的另一端固定于所述运动架的导板（23）；
所述取样头支座（22）下方设置两侧板，所述侧板与所述运动架的连接杆（30）垂直且开有与所述运动架的连接杆（30）过渡配合的通孔；
所述取样头进给运动装置包括取样头进给主动轮（25）、取样头进给从动轮（39）和取样头进给传动带（40），所述的取样头进给传动带（40）连接所述取样头进给主动轮（25）和所述取样头进给从动轮（39），所述取样头进给从动轮（39）的中心设置一丝杠螺母，所述丝杠螺母套在所述丝杠（31）上；所述取样头进给主动轮（25）固定空心轴（26）的一端，所述空心轴（26）的另一端固定一取样头转动驱动轮（11）；所述取样头转动驱动轮（11）通过取样头转动传动带（32）连接取样头转动主动轮（33），所述取样头转动主动轮（33）经变速箱（34）与固定于所述取样头支座（22）侧边的取样驱动电机（35）相连；所述空心轴（26）安装在取样头回转轴承（27）的内圈中，所述取样头回转轴承（27）固定于所述取样头支座（22）的上方；
所述的棉花取样头主要由棉花取样刀（7）、刀座（8）、棉样爪（9）、棉样爪回转支座（10）、取样头转动驱动轮（11）和操纵杆（19）构成，所述的刀座（8）为薄壁空心圆柱体，所述的刀座（8）前端固定2～4把棉花取样刀（7），所述的操纵杆（19）穿过所述取样头转动驱动轮（11）的中心孔与固定法兰（18）的中心孔并依次套上弹簧（12）和弹簧压板（13）且前端安装在轴承（16）的内圈中，所述取样头转动驱动轮（11）与所述固定法兰（18）用螺钉连接牢固，所述的操纵杆（19）的顶端固定一浮动旋转轴（15），所述 浮动旋转轴（15）为一螺栓，其头部压住所述轴承（16）的内圈，所述轴承（16）安装在轴承座（17）中，所述轴承座（17）前端内孔中有一个台阶，所述轴承（16）的外圈直径大于所述轴承座（17）的台阶孔径，所述轴承座（17）的前端面有螺纹孔，通过螺钉连接棉样推出拨盘（14），所述棉样推出拨盘（14）为一圆形平板，棉样爪座（20）呈径向折边和轴向折边构成的“L”形，所述棉样爪（9）固定在所述棉样爪座（20）的轴向折边上，所述的固定法兰（18）、弹簧（12）、弹簧压板（13）、轴承（16）、浮动旋转轴（15）、轴承座（17）、棉样推出拨盘（14）、棉样爪（9）和棉样爪座（20）都置于所述的刀座（8）中，所述的刀座（8）的内径和所述固定法兰（18）的外径过渡配合并用螺钉周向固定，安装后所述棉样推出拨盘（14）压在所述棉样爪座（20）的“L”形的径向折边上，所述棉样爪座（20）径向外侧固定在棉样爪回转支座（10）上，所述棉样爪回转支座（10）铰接于所述刀座（8）；
所述的棉花取样头中有3～4片棉样爪（9）组成一组；
所述棉花取样头的操纵杆（19）后端连接棉样抓取气缸（28）的活塞顶端；
所述的棉花取样刀（7）的前端为前刀面（1）、后刀面（2）、前刀刃（3）和后刀刃（4），所述前刀刃（3）为所述前刀面（1）与刀体的底面的相交线，所述后刀刃（4）为所述后刀面（2）与刀体的底面的相交线；所述前刀刃（3）和所述后刀刃（4）的夹角为75°～110°；所述前刀面（1）和所述后刀面（2）的相交线与刀体底面的夹角θ为25°～50°；所述前刀面（1）与所述后刀面（2）的面积相等；所述前刀刃（3）、所述后刀刃（4）与所述前刀面（1）和所述后刀面（2）的相交线组成的刀尖处为一刀头平面（5），所述刀头平面（5）与刀体的底面夹角为
所述底座（21）上方设置两根导柱（24），所述导柱（24）穿在所述导板（23）的导柱孔中；
所述的电气控制部分包括：并联接入取样头推进气缸前进电磁阀（Q1）、取样头推进气缸后退电磁阀（Q2）、抓取气缸收拢电磁阀（Q3）、抓取气缸张开电磁阀（Q4）、电机正转接触器（JC1）、电机反转接触器（JC2）和时间继电器（JT），取样头推进气缸前进电磁阀（Q1）前串接限位三（L3）常开和限位四（L4）常闭，取样头推进气缸后退电磁阀（Q2）前串接延时常开（JT-1）和限位五（L5）常闭，抓取气缸收拢电磁阀（Q3）前串接限位一（L1）常开和限位二（L2）常闭，抓取气缸张开电磁阀（Q4）前串接限位二（L2）常开，电机正转接触器（JC1）前串接限位四（L4）常开和限位一（L1）常闭，电机反转接触器（JC2）前串接限位五（L5）常开和限位二（L2）常闭，时间继电器前串接限位一（ L1）常开。
