CN106378408B - 节能的重载锻造操作机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型节能的重载锻造操作机器人，包括升降机构、夹钳机构、夹钳伸缩机构、夹钳头部竖直面旋转机构、夹钳机构水平回转机构以及移动机构；其中，夹钳机构水平回转机构设置在移动机构上；升降机构、夹钳机构、夹钳伸缩机构、夹钳头部竖直面旋转机构设置在夹钳机构水平回转机构上；移动机构用于带动夹钳机构水平回转机构运动；夹钳机构水平回转机构用于带动升降机构、夹钳机构、夹钳伸缩机构、夹钳头部竖直面旋转机构水平回转；夹钳头部竖直面旋转机构用于驱动夹钳机构在竖直面内旋转；夹钳伸缩机构用于驱动夹钳机构的伸缩；升降机构用于驱动夹钳机构在水平面内升降。本发明为一种9自由度的移动重载作业机器人，适用范围较广。

Description

节能的重载锻造操作机器人

技术领域

本发明涉及机器人，具体地，涉及一种节能的重载锻造操作机器人。

背景技术

随着国民经济发展与基础设施建设的速度越来越快，国内对大型锻造液压机的需求也越来越大，拒不完全统计，仅目前在建的万吨级大型自由锻造液压机就超过十台套，而这些自由锻造液压机都亟需配备与之相应的重载锻造操作机器人。目前随着产业的发展，对重载锻造操作机器人所具有的功能需求变得多样化，例如夹钳机构的伸缩和回转等功能。同时，对重载锻造操作机器人节能也提出要求，因此，开发具有节能、多样化的重载锻造操作机器人变得非常重要，这关系到国家工业水平的提升。

经过对现有文献的检索发现专利申请号为201210420626.9，名称为一种多悬挂杆组合式锻造操作机。该发明通过整机移动和工件的夹取都是通过机架的行驶在固定轨道上来实现的，该装置只能沿着轨道进行工作，而对于在轨道左右的工件和需要到电炉取的工件，这时需要夹钳具有伸缩功能、水平左右回转功能和平衡夹钳伸长工作时的力矩的功能，该装置不能有效的工作，同时在提升过程中，用较大的力提升重量较小的工件，能源浪费比较严重。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种节能的重载锻造操作机器人。

根据本发明提供的节能的重载锻造操作机器人，包括升降机构、夹钳机构、夹钳伸缩机构、夹钳头部竖直面旋转机构、夹钳机构水平回转机构以及移动机构；

其中，所述夹钳机构水平回转机构设置在所述移动机构上；所述升降机构、夹钳机构、夹钳伸缩机构、夹钳头部竖直面旋转机构设置在所述夹钳机构水平回转机构上；

所述移动机构用于带动所述夹钳机构水平回转机构运动；所述夹钳机构水平回转机构用于带动所述升降机构、夹钳机构、夹钳伸缩机构、夹钳头部竖直面旋转机构水平回转；所述夹钳头部竖直面旋转机构用于驱动所述夹钳机构在竖直面内旋转；所述夹钳伸缩机构用于驱动所述夹钳机构的伸缩；所述升降机构用于驱动所述夹钳机构在水平面内升降，进行高度调整。

优选地，所述移动机构包括下端基体、车轮以及链轮；

下端基体上设置有车轮，通过车轮能够在导轨上移动；所述链轮安装在下端基体两侧；所述链轮驱动所述车轮运动。

优选地，所述夹钳机构水平回转机构包括上端基体水平回转环形导轨、下端基体齿轮盘、上端基体小齿轮以及上端基体；

所述下端基体的顶侧面上设置有上端基体水平回转环形导轨，所述上端基体的下端面设置在所述上端基体水平回转环形导轨，能够沿所述上端基体水平回转环形导轨转动；

所述下端基体齿轮盘和上端基体水平回转环形导轨同心安装；

上端基体小齿轮沿所述下端基体齿轮盘周向分布，与所述下端基体齿轮盘啮合；上端基体小齿轮连接上端基体的下侧伺服电机和/或液压马达的输出轴上。

优选地，所述升降机构包括后提升梁、前提升梁、侧移液压缸、前提升梁移动轴、夹钳移动基座、前端提升臂、提升杆、提升缸体、俯仰缸体、缓冲保护套、俯仰缸体活塞杆、滑动套筒、滑动轴、提升缸体以及缓冲液压缸；

