用于铁路货车摇枕侧架的铸型整芯自动下芯的机器人

摘要

本发明公开了一种用于铁路货车摇枕侧架的铸型整芯自动下芯的机器人，包括动力装置、机械零件部分、传感装置、人机交互装置、控制装置；通过在动力装置中设置包括椭圆驱动盘、轴承、内齿圈、椭圆形柔性齿套的减速机，并通过使椭圆形柔性齿套与内齿圈只在两个点相互接触、内齿圈的齿数比椭圆形柔性齿套的齿数多两个，这样的减速机没有间隙，而且当椭圆驱动盘旋转一圈椭圆形柔性齿套比内齿圈多转两个齿，椭圆形柔性齿套的齿数为100，即椭圆形柔性齿套要多转1/50圈，即减速比为1∶50，实现了将最大转速达1500转/分钟的车间中常采用的运输型机器人电动机用于手臂所需最大转速仅为0.5转/秒的下芯机器人中。

权利要求

1.一种用于物流用铁路货车摇枕侧架的铸型整芯自动下芯的机器人，其特征在于，包括动力装置、机械零件部分、传感装置、人机交互装置、控制装置；所述动力装置包括直流伺服电机和减速机，所述减速机包括椭圆驱动盘、轴承、内齿圈、椭圆形柔性齿套，由所述轴承驱动所述椭圆驱动盘转动，所述椭圆驱动盘外套设所述椭圆形柔性齿套，所述椭圆形柔性齿套压设于内齿圈中，所述椭圆形柔性齿套与所述内齿圈只在两个点相互接触，所述椭圆形柔性齿套的齿数为100，所述内齿圈的齿数比所述椭圆形柔性齿套的齿数多两个，所述椭圆形柔性齿套为复合材料，所述轴承为刚性轴承，所述机械零件部分包括底座、机械臂、机械手，所述底座具备转腰装置，所述底座通过所述转腰装置与所述减速机相连，所述减速机另一端与所述机械臂相连，所述机械臂包括立臂、大臂、小臂和手腕，所述机械手设于所述手腕末端；所述传感装置包括位于所述机械手上的传感器，用于检测型芯的位置；

所述椭圆形柔性齿套采用以下工艺加工获得：先将由高锰钢和双酚A型环氧树脂基构成的复合材料制成的坯体的内、外表面进行粗车，并将坯体的长径方向上的长度余量以及壁厚的余量设置均为1mm，然后将经粗车后的坯体与所述轴承一起进行热处理，最后进行精加工、装配所述轴承、切齿；所述热处理采用调质处理，处理后所述椭圆形柔性齿套的硬度为HRC 34-36；所述的椭圆形柔性齿套的模数≤1.0mm，定位精度≤0.03mm；所述复合材料中，高锰钢与双酚A型环氧树脂的质量比为4:6，所述高锰钢的成分质量百分比例为：C 

1.35％-1.55％、Mn 14％-18％、Si 5％-8％、Cr 8％-10％、Ti 5％-9％、W 3％-5％、Mo 

3％-5％、Nb 2％-6％、Ni 4％-7％、V 0.2％-0.5％、B 0.1％-1％、P≤0.03％、S≤0.01％，余量为Fe；

所述控制装置包括PC机和控制器；

所述转腰装置转动的最大角速度为100°/s，所述立臂旋转的最大角速度为45°/s，所述手腕上下转动的最大角速度为90°/s。

说明书

用于铁路货车摇枕侧架的铸型整芯自动下芯的机器人

技术领域

[0001] 本发明涉及铸造领域中的铸型整芯自动下芯技术，特别涉及一种用于物流用铁路货车摇枕侧架的铸型整芯自动下芯的机器人。

背景技术

[0002] 目前，我国的物流行业主要采用的运输工具还是铁路货车，其中，所使用的摇枕侧架由于其特殊结构常常采用整芯铸造工艺来制备，然而，传统采用的整芯人工下芯以及铸件取出等工艺存在精度低的问题，而且人工下芯、取件往往会导致砂芯损坏的现象以及存在要等铸件降温才能取出的问题，生产效率也不高。

[0003] 随着科技的发展，现在各行业大力投入自动化研究，自动化作业程度也越来越高，基于此，铁路货车的摇枕侧架铸型整芯下芯工艺采用机器人来下芯需求越来越高而且也很有必要，然而，由于采用常规的机器人进行下芯取件等操作存在一系列的技术问题，气动和液压驱动的机器人存在占用空间大、噪声大等问题，目前机器人大都采用电机来驱动，且车间中常采用的运输型机器人电动机的最大转速达1500转/分钟，而由于下芯工艺要求精度高，其所用机器人手臂的所需最大转速仅为0.5转/秒，因此不能简单地借用上述运输型机器人来进行取芯等精密操作的工作。

发明内容

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于物流用铁路货车摇枕侧架的铸型整芯自动下芯的机器人，包括动力装置、机械零件部分、传感装置、人机交互装置、控制装置；

[0005] 所述动力装置包括直流伺服电机和减速机，所述减速机包括椭圆驱动盘、轴承、内齿圈、椭圆形柔性齿套，由所述轴承驱动所述椭圆驱动盘转动，所述椭圆驱动盘外套设所述椭圆形柔性齿套，所述椭圆形柔性齿套压设于内齿圈中，所述椭圆形柔性齿套与所述内齿圈只在两个点相互接触，所述椭圆形柔性齿套的齿数为100，所述内齿圈的齿数比所述椭圆形柔性齿套的齿数多两个，所述椭圆形柔性齿套为复合材料，所述轴承为刚性轴承；