2.根据权利要求1所述的一种棉花取样机械手，其特征在于，所述的刀座（8）的薄壁空心圆柱体上圆周等分开有矩形窗，所述矩形窗的数量与所述棉样爪（9）的数量一致，所述刀座（8）的薄壁空心圆柱体内壁从矩形窗到前端开有凹槽；所述的棉样爪（9）为阶梯结构，其宽度等于所述的矩形窗的宽度，所述的棉样爪（9）阶梯结构中厚的部分的厚度等于所述刀座（8）的薄壁空心圆柱体的壁厚，所述的棉样爪（9）阶梯结构中薄的部分的厚度等于所述刀座（8）的凹槽的深度，所述的棉样爪（9）张开时容置在所述刀座（8）中，与所述刀座（8）的薄壁空心圆柱体的外圆直径和内圆直径一致。
3.根据权利要求1所述的一种棉花取样机械手，其特征在于，所述的棉样爪回转支座（10）为由棉样爪旋转轴（10-1）、棉样爪轴承座（10-2）和连接板（10-3）构成的矩形框结构，棉样爪旋转轴（10-1）两端分别与棉样爪轴承座（10-2）通过轴承连接，连接板（10-3）与棉样爪轴承座（10-2）通过螺钉连接；所述连接板（10-3）用螺钉固定在所述刀座（8）上，所述棉样爪旋转轴（10-1）用螺钉连接所述棉样爪座（20）的“L”形的径向折边。
4.根据权利要求1所述的一种棉花取样机械手，其特征在于，所述的棉花取样刀（7）的材料为W18Cr4V。
5.根据权利要求1所述的一种棉花取样机械手，其特征在于，所述前刀面（1）和所述后刀面（2）的相交线与刀体底面的夹角θ为34°；所述前刀刃（3）和所述后刀刃（4）的夹角为90°。
6.根据权利要求1所述的一种棉花取样机械手，其特征在于，所述的棉花取样刀（7）的两侧开有安装卡槽，所述的棉花取样刀的后端为一台阶，台阶上开有固定孔（6）；所述的刀座（8）的薄壁空心圆柱体的前端有与所述卡槽对应的安装缺口，且有与所述固定孔（6）对应的安装螺孔；所述的棉花取样刀（7）的厚度等于所述的刀座（8）的薄壁空心圆柱体的壁厚，所述的棉花取样刀（7）的刀尖超出所述的刀座（8）的薄壁空心圆柱体的端面。
7.根据权利要求1所述的一种棉花取样机械手，其特征在于，所述的棉花取样刀由刀头（Ⅰ）和刀柄（Ⅱ）两部分构成，所述的刀头（Ⅰ）和刀柄（Ⅱ）牢固连接；所述的刀头（Ⅰ）上有前刀刃（3）和后刀刃（4）；所述的刀头（Ⅰ）的后端为与刀体的底面夹角α的斜面，所述的刀柄（Ⅱ）有与之相适配的斜面。
8.根据权利要求7所述的一种棉花取样机械手，其特征在于，所述的刀头（Ⅰ）和刀柄（Ⅱ）牢固连接是指所述的刀头（Ⅰ）和刀柄（Ⅱ）粘接或焊接；所述的粘接是指所述的刀头（Ⅰ）和刀柄（Ⅱ）用1000度CPS氧化铜无机胶水粘接；所述的刀头（Ⅰ）的材料为W18Cr4V， #所述的刀柄（Ⅱ）的材料为45 钢。
9.根据权利要求1所述的一种棉花取样机械手，其特征在于，所述的棉花取样刀（7）和所述的棉样爪（9）按所述刀座（8）的薄壁空心圆柱体的圆周六等分交替布置，为三把所述的棉花取样刀（7）和三片所述的棉样爪（9）。
10.根据权利要求1所述的一种棉花取样机械手，其特征在于，所述运动架的导板（23）上固定一丝杠安装板（37），便于丝杠的安装牢固；所述底座（21）设置四个地脚螺栓（38）；
所述的取样头转动驱动轮（11）、取样头转动主动轮（33）、取样头进给主动轮（25）和取样头进给从动轮（39）都为链轮，所述取样头转动传动带（32）和取样头进给传动带（40）都是链条。
一种棉花取样机械手
技术领域
[0001] 本发明涉及一种棉花取样机械手，特别是涉及一种带圆形切割式取样刀和棉样爪的棉花取样机械手。
背景技术
[0002] 目前世界上棉包取样主要为人工取样和机械取样，而机械取样是以美国研制的液压棉花扦样机为主要方法，但该方法属于半自动取样。
[0003] 美国研制的液压棉花扦样机中的取样部件采取的是竖立平行双刀结构，双刀间距为150mm，取样时靠液压阀控制双刀从包身两侧切入棉包中，由上往下运动将棉包两侧切开两个长约254mm的大口子，再由人工用刀作横向切割，然后手工取出棉样，取出的样品宽150mm，长约230mm，重约170g左右。（详情参考United States Patent No.3464298，Cotton BaleSampling Machine，1969）