前提升梁和后提升梁的后侧两端分别通过上端基体的顶部凹槽连接在上端基体上；前提升梁移动轴设置在前提升梁的前侧端，前提升梁移动轴通过第一轴承连接前端提升臂的上端；后提升梁的前端横轴通过第二轴承连接俯仰缸体；

前端提升臂的下端、俯仰缸体的俯仰缸体活塞杆分别通过第三轴承、第四轴承连接夹钳移动基座；俯仰缸体用于通过俯仰缸体活塞杆控制夹钳移动基座俯仰；

提升杆的上端铰接前提升梁或后提升梁的前侧端；所述滑动套筒的内侧设置有滑动轴，滑动轴一端铰接提升杆的下端，另一端铰接提升缸体的提升缸体活塞杆；滑动轴和滑动套筒成滑动副，提升缸体的上端铰接上端基体；所述滑动套筒设置在上端基体的支撑杆上形成杠杆机构；

缓冲保护套设置在夹钳移动基座的底侧面上；前提升梁两侧安装侧移液压缸，侧移液压缸的活塞杆和前提升梁移动轴相连；

侧移液压缸和夹钳移动基座底部的液压装置相互配合实现夹钳机构的夹钳基体的左右移动；缓冲液压缸后端安装在夹钳移动基座上，前段端铰接在前端提升臂上。

优选地，所述夹钳机构包括钳连接颈、夹钳、夹钳基体以及移动滑枕

所夹钳连接颈的前端连接夹钳，后端连接夹钳基体；夹钳基体和移动滑枕通过螺栓连接；

移动滑枕设置在夹钳移动基座的导轨上，使夹钳连接颈、夹钳、夹钳基体在夹钳移动基座上沿着导轨前后移动。

优选地，所述夹钳头部竖直面旋转机构包括转向马达、主动小齿轮、夹钳转向轴以及转向大齿轮；

所述转向马达设置在夹钳基体的末端两侧，所述转向马达的输出端与主动小齿轮相连，主动小齿轮与转向大齿轮啮合；所述转向大齿轮设置在所述夹钳基体的后端；

所述夹钳转向轴的一端连接夹钳的外壳，另一端连接所述转向大齿轮；所述转向大齿轮驱动夹钳转动。

优选地，所述夹钳伸缩机构包括夹钳移动油缸、夹钳张闭连接轴以及夹钳张闭直线马达；

夹钳移动油缸安装在夹钳移动基座内部环形底部上；所述夹钳移动油缸29驱动所述夹钳基体在夹钳移动基座上沿着导轨前后移动；

所述夹钳张闭连接轴的一端铰接所述夹钳的钳体，另一端连接所述夹钳张闭直线马达的活塞杆。

优选地，所述夹钳转向轴、夹钳张闭连接轴、夹钳张闭直线马达同心安装。

优选地，还包括平衡块、平衡块活塞杆以及平衡块调节器；

所述上端基体的后端设置有平衡块调节器，平衡块调节器设置在上端基体内侧的导轨上，并与平衡块活塞杆连接；平衡块和平衡块活塞杆相连。

优选地，所述上端基体小齿轮的数量为三个；

其中，一个上端基体小齿轮由伺服电机驱动；另两个上端基体小齿轮由液压马达驱动。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中重载锻造操作机器人是一种9自由度的移动重载作业机器人，适用范围较广，其中9个自由度包括，升降构两对独立工作提升液压缸、夹钳旋转，夹钳移动基座俯仰，夹钳基座左右移动，夹钳伸缩，夹钳的开合，上端基体旋转和机器人工作过程中平衡调节；本发明的整体移动是通过机架的行驶在固定轨道上来实现的，上端基体可以进行水平回转运动，根据工作需要夹钳可以进行大尺度(2-10米)的伸缩运动，同时夹钳可以绕其钳杆轴线360度旋转，夹钳有升降运动、俯仰运动、小尺度(0.2-0.5米)的前后移动以及左右移动；本发明中液压动力装置提供动力和平衡夹钳伸长工作的力矩。

