一种三自由度浇铸机器人

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本发明涉及浇铸铸造业，具体是一种批量生产的汽车、摩托车或空气压缩机 活塞铸造用三自由度浇铸装置。\n在现有技术中，铸造业工作环境恶劣，自动化程度处于较底水平，如：活塞铸造 等工作作业环境温度高达40℃以上，劳动强度极大。现存浇铸用机器人一般有两 类，第一种：采用链条传动或凸轮传动纯机械机构方式，由于受机构限制，使其在运 动范围及对铸件浇铸条件变化等情况的适应能力不能满足要求；第二种：经过通用 型机器人附加加长杆等方法进行改造而成，但该形式存在三点明显不足：A.通用垂 直关节机器人加加长杆方式，受机器人路径规化限制，存在较大工作姿态死区，特 别是难以满足浇铸铸造全面自动化的需求；B.采用加长杆方式时，由于对末端浇勺 回转的传动只能采用凸轮或链条传动，使浇勺回转角较小，回转角速度非线性等， 远不能适应浇铸作业中，浇勺取液、称量及浇铸等动作时的特定运动角度及速度 要求，难以保证铸造要求及铸件质量；C.通用机器人改造方法，其机器人必需选用 六自由度及较大型机器人(工作负荷100kg左右)，因此成本过高，对机器人本身具 有的其他优点和特长又是一个浪费。\n为了克服上述不足，本发明的目的是提供一种耐高温作业，远距离精密传动， 工作空间大，运行平稳，结构简单，成本低，可靠性好，精度高的三自由度浇铸机器 人。\n为了实现上述目的，本发明的技术方案是：由基座、立柱、底座、腰部回转轴、 摆动臂和浇铸手组成，其中基座之上立柱通过带电缆的底座与腰部回转轴连接，摆 动臂一端安装于腰部回转轴的轴架上，另一端连接于浇铸手；\n所述腰部回转轴由电机A和轴架组成，其中电机A通过其上的减速器输出轴与 轴架轴承连接，所述轴架固定在底座上，其形状为一带有两个分离的不同高度凸台 的圆形座；\n所述摆动臂由肩关节、传动机构、带有平衡缸的大臂、带有传感器的小臂、 肘关节和拉杆组成，其中位于轴架上的肩关节与大臂固连，拉杆一端铰连于轴架的 一个较高的凸台上，另一端铰连于小臂一端；所述平衡缸一端安装于大臂上方，其 另一端与轴架上的另一个较低的凸台铰连，来自肩关节的大臂的另一端通过肘关 节铰连于小臂上半部，所述小臂末端与浇铸手固连；由齿轮、齿条组成的传动机构 置于空心大小臂之中，其大臂内的齿条的一端与肩关节啮合，另一端通过肘关节上 的一个齿轮啮合，小臂中的齿条安装于肘关节另一个齿轮和浇铸手之间；\n所述传动机构为平行四边形，由拉杆、大臂构成两个水平对边，另外两个平行 对边分别为所述肘关节和小臂端头之间部分及所述电机C所在的轴架上的凸台；\n所述肩关节由电机B、电机C组成，其中电机B与电机C同轴安装于大臂一端的 两侧，所述电机B通过其上的减速器输出轴与大臂固连，电机C通过减速器输出轴与 齿条啮合；\n所述肘关节为连接大臂和小臂的一个小轴，其两端分别带有齿轮；\n所述齿条的中段为钢管相接；\n所述浇铸手由两个齿轮构成的齿轮组、浇勺回转轴、浇勺和浇铸手箱体组成， 其中来自小臂中的齿条啮合于浇铸手箱体里齿轮组中的一个齿轮，与其啮合的另 一个齿轮啮合于浇勺回转轴，两个浇勺固连于所述浇勺回转轴两端，所述小臂上固 定安装的传感器位于两个所述浇勺之间。本发明用于浇铸。\n本发明具有如下优点：\n1.采用齿轮齿条传动方式，达到耐高温作业，远距离精密传动，较大的工作空 间，基本免维护。