[0004] 中国国棉的取样设备在美国的经验基础上也研制了类似的带竖立平行双刀式取样刀的棉花取样部件，同样需要人工用刀作横向切割，然后手工取出棉样。
[0005] 如：实用新型专利公开号CN2693657，带有自动取样装置的液压棉花打包机。
[0006] 以上两种的不足和缺陷：都只能取得棉包表层的棉样；需要由人工用刀作横向切割，然后手工拿出棉样，不能到达全自动取样；取样的深度受制于刀片的宽度，不能调节。
[0007] 现有技术的带竖立平行双刀结构刀具的棉花取样头，都是采用了薄片式的刀片，这些刀片只能单向垂直插入棉包中，不能进行回转等切割动作。并且现有技术的刀片在插入棉包过程中，由于刀片的刃口角度很小，且双面都与棉花贴合，阻力很大，不能实现深度取样。
[0008] 棉包的圆形切割式取样目前尚无相关的文献记载，适用于圆形切割式取样的带圆形切割式取样刀和棉样爪的棉花取样头具更是无从报道，现有技术的取样设备中的取样部件根本无法应用于此种场合。
发明内容
[0009] 本发明的目的是提供一种棉花取样机械手，特别是提供一种带圆形切割式取样刀和棉样爪的棉花取样机械手。
[0010] 一种棉花取样机械手，由机械执行装置和电气控制部分组成；
[0011] 所述的机械执行装置，主要由底座、运动架、取样头支座、棉花取样头、推进装置和取样头进给运动装置构成；所述棉花取样头安装在所述取样头支座上，所述取样头支座与所述底座由运动架联接，所述运动架由推进装置驱动；所述取样头进给运动装置实现棉花取样头的进给和退刀；
[0012] 所述运动架为导板和连接杆构成的矩形框结构，前后各有一导板，左右两侧用两根连接杆连接牢固，所述的导板有两个导柱孔；所述运动架中固定一丝杠，所述丝杠的布置方向与所述连接杆的方向一致；
[0013] 所述推进装置由取样头推进气缸和活塞连杆组成，所述活塞连杆的一端安装在取样头推进气缸的活塞顶端且所述活塞连杆与所述取样头推进气缸的活塞处于同一轴线；
[0014] 所述推进装置的活塞连杆的另一端固定于所述运动架的导板；
[0015] 所述取样头支座下方设置两侧板，所述侧板与所述运动架的连接杆垂直且开有与所述运动架的连接杆过渡配合的通孔；
[0016] 所述取样头进给运动装置包括取样头进给主动轮、取样头进给从动轮和取样头进给传动带，所述的取样头进给传动带连接所述取样头进给主动轮和所述取样头进给从动轮，所述取样头进给从动轮的中心设置一丝杠螺母，所述丝杠螺母套在所述丝杠上；所述取样头进给主动轮固定空心轴的一端，所述空心轴的另一端固定一取样头转动驱动轮；所述取样头转动驱动轮通过取样头转动传动带连接取样头转动主动轮，所述取样头转动主动轮经变速箱与固定于所述取样头支座侧边的取样驱动电机相连；所述空心轴安装在取样头回转轴承的内圈中，所述取样头回转轴承固定于所述取样头支座的上方；
[0017] 所述的棉花取样头主要由刀座、棉花取样刀、棉样爪、棉样爪回转支座、取样头转动驱动轮和操纵杆构成，所述的刀座为薄壁空心圆柱体，所述的刀座前端固定2～4把棉花取样刀，所述的操纵杆穿过所述取样头转动驱动轮的中心孔与固定法兰的中心孔并依此套上弹簧和弹簧压板且前端安装在轴承的内圈中，所述取样头转动驱动轮与所述固定法兰用螺钉连接牢固，所述的操纵杆的顶端固定一浮动旋转轴，所述浮动旋转轴为一螺栓，其头部压住所述轴承的内圈，所述轴承安装在轴承座中，所述轴承座前端内孔中有一个台阶，所述轴承的外圈直径大于所轴承座的台阶孔径，所述轴承座的前端面有螺纹孔，通过螺钉连接棉样推出拨盘，所述棉样推出拨盘为一圆形平板，棉样爪座呈径向折边和轴向折边构成的“L”形，所述棉样爪固定在所述棉样爪座的轴向折边上，所述的固定法兰、弹簧、弹簧压板、轴承、浮动旋转轴、轴承座、棉样推出拨盘、棉样爪和棉样爪座都置于所述的刀座中，所述的刀座的内径和所述固定法兰的外径过渡配合并用螺钉周向固定，安装后所述棉样推出拨盘压在所述棉样爪座的“L”形的径向折边上，所述棉样爪座径向外侧固定在棉样爪回转支座上，所述棉样爪回转支座铰接于所述刀座；