2、本发明夹钳在升降过程中升降机构运用并联杠杆机构，用较小的力来提升较大的重量的工件，节省能源,同时并联杠杆机构能够自适应调整，随着提升过程中，滑动轴在滑动套筒滑动，实时调整杠杆支点，既能达到省力，即省一半的力以上，又能避免升降运动过程中的干涉。夹钳伸缩过程中，平衡装置能自适应平衡夹钳伸长工作的力矩。尾部的液压动力装置提供动力。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中升降机构的结构示意图；

图3是本发明中夹钳移动的结构示意图；

图4是本发明中夹钳移动的结构的后视图；

图5是本发明中下端基体的示意图；

图6是本发明中夹钳的剖视图；

图7是本发明中上端基体的局部剖视图；

图8是本发明中上端基体的左视图。

图9是本发明中上端基体中杠杆提升机构示意图。

其中：

1为下端基体；2为链轮保护罩；3为上端基体；4为液压动力装置；5为后提升梁；6为前提升梁；7为侧移液压缸；8为前提升梁移动轴；9为夹钳移动基座；10为夹钳连接颈；11为夹钳；12为前端提升臂；13为提升杆；14为俯仰缸体；15为缓冲保护套；16为俯仰缸体活塞杆；17为滑动套筒；18为提升缸体；19为缓冲液压缸；20为夹钳基体；21为移动滑枕；22为转向马达；23为前提升臂连接轴；24为转向大齿轮；25为主动小齿轮；26为俯仰缸体活塞杆连接轴；27为夹钳转向轴；28为夹钳张闭连接轴；29为夹钳张闭直线马达；30为夹钳移动油缸；31为链轮；32为下端基体齿轮盘；33为上端基体小齿轮；34为上端基体水平回转环形导轨；35为平衡块调节器；36为平衡块活塞杆；37为平衡块；38为车轮；39为滑动轴；40为提升缸体活塞杆。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本实施例中，本发明提供的重载锻造操作机器人包括升降机构、夹钳机构、夹钳伸缩机构、夹钳头部竖直面旋转机构、夹钳机构水平回转机构以及移动机构；

其中，所述夹钳机构水平回转机构设置在所述移动机构上；所述升降机构、夹钳机构、夹钳伸缩机构、夹钳头部竖直面旋转机构设置在所述夹钳机构水平回转机构上；

所述移动机构用于带动所述夹钳机构水平回转机构运动；所述夹钳机构水平回转机构用于带动所述升降机构、夹钳机构、夹钳伸缩机构、夹钳头部竖直面旋转机构水平回转；所述夹钳头部竖直面旋转机构用于驱动所述夹钳机构在竖直面内旋转；所述夹钳伸缩机构用于驱动所述夹钳机构的伸缩；所述升降机构用于驱动所述夹钳机构在水平面内升降，进行高度调整。

所述移动机构包括下端基体、车轮以及链轮；

下端基体上设置有车轮，通过车轮能够在导轨上移动；所述链轮安装在下端基体两侧；所述链轮驱动所述车轮运动。

所述夹钳机构水平回转机构包括上端基体水平回转环形导轨、下端基体齿轮盘、上端基体小齿轮以及上端基体；

所述下端基体的顶侧面上设置有上端基体水平回转环形导轨，所述上端基体的下端面设置在所述上端基体水平回转环形导轨，能够沿所述上端基体水平回转环形导轨转动；

所述下端基体齿轮盘和上端基体水平回转环形导轨同心安装；

上端基体小齿轮沿所述下端基体齿轮盘周向分布，与所述下端基体齿轮盘啮合；上端基体小齿轮连接上端基体的下侧伺服电机和/或液压马达的输出轴上。

所述升降机构包括后提升梁、前提升梁、侧移液压缸、前提升梁移动轴、夹钳移动基座、前端提升臂、提升杆、提升缸体、俯仰缸体、缓冲保护套、俯仰缸体活塞杆、滑动套筒、滑动轴、提升缸体以及缓冲液压缸；