\n2.采用全数字式交流伺服控制技术，并配合高刚性高精度减速机，至使机器人 运行平稳灵活。\n3.三自由度结构方式设计，使用最少自由度同时完全满足浇铸铸造作业的需 求，简化机器人机械结构，提高可靠性，同时机器人臂采用薄臂型钢结构，降低了成 本。\n4.末端齿轮箱结构设计，使浇勺具有足够的工作回转角，另外采用了消除间隙 结构，浇勺回转准确，提高浇铸液体称量精度。\n下面结合附图对本发明的结构特点和工作原理做进一步详细说明。\n图1为本发明结构示意图。\n图2为图1俯视图。\n如图1、图2所示，本发明由基座、立柱、底座、腰部回转轴、摆动臂和浇铸 手组成，其中基座1之上立柱2通过带电缆3的底座4与腰部回转轴5连接，摆动臂一 端安装于腰部回转轴5的轴架52上，另一端连接于浇铸手12，立柱2是用于机器人安 装和提供合适工作高度的，改变立柱2及摆动臂长度即可以改变本实用新型工作空 间，适应不同型号的浇铸机；\n所述腰部回转轴5由电机A51和轴架52组成，其中电机A51通过其上的减速器输 出轴与轴架52轴承连接，所述轴架52固定在底座4上，其形状为一带有两个分离的 不同高度凸台521、522的圆形座，本发明采用交流伺服电机与高刚性、高精度回 转矢量减速机直联结构，并采用交叉滚子回转轴承支承；\n所述摆动臂由肩关节6、传动机构、带有平衡缸7的大臂8、带有传感器13的 小臂11、肘关节10和拉杆9组成，其中位于轴架52上的肩关节6与大臂8固连，拉杆9 一端铰连于轴架52的一个较高的凸台521上，另一端铰连于小臂11一端；所述平衡 缸7一端安装于大臂8上方，其另一端与轴架52上的另一个较低的凸台522铰连，来 自肩关节6的大臂8的另一端通过肘关节10铰连于小臂11上半部，所述小臂11末端 与浇铸手12固连；由齿轮、齿条组成的传动机构置于空心大小臂之中，其大臂8内 的齿条81的一端与肩关节6啮合，另一端通过肘关节10上的一个齿轮啮合，小臂11 中的齿条111安装于肘关节10另一个齿轮和浇铸手12之间；\n所述浇铸手12由两个齿轮构成的齿轮组121、浇勺回转轴122、浇勺123和浇 铸手箱体124组成，其中来自小臂11中的齿条111啮合于浇铸手箱体124里齿轮组 121中的一个齿轮，与其啮合的另一个齿轮啮合于浇勺回转轴122，两个浇勺123固 连于所述浇勺回转轴122两端，所述小臂11上固定安装的传感器13位于两个所述浇 勺124之间；\n所述传动机构为平行四边形，由拉杆9、大臂8构成两个水平对边，另外两个平 行对边分别为所述肘关节10和小臂11端头之间部分及所述电机C62所在的轴架52 上的凸台521，在大臂8的仰俯运动中，小臂11始终保持特定的姿态，使本发明在浇 铸工作中保持浇勺123姿态恒定，铸造金属液体不会外溢；\n所述肩关节6由电机B61、电机C62组成，其中电机B61与电机C62同轴安装于 大臂8一端的两侧，所述电机B61通过其上的减速器输出轴与大臂8固连，电机C62通 过减速器输出轴与齿条81啮合；\n所述肘关节10为连接大臂8和小臂11的一个小轴，其两端分别带有齿轮；\n所述齿条81、111的中段为钢管相接。\n本发明用于浇铸，其作业过程如下：\n接获浇铸指令，大臂8下俯，浇勺123取液，称量，大臂8抬起，待浇铸，大臂8抬起， 腰部回转轴5回转到达浇铸机上方；大臂8下降，停止后浇勺123回转浇铸，浇铸完毕， 按原路返回。