[0018] 所述的棉花取样头中有3～4片棉样爪组成一组。
[0019] 所述棉花取样头的操纵杆后端连接棉样抓取气缸的活塞顶端。
[0020] 所述的棉花取样刀的前端为前刀面、后刀面、前刀刃和后刀刃，所述前刀刃为所述前刀面与刀体的底面的相交线，所述后刀刃为所述后刀面与刀体的底面的相交线；所述前刀刃和所述后刀刃的夹角为75°～110°；所述前刀面和所述后刀面的相交线与刀体底面的夹角θ为25°～50°。
[0021] 所述底座上方设置两根导柱，所述导柱穿在所述导板的导柱孔中。
[0022] 作为优选的技术方案：
[0023] 如上所述的一种棉花取样机械手，所述的刀座的薄壁空心圆柱体上圆周等分开有矩形窗，所述矩形窗的数量与所述棉样爪的数量一致，所述刀座的薄壁空心圆柱体内壁从矩形窗到前端开有凹槽；所述的棉样爪为阶梯结构，其宽度等于所述的矩形窗的宽度，所述的棉样爪阶梯结构中厚的部分的厚度等于所述刀座的薄壁空心圆柱体的壁厚，所述的棉样爪阶梯结构中薄的部分的厚度等于所述刀座的凹槽的深度，所述的棉样爪张开时容置在所述刀座中，与所述刀座的薄壁空心圆柱体的外圆直径和内圆直径一致。
[0024] 如上所述的一种棉花取样机械手，所述的棉样爪回转支座为由棉样爪旋转轴、棉样爪轴承座和连接板构成的矩形框结构，棉样爪旋转轴两端分别与棉样爪轴承座通过轴承连接，连接板与棉样爪轴承座通过螺钉连接；所述连接板用螺钉固定在所述刀座上，所述棉样爪旋转轴用螺钉连接所述棉样爪座的“L”形的径向折边。
[0025] 如上所述的一种棉花取样机械手，所述的棉花取样刀的材料为W18Cr4V；所述前刀面与所述后刀面的面积相等。
[0026] 如上所述的一种棉花取样机械手，所述前刀刃、所述后刀刃与所述前刀面和所述后刀面的相交线组成的刀尖处为一刀头平面，所述刀头平面与刀体的底面夹角为60～90°，底面边长为0.5～1mm。在刀头的刀尖去掉锐角，由于刀头的材料是硬质合金材料，非常容易爆掉一小块（称为爆角），去掉一个小锐角过大，会影响到的锋利度，过小无法避免爆角。为保证取样刀的使用寿命和锋利度，去掉锐角顶点的距离离水平地面的垂直距离约为
0.5mm。
[0027] 如上所述的一种棉花取样机械手，所述前刀面和所述后刀面的相交线与刀体底面的夹角θ为34°。刀进入棉包时需要有撑开棉包内部棉纤维的推力，若斜面角度过小，撑力也会小，刀进入会比较困难；若斜面角度过大，推动的阻力会增大。因此，只有推力和阻力达到一定的平衡时，切割效果最好。经过反复试验验证，该角度为34°时最合适。
[0028] 如上所述的一种棉花取样机械手，所述前刀刃和所述后刀刃的夹角为90°。
[0029] 如上所述的一种棉花取样机械手，所述的棉花取样刀的两侧开有安装卡槽，所述的棉花取样刀的后端为一台阶，台阶上开有固定孔。所述的刀座的薄壁空心圆柱体的前端有与所述卡槽对应的安装缺口，且有与所述固定孔对应的安装螺孔；所述的棉花取样刀的厚度等于所述的刀座的薄壁空心圆柱体的壁厚，所述的棉花取样刀的刀尖超出所述的刀座的薄壁空心圆柱体的端面。
[0030] 如上所述的一种棉花取样机械手，所述的棉花取样刀由刀头和刀柄两部分构成，所述的刀头和刀柄牢固连接；所述的刀头上有前刀刃和后刀刃；所述的刀头的后端为与刀体的底面夹角α的斜面，所述的刀柄有与之相适配的斜面。
[0031] 如上所述的一种棉花取样机械手，所述的刀头和刀柄牢固连接是指所述的刀头和刀柄（Ⅱ）粘接或焊接。
[0032] 如上所述的一种棉花取样机械手，所述的粘接是指所述的刀头和刀柄用1000度CPS氧化铜无机胶水粘接。
[0033] 如上所述的一种棉花取样机械手，所述的刀头的材料为W18Cr4V，所述的刀柄的材#料为45 钢。这样是由于刀头材料为W18Cr4V，硬度非常高，不但昂贵，而且不易加工，因此，刀柄材料选择45#钢材料制作，这样既节约成本，又易于加工。可以实现圆形切割式取样，即边向前进动边进行圆形切割，取得的棉样为圆饼状，取样的深度根据需要可任意调整。