前提升梁和后提升梁的后侧两端分别通过上端基体的顶部凹槽连接在上端基体上；前提升梁移动轴设置在前提升梁的前侧端，前提升梁移动轴通过第一轴承连接前端提升臂的上端；后提升梁的前端横轴通过第二轴承连接俯仰缸体；

前端提升臂的下端、俯仰缸体的俯仰缸体活塞杆分别通过第三轴承、第四轴承连接夹钳移动基座；俯仰缸体用于通过俯仰缸体活塞杆控制夹钳移动基座俯仰；

提升杆13的上端铰接前提升梁5或后提升梁6的前侧端；所述滑动套筒17的内侧设置有滑动轴39，滑动轴39一端铰接提升杆13的下端，另一端铰接提升缸体18的提升缸体活塞杆40；滑动轴39和滑动套筒17成滑动副，提升缸体18的上端铰接上端基体3；所述滑动套筒17设置在上端基体3的支撑杆上形成杠杆机构；

缓冲保护套设置在夹钳移动基座的底侧面上；前提升梁两侧安装侧移液压缸，侧移液压缸的活塞杆和前提升梁移动轴相连。

所述杠杆机构能够自适应调整,随着提升过程中，滑动轴在滑动套筒滑动，实时调整杠杆支点，既能达到省力，即省一半的力以上，又能避免升降运动过程中的干涉。

侧移液压缸和夹钳移动基座底部的液压装置相互配合实现夹钳机构的夹钳基体的左右移动；缓冲液压缸后端安装在夹钳移动基座上，前段端铰接在前端提升臂上。

所述夹钳机构包括钳连接颈、夹钳、夹钳基体以及移动滑枕

所夹钳连接颈的前端连接夹钳，后端连接夹钳基体；夹钳基体和移动滑枕通过螺栓连接；

移动滑枕设置在夹钳移动基座的导轨上，使夹钳连接颈、夹钳、夹钳基体在夹钳移动基座上沿着导轨前后移动。

所述夹钳头部竖直面旋转机构包括转向马达、主动小齿轮、夹钳转向轴以及转向大齿轮；

所述转向马达设置在夹钳基体的末端两侧，所述转向马达的输出端与主动小齿轮相连，主动小齿轮与转向大齿轮啮合；所述转向大齿轮设置在所述夹钳基体的后端；

所述夹钳转向轴的一端连接夹钳的外壳，另一端连接所述转向大齿轮；所述转向大齿轮驱动夹钳转动。

所述夹钳伸缩机构包括夹钳移动油缸、夹钳张闭连接轴以及夹钳张闭直线马达；

夹钳移动油缸安装在夹钳移动基座内部环形底部上；所述夹钳移动油缸驱动所述夹钳基体在夹钳移动基座上沿着导轨前后移动；

所述夹钳张闭连接轴的一端铰接所述夹钳的钳体，另一端连接所述夹钳张闭直线马达的活塞杆。

所述夹钳转向轴、夹钳张闭连接轴、夹钳张闭直线马达同心安装。

本发明提供的节能的重载锻造操作机器人，还包括平衡块、平衡块活塞杆以及平衡块调节器；

所述上端基体的后端设置有平衡块调节器，平衡块调节器设置在上端基体内侧的导轨上，并与平衡块活塞杆连接；平衡块和平衡块活塞杆相连。

所述上端基体小齿轮的数量为三个；

其中，一个上端基体小齿轮由伺服电机驱动；另两个上端基体小齿轮由液压马达驱动。

伺服电机驱动的小齿轮起精确定位作用，液压马达驱动的两个小齿轮，起提供大马力驱动作用，这样既精确定位，又能提供大马力驱动。