[0034] 如上所述的一种棉花取样机械手，所述的棉花取样刀和所述的棉样爪按所述刀座的薄壁空心圆柱体的圆周六等分交替布置，为三把所述的棉花取样刀和三片所述的棉样爪。
[0035] 如上所述的一种棉花取样机械手，所述运动架的导板上固定一丝杠安装板，便于丝杠的安装牢固；所述底座设置四个地脚螺栓；所述的取样头转动驱动轮、取样头转动主动轮、取样头进给主动轮和取样头进给从动轮都为链轮，所述取样头转动传动带和取样头进给传动带都是链条。
[0036] 所述的电气控制部分包括：在220V交流电源间并联接入取样头推进气缸前进电磁阀、取样头推进气缸后退电磁阀、抓取气缸收拢电磁阀、抓取气缸张开电磁阀、电机正转接触器、电机反转接触器和时间继电器，取样头推进气缸前进电磁阀前串接限位三常开和限位四常闭，取样头推进气缸后退电磁阀前串接延时常开和限位五常闭，抓取气缸收拢电磁阀前串接限位一常开和限位二常闭，抓取气缸张开电磁阀前串接限位二常开，电机正转接触器前串接限位四常开和限位一常闭，电机反转接触器前串接限位五常开和限位二常闭，时间继电器前串接限位一常开。
[0037] 有益效果
[0038] 本发明的一种棉花取样机械手，是一种带圆形切割式取样刀和棉样爪的适用于圆形切割取样的棉花取样机械手，可以实现圆形切割式取样，即边向前进动边进行圆形切割，棉样爪可以在棉样切割完毕后抓取出棉样，然后再释放出棉样，取得的棉样为圆饼状，取样的深度根据需要可任意调整。
附图说明
[0039] 图1是本发明的机械执行装置的结构示意图
[0040] 图2是本发明的机械执行装置的取样头进给驱动装置结构示意图
[0041] 图3是本发明的一种棉花取样头的结构示意图
[0042] 图4是本发明的一种棉花取样头的爆炸结构示意图
[0043] 图5是本发明的一种棉花取样刀的结构示意图
[0044] 图6是本发明的一种便于安装的棉花取样刀的结构示意图
[0045] 图7是本发明的一种分体式棉花取样刀的结构示意图
[0046] 图8是图7的纵向剖面示意图
[0047] 图9是本发明的分体式棉花取样刀的刀头结构示意图
[0048] 图10是本发明的一种棉花取样机械手的电气控制原理示意图
[0049] 其中1是前刀面，2是后刀面，3是前刀刃，4是后刀刃，5是刀头平面，6是固定孔，[0050] 7是棉花取样刀 8是刀座 9是棉样爪 10是棉样爪回转支座
[0051] 10-1是棉样爪旋转轴 10-2是棉样爪轴承座 10-3是连接板
[0052] 11是取样头转动驱动轮 12是弹簧13是弹簧压板 14是棉样推出拨盘
[0053] 15是浮动旋转轴 16是轴承 17是轴承座 18是固定法兰 19是操纵杆
[0054] 20是棉样爪座 21是底座 22是取样头支座 23是导板 24是导柱
[0055] 25是取样头进给主动轮 26是空心轴 27是取样头回转轴承 28是棉样抓取气缸[0056] 29是活塞连杆 30是连接杆 31是丝杠 32是取样头转动传动带
[0057] 33是取样头转动主动轮 34是变速箱 35是取样驱动电机
[0058] 36是取样头推进气缸 37是丝杠安装板 38是地脚螺栓 39是取样头进给从动轮[0059] 40是取样头进给传动带
[0060] Ⅰ是刀头，Ⅱ是刀柄
[0061] L1为限位一 L2为限位二 L3为限位三 L4为限位四
[0062] L5为限位五 Q1为取样头推进气缸前进电磁阀
[0063] Q2为取样头推进气缸后退电磁阀 Q3为抓取气缸收拢电磁阀
[0064] Q4为抓取气缸张开电磁阀 JC1为电机正转接触器 JC2为电机反转接触器具体实施方式
[0065] 下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0066] 一种棉花取样机械手，由机械执行装置和电气控制部分组成；
[0067] 如图1所示，所述的机械执行装置，主要由底座（21）、运动架、取样头支座（22）、棉花取样头、推进装置和取样头进给运动装置构成；所述棉花取样头安装在所述取样头支座（22）上，所述取样头支座（22）与所述底座（21）由运动架联接，所述运动架由推进装置驱动；所述取样头进给运动装置实现棉花取样头的进给和退刀；