在本实施例中，本发明提供的重载锻造操作机器人工作过程如下：不能发明通过链条带动链轮31，使得车轮38在轨道上移动来靠近工件。移动一定距离之后，夹钳移动油缸30推动夹钳基体20前进，使夹钳11到达工件的竖直的位置，通过提升缸体18推动提升缸体活塞杆40，进而作用滑动轴39，滑动轴39和滑动套筒17形成杠杆，放大了提升缸体18的作用力，同时并联杠杆机构能够自适应调整，随着提升过程中，滑动轴在滑动套筒滑动，实时调整杠杆支点，既能达到省力，即省一半的力以上，又能避免升降运动过程中的干涉。提升杆13上升或者下降调节前提升梁6和后提升梁5的位置带动前提升臂10和后提升臂12来控制夹钳的竖直方向的位置，然后转向马达22工作，带动主动小齿轮25，带动转向大齿轮24，使夹钳转动到夹钳11最合适的夹钳位置，夹钳张闭直线马达29带动夹钳张闭连接轴28使夹钳11张开，进而使夹钳11夹取工件，然后夹钳移动油缸30收缩，夹钳基体20带动夹钳11收回工件，在整个夹钳伸长和缩短的同时，平衡系统根绝液压动力装置2液压油的输出情况判断加持过程的力矩变化，进而平衡调节器35控制平衡块活塞杆36的伸长收缩来控制平衡块37位置，来实现整个装置的平衡，同时前提升梁6两侧的侧移液压缸7活塞杆作用前提升梁移动轴8，提升梁移动轴8连接前端提升臂12，前端提升臂12和和夹钳移动基座9相连，即通过侧移液压缸7的移动实现对对夹钳移动基座9位置的微调。然后链轮31继续工作，使整个机器到达下一个工位，上端基体小齿轮33旋转使上端基体小齿轮33围着下端基体齿轮盘32圆周运动，从而带动上端基体3在上端基体水平回转环形导轨34上进行旋转，当旋转到达工件的方向之后，上端基体小齿轮33停止旋转。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种节能的重载锻造操作机器人，其特征在于，包括升降机构、夹钳机构、夹钳伸缩机构、夹钳头部竖直面旋转机构、夹钳机构水平回转机构以及移动机构；

其中，所述夹钳机构水平回转机构设置在所述移动机构上；所述升降机构、夹钳机构、夹钳伸缩机构、夹钳头部竖直面旋转机构设置在所述夹钳机构水平回转机构上；

所述移动机构用于带动所述夹钳机构水平回转机构运动；所述夹钳机构水平回转机构用于带动所述升降机构、夹钳机构、夹钳伸缩机构、夹钳头部竖直面旋转机构水平回转；所述夹钳头部竖直面旋转机构用于驱动所述夹钳机构在竖直面内旋转；所述夹钳伸缩机构用于驱动所述夹钳机构的伸缩；所述升降机构用于驱动所述夹钳机构在水平面内升降，进行高度调整；

所述移动机构包括下端基体、车轮以及链轮；

下端基体上设置有车轮，通过车轮能够在导轨上移动；所述链轮安装在下端基体两侧；所述链轮驱动所述车轮运动；

所述夹钳机构水平回转机构包括上端基体水平回转环形导轨、下端基体齿轮盘、上端基体小齿轮以及上端基体；

所述下端基体的顶侧面上设置有上端基体水平回转环形导轨，所述上端基体的下端面设置在所述上端基体水平回转环形导轨，能够沿所述上端基体水平回转环形导轨转动；

所述下端基体齿轮盘和上端基体水平回转环形导轨同心安装；

上端基体小齿轮沿所述下端基体齿轮盘周向分布，与所述下端基体齿轮盘啮合；上端基体小齿轮连接上端基体的下侧伺服电机和/或液压马达的输出轴上；

所述升降机构包括后提升梁、前提升梁、侧移液压缸、前提升梁移动轴、夹钳移动基座、前端提升臂、提升杆、提升缸体、俯仰缸体、缓冲保护套、俯仰缸体活塞杆、滑动套筒、滑动轴、提升缸体以及缓冲液压缸；