[0068] 所述运动架为导板（23）和连接杆（30）构成的矩形框结构，前后各有一导板（23），左右两侧用两根连接杆（30）连接牢固，所述的导板（23）有两个导柱孔；所述运动架中固定一丝杠（31），所述丝杠（31）的布置方向与所述连接杆（30）的方向一致；
[0069] 所述推进装置由取样头推进气缸（36）和活塞连杆（29）组成，所述活塞连杆（29）的一端安装在取样头推进气缸（36）的活塞顶端且所述活塞连杆（29）与所述取样头推进气缸（36）的活塞处于同一轴线；
[0070] 所述推进装置的活塞连杆（29）的另一端固定于所述运动架的导板（23）；
[0071] 所述取样头支座（22）下方设置两侧板，所述侧板与所述运动架的连接杆（30）垂直且开有与所述运动架的连接杆（30）过渡配合的通孔；
[0072] 所述取样头进给运动装置包括取样头进给主动轮（25）、取样头进给从动轮（39）和取样头进给传动带（40），见图2，所述的取样头进给传动带（40）连接所述取样头进给主动轮（25）和所述取样头进给从动轮（39），所述取样头进给从动轮（39）的中心设置一丝杠螺母，所述丝杠螺母套在所述丝杠（31）上；所述取样头进给主动轮（25）固定空心轴（26）的一端，所述空心轴（26）的另一端固定一取样头转动驱动轮（11）；所述取样头转动驱动轮（11）通过取样头转动传动带（32）连接取样头转动主动轮（33），所述取样头转动主动轮（33）经变速箱（34）与固定于所述取样头支座（22）侧边的取样驱动电机（35）相连；所述空心轴（26）安装在取样头回转轴承（27）的内圈中，所述取样头回转轴承（27）固定于所述取样头支座（22）的上方；
[0073] 如图3和4所示，所述的棉花取样头主要由刀座（8）、棉花取样刀（7）、棉样爪（9）、棉样爪回转支座（10）、取样头转动驱动轮（11）和操纵杆（19）构成，所述的刀座（8）为薄壁空心圆柱体，所述的刀座（8）前端固定2～4把棉花取样刀（7），所述的操纵杆（19）穿过所述取样头转动驱动轮（11）的中心孔与固定法兰（18）的中心孔并依此套上弹簧（12）和弹簧压板（13）且前端安装在轴承（16）的内圈中，所述取样头转动驱动轮（11）与所述固定法兰（18）用螺钉连接牢固，所述的操纵杆（19）的顶端固定一浮动旋转轴（15），所述浮动旋转轴（15）为一螺栓，其头部压住所述轴承（16）的内圈，所述轴承（16）安装在轴承座（17）中，所述轴承座（17）前端内孔中有一个台阶，所述轴承（16）的外圈直径大于所轴承座（17）的台阶孔径，所述轴承座（17）的前端面有螺纹孔，通过螺钉连接棉样推出拨盘（14），所述棉样推出拨盘（14）为一圆形平板，棉样爪座（20）呈径向折边和轴向折边构成的“L”形，所述棉样爪（9）固定在所述棉样爪座（20）的轴向折边上，所述的固定法兰（18）、弹簧（12）、弹簧压板（13）、轴承（16）、浮动旋转轴（15）、轴承座（17）、棉样推出拨盘（14）、棉样爪（9）和棉样爪座（20）都置于所述的刀座（8）中，所述的刀座（8）的内径和所述固定法兰（18）的外径过渡配合并用螺钉周向固定，安装后所述棉样推出拨盘（14）压在所述棉样爪座（20）的“L”形的径向折边上，所述棉样爪座（20）径向外侧固定在棉样爪回转支座（10）上，所述棉样爪回转支座（10）铰接于所述刀座（8）。
[0074] 所述的棉花取样头中有3～4片棉样爪（9）组成一组。
[0075] 所述棉花取样头的操纵杆（19）后端连接棉样抓取气缸（28）的活塞顶端。
[0076] 如图5所示，所述的棉花取样刀（7）的前端为前刀面（1）、后刀面（2）、前刀刃（3）和后刀刃（4），所述前刀刃（3）为所述前刀面（1）与刀体的底面的相交线，所述后刀刃（4）为所述后刀面（2）与刀体的底面的相交线；所述前刀刃（3）和所述后刀刃（4）的夹角为75°～110°；所述前刀面（1）和所述后刀面（2）的相交线与刀体底面的夹角θ为25°～50°。
[0077] 所述底座（21）上方设置两根导柱（24），所述导柱（24）穿在所述导板（23）的导柱孔中。
[0078] 所述的刀座（8）的薄壁空心圆柱体上圆周等分开有矩形窗，所述矩形窗的数量与所述棉样爪（9）的数量一致，所述刀座（8）的薄壁空心圆柱体内壁从矩形窗到前端开有凹槽；所述的棉样爪（9）为阶梯结构，其宽度等于所述的矩形窗的宽度，所述的棉样爪（9）阶梯结构中厚的部分的厚度等于所述刀座（8）的薄壁空心圆柱体的壁厚，所述的棉样爪（9）阶梯结构中薄的部分的厚度等于所述刀座（8）的凹槽的深度，所述的棉样爪（9）张开时容置在所述刀座（8）中，与所述刀座（8）的薄壁空心圆柱体的外圆直径和内圆直径一致。
[0079] 所述的棉样爪回转支座（10）为由棉样爪旋转轴（10-1）、棉样爪轴承座（10-2）和连接板（10-3）构成的矩形框结构，棉样爪旋转轴（10-1）两端分别与棉样爪轴承座（10-2）通过轴承连接，连接板（10-3）与棉样爪轴承座（10-2）通过螺钉连接；所述连接板（10-3）用螺钉固定在所述刀座（8）上，所述棉样爪旋转轴（10-1）用螺钉连接所述棉样爪座（20）的“L”形的径向折边。
[0080] 所述的棉花取样刀（7）的材料为W18Cr4V；所述前刀面（1）与所述后刀面（2）的面积相等。
[0081] 所述前刀刃（3）、所述后刀刃（4）与所述前刀面（1）和所述后刀面（2）的相交线组成的刀尖处为一刀头平面（5），所述刀头平面（5）与刀体的底面夹角为60～90°，底面边长为0.5～1mm；优选夹角为60°，底面边长为1mm。在刀头的刀尖去掉锐角，由于刀头的材料是硬质合金材料，非常容易爆掉一小块（称为爆角），去掉一个小锐角过大，会影响到的锋利度，过小无法避免爆角。为保证取样刀的使用寿命和锋利度，去掉锐角顶点的距离离水平地面的垂直距离约为0.5mm。
[0082] 所述前刀面（1）和所述后刀面（2）的相交线与刀体底面的夹角θ为34°。刀进入棉包时需要有撑开棉包内部棉纤维的推力，若斜面角度过小，撑力也会小，刀进入会比较困难；若斜面角度过大，推动的阻力会增大。因此，只有推力和阻力达到一定的平衡时，切割效果最好。经过反复试验验证，该角度为34°时最合适。
[0083] 所述前刀刃（3）和所述后刀刃（4）的夹角为90°。
[0084] 如图6所示，是一种便于安装的棉花取样刀的结构示意图，所述的棉花取样刀（7）的两侧开有安装卡槽，所述的棉花取样刀的后端为一台阶，台阶上开有固定孔（6）。所述的刀座（8）的薄壁空心圆柱体的前端有与所述卡槽对应的安装缺口，且有与所述固定孔（6）对应的安装螺孔；所述的棉花取样刀（7）的厚度等于所述的刀座（8）的薄壁空心圆柱体的壁厚，所述的棉花取样刀（7）的刀尖超出所述的刀座（8）的薄壁空心圆柱体的端面。
[0085] 如图7和8所示，是一种分体式棉花取样刀的结构示意图，所述的棉花取样刀（7）由刀头（Ⅰ）和刀柄（Ⅱ）两部分构成，所述的刀头（Ⅰ）和刀柄（Ⅱ）牢固连接；所述的刀头（Ⅰ）上有前刀刃（3）和后刀刃（4）；所述的刀头（Ⅰ）的后端为与刀体的底面夹角α的斜面，所述的刀柄（Ⅱ）有与之相适配的斜面，见图8和9。
[0086] 所述的刀头（Ⅰ）和刀柄（Ⅱ）牢固连接是指所述的刀头（Ⅰ）和刀柄（Ⅱ）粘接或焊接。
[0087] 所述的粘接是指所述的刀头（Ⅰ）和刀柄（Ⅱ）用1000度CPS氧化铜无机胶水粘接。
[0088] 1000度CPS氧化铜无机胶水配方：
[0089] 甲组分主要原料为氧化铜粉。
[0090] 乙组分主要原料为磷酸铝溶液、磷酸-钨酸钠溶液、不加缓冲剂的浓磷酸。
[0091] 胶水性能特点：
[0092] 耐高温。双组份，粉状+液状，黑色，由无机氧化铜、陶瓷材料、进口高分子高温固化剂组成，耐高温长期可达900度，瞬间最高耐受温度达1000℃。
[0093] 粘接强度高。适用于高温工况下各种金属、陶瓷、水泥、玻璃材料表面、垂直面、凸面或凹面的密封、修补。套接强度高达86Mpa。
[0094] 耐介质强。具有优良的耐介质性能、耐酸性、耐磨、耐老化、耐热性能、耐水、耐油及耐多种化学物质，固化物无毒，韧性好的优点。
[0095] 粘接方法：
[0096] 1、表面处理：打磨刀头和刀柄粘接面。
[0097] 2、清洗：用脱脂棉蘸丙酮清洗打磨过的表面以除去残存油污。
[0098] 3、涂胶：用刮板将混合好的胶水涂于刀头和刀柄粘接面，可先涂少许，用刮板反复按压。