前提升梁和后提升梁的后侧两端分别通过上端基体的顶部凹槽连接在上端基体上；前提升梁移动轴设置在前提升梁的前侧端，前提升梁移动轴通过第一轴承连接前端提升臂的上端；后提升梁的前端横轴通过第二轴承连接俯仰缸体；

前端提升臂的下端、俯仰缸体的俯仰缸体活塞杆分别通过第三轴承、第四轴承连接夹钳移动基座；俯仰缸体用于通过俯仰缸体活塞杆控制夹钳移动基座俯仰；

提升杆的上端铰接前提升梁或后提升梁的前侧端；所述滑动套筒的内侧设置有滑动轴，滑动轴一端铰接提升杆的下端，另一端铰接提升缸体的提升缸体活塞杆；滑动轴和滑动套筒成滑动副，提升缸体的上端铰接上端基体；所述滑动套筒设置在上端基体的支撑杆上形成杠杆机构；

缓冲保护套设置在夹钳移动基座的底侧面上；前提升梁两侧安装侧移液压缸，侧移液压缸的活塞杆和前提升梁移动轴相连；

侧移液压缸和夹钳移动基座底部的液压装置相互配合实现夹钳机构的夹钳基体的左右移动；缓冲液压缸后端安装在夹钳移动基座上，前段端铰接在前端提升臂上。

2.根据权利要求1所述的节能的重载锻造操作机器人，其特征在于，所述夹钳机构包括夹钳连接颈、夹钳、夹钳基体以及移动滑枕，

所述夹钳连接颈的前端连接夹钳，后端连接夹钳基体；夹钳基体和移动滑枕通过螺栓连接；

移动滑枕设置在夹钳移动基座的导轨上，使夹钳连接颈、夹钳、夹钳基体在夹钳移动基座上沿着导轨前后移动。

3.根据权利要求2所述的节能的重载锻造操作机器人，其特征在于，所述夹钳头部竖直面旋转机构包括转向马达、主动小齿轮、夹钳转向轴以及转向大齿轮；

所述转向马达设置在夹钳基体的末端两侧，所述转向马达的输出端与主动小齿轮相连，主动小齿轮与转向大齿轮啮合；所述转向大齿轮设置在所述夹钳基体的后端；

所述夹钳转向轴的一端连接夹钳的外壳，另一端连接所述转向大齿轮；所述转向大齿轮驱动夹钳转动。

4.根据权利要求2所述的节能的重载锻造操作机器人，其特征在于，所述夹钳伸缩机构包括夹钳移动油缸、夹钳张闭连接轴以及夹钳张闭直线马达；

夹钳移动油缸安装在夹钳移动基座内部环形底部上；所述夹钳移动油缸驱动所述夹钳基体在夹钳移动基座上沿着导轨前后移动；

所述夹钳张闭连接轴的一端铰接所述夹钳的钳体，另一端连接所述夹钳张闭直线马达的活塞杆。

5.根据权利要求4所述的节能的重载锻造操作机器人，其特征在于，所述夹钳转向轴、夹钳张闭连接轴、夹钳张闭直线马达同心安装。

6.根据权利要求4所述的节能的重载锻造操作机器人，其特征在于，还包括平衡块、平衡块活塞杆以及平衡块调节器；

所述上端基体的后端设置有平衡块调节器，平衡块调节器设置在上端基体内侧的导轨上，并与平衡块活塞杆连接；平衡块和平衡块活塞杆相连。

7.根据权利要求4所述的节能的重载锻造操作机器人，其特征在于，所述上端基体小齿轮的数量为三个；

其中，一个上端基体小齿轮由伺服电机驱动；另两个上端基体小齿轮由液压马达驱动。

Images