[0099] 4、加压：将刀头和刀柄嵌压在一起，夹紧。加压的夹紧力约10公斤。
[0100] 5、固化：电炉加热固化。先在室温放置12小时然后缓慢加热到60～80℃保温2小时，再缓慢加热到150℃保温2小时，再缓慢冷却到室温。采用炉冷，冷却速度也不能过快。
[0101] 所述的刀头（Ⅰ）的材料为W18Cr4V，所述的刀柄（Ⅱ）的材料为45#钢。这样是由#于刀头材料为W18Cr4V，硬度非常高，不但昂贵，而且不易加工，因此，刀柄材料选择45 钢材料制作，这样既节约成本，又易于加工。可以达到圆形切割式取样，即边向前进动边进行圆形切割，取得的棉样为圆饼状，取样的深度根据需要可调整。
[0102] 所述的棉花取样刀（7）和所述的棉样爪（9）按所述刀座（8）的薄壁空心圆柱体的圆周六等分交替布置，为三把所述的棉花取样刀（7）和三片所述的棉样爪（9）。
[0103] 所述运动架的导板（23）上固定一丝杠安装板（37），便于丝杠的安装牢固；所述底座（21）设置四个地脚螺栓（38）；所述的取样头转动驱动轮（11）、取样头转动主动轮（33）、取样头进给主动轮（25）和取样头进给从动轮（39）都为链轮，所述取样头转动传动带（32）和取样头进给传动带（40）都是链条。
[0104] 如图10所示，是本发明的一种棉花取样机械手的电气控制原理示意图，限位一L1在刀前，进刀极限；限位二L2在刀尾，退刀极限；限位三L3在取样棉花包输送滚道上，为取样棉花包输送极限。在220V交流电源间并联接入取样头推进气缸前进电磁阀（Q1）、取样头推进气缸后退电磁阀（Q2）、抓取气缸收拢电磁阀（Q3）、抓取气缸张开电磁阀（Q4）、电机正转接触器（JC1）、电机反转接触器（JC2）和时间继电器（JT），取样头推进气缸前进电磁阀（Q1）前串接限位三（L3）常开和限位四（L4）常闭，取样头推进气缸后退电磁阀（Q2）前串接延时常开（JT-1）和限位五（L5）常闭，抓取气缸收拢电磁阀（Q3）前串接限位一（L1）常开和限位二（L2）常闭，抓取气缸张开电磁阀（Q4）前串接限位二（L2）常开，电机正转接触器（JC1）前串接限位四（L4）常开和限位一（L1）常闭，电机反转接触器（JC2）前串接限位五（L5）常开和限位二（L2）常闭，时间继电器（JT）前串接限位一（L1）常开。
[0105] 动作说明：
[0106] 1、当需要取样的棉包到位后撞到限位三（L3），取样头推进气缸前进电磁阀（Q1）得电，气缸（36）活塞向左做顶出，即向左运动，同时带动运动架以上的部件向左运动到取样位置，即取样头接近需要取样的棉包，撞到限位四（L4），取样头推进气缸前进电磁阀（Q1）失电，电机正转接触器（JC1）得电，电动机正转；
[0107] 2、然后取样头在电动机变速箱的驱动下开始运转，同时带动取样头进给主动轮（25）和取样头进给从动轮（39）转动，由于取样头进给从动轮（39）内圈是套在丝杠（31）上的螺母，并且通过轴承固定在取样头支座（22）上，而丝杠（31）是固定在运动架上的。这样取样头支座（22）和取样头同时向左运动，边向前进动边进行圆形切割，从而完成钻进取样的动作；
[0108] 3、当达到设定的取样深度后，撞到限位一（L1），电机正转接触器（JC1）失电，抓取气缸收拢电磁阀（Q3）得电，气缸（28）的活塞收进，即向右运动，带动取样爪收拢，将取得的棉花样品夹持住；
[0109] 4、抓取气缸收拢电磁阀（Q3）得电的同时，时间继电器（JT）得电，延时常开（JT-1）延时闭合，取样头推进气缸后退电磁阀（Q2）得电，气缸（36）的活塞收进，即向右运动，到达限定位置后撞到限位五（L5），取样头推进气缸后退电磁阀（Q2）失电，电机反转接触器（JC2）得电，取样头再反向旋转，同时带动取样头进给主动轮（25）和取样头进给从动轮（39）转动，取样头支座（22）向右运动，达到限定位置撞到限位二（L2）后，抓取气缸收拢电磁阀（Q3）失电，抓取气缸张开电磁阀（Q4）得电，气缸（28）的活塞顶出，棉样推出拨盘向右运动至取样头筒体的口部齐平，同时取样爪在内部弹簧的作用下放开，将取得的棉花样品顶出，完成整个取样动作。