[0006] 所述机械零件部分包括底座、机械臂、机械手，所述底座具备转腰装置，所述底座通过所述转腰装置与所述减速机相连，所述减速机另一端与所述机械臂相连，所述机械臂包括立臂、大臂、小臂和手腕，所述机械手设于所述手腕末端；

[0007] 所述传感装置包括位于所述机械手上的传感器，用于检测型芯的位置。

[0008] 进一步地，所述椭圆形柔性齿套采用以下工艺加工获得：先将由高锰钢和双酚A型环氧树脂基构成的复合材料制成的坯体的内、外表面进行粗车，并将坯体的长径方向上的长度余量以及壁厚的余量设置均为1mm，然后将经粗车后的坯体与所述轴承一起进行热处理，最后进行精加工、装配所述轴承、切齿；所述热处理采用调质处理，处理后所述椭圆形柔性齿套的硬度为HRC34-36；所述的椭圆形柔性齿套的模数≤1.0mm，定位精度≤0.03mm；所述复合材料中，高锰钢与双酚A型环氧树脂的质量比为4∶6，所述高锰钢的成分质量百分比例为：C 1.35％-1.55％、Mn 14％-18％、Si 5％-8％、Cr 8％-10％、Ti 5％-9％、W 3％-5％、Mo 3％-5％、Nb 2％-6％、Ni 4％-7％、V 0.2％-0.5％、B 0.1％-1％、P≤0.03％、S≤
0.01％，余量为Fe。

[0009] 进一步地，所述控制装置包括PC机和控制器；

[0010] 进一步地，所述转腰装置转动的最大角速度为100°/s，所述立臂旋转的最大角速度为45°/s，所述手腕上下转动的最大角速度为90°/s。

[0011] 本发明的技术方案具有下列优点：

[0012] (1)通过将机械臂设置为包括立臂、大臂、小臂和手腕的方式，并通过设置转腰装置转动的最大角速度、设置立臂旋转的最大角速度以及设置手腕上下转动的最大角速度，使得该机器人适用于下芯操作。

[0013] (2)采用由高锰钢和双酚A型环氧树脂基构成的复合材料制成柔性齿套，且高锰钢与双酚A型环氧树脂的质量比为4∶6，所述高锰钢的成分质量百分比例为：C 1.35％-1.55％、Mn 14％-18％、Si 5％-8％、Cr 8％-10％、Ti 5％-9％、W 3％-5％、Mo 3％-5％、Nb 
2％-6％、Ni 4％-7％、V 0.2％-0.5％、B 0.1％-1％、P≤0.03％、S≤0.01％，余量为Fe，由此获得的柔性齿套耐磨、耐蚀性能优良，且经试验证明，其变形精度范围符合所用机器人工作条件下所用的减速机的使用要求。

[0014] (3)将坯体的长径方向上的长度余量以及壁厚的余量设置均为1mm，提高了装配精度，将经粗车后的坯体与所述轴承一起进行热处理，使获得的柔性齿套与轴承性质接近，提高其配合性能；所述热处理采用调质处理，处理后所述椭圆形柔性齿套的硬度为HRC34-36；所述的椭圆形柔性齿套的模数≤1.0mm，定位精度≤0.03mm，大大提高了减速机的工作精度和使用寿命。

[0015] (4)通过在动力装置中设置包括椭圆驱动盘、轴承、内齿圈、椭圆形柔性齿套的减速机，并通过使椭圆形柔性齿套与内齿圈只在两个点相互接触、内齿圈的齿数比椭圆形柔性齿套的齿数多两个，这样的减速机没有间隙，而且当椭圆驱动盘旋转一圈椭圆形柔性齿套比内齿圈多转两个齿，椭圆形柔性齿套的齿数为100，即椭圆形柔性齿套要多转1/50圈，即减速比为1∶50，实现了将最大转速达1500转/分钟的车间中常采用的运输型机器人电动机用于手臂所需最大转速仅为0.5转/秒的下芯机器人中。

附图说明

[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

[0017] 图1是本发明用于铁路货车摇枕侧架的铸型整芯自动下芯的机器人的示意图；

[0018] 图2是本发明减速机的工作示意图。

[0019] 附图标号说明：

[0020] 1、直流伺服电机；2、减速机；3、转腰装置；4、立臂；5、大臂；6、小臂；7、手腕；8、传感器；9、机械手；10、底座；11、椭圆驱动盘；12、轴承；13、内齿圈；14、椭圆形柔性齿套。

具体实施方式

[0021] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0022] 实施例：

[0023] 请参见图1-2，本发明提供了一种用于物流用铁路货车摇枕侧架的铸型整芯自动下芯的机器人，包括动力装置、机械零件部分、传感装置、人机交互装置、控制装置；

[0024] 所述动力装置包括直流伺服电机1和减速机2，所述减速机2包括椭圆驱动盘11、轴承12、内齿圈13、椭圆形柔性齿套14，由所述轴承12驱动所述椭圆驱动盘11转动，所述椭圆驱动盘11外套设所述椭圆形柔性齿套14，所述椭圆形柔性齿套14压设于内齿圈13中，所述椭圆形柔性齿套14与所述内齿圈13只在两个点相互接触，所述内齿圈13的齿数比所述椭圆形柔性齿套14的齿数多两个，椭圆形柔性齿套14的齿数为100，即椭圆形柔性齿套14要多转1/50圈，即减速比为1∶50，实现了将最大转速达1500转/分钟的车间中常采用的运输型机器人电动机用于手臂所需最大转速仅为0.5转/秒的下芯机器人中；所述椭圆形柔性齿套14为复合材料，所述轴承为刚性轴承；

[0025] 所述机械零件部分包括底座10、机械臂、机械手9，所述底座10具备转腰装置3，所述底座10通过所述转腰装置3与所述减速机2相连，所述减速机2另一端与所述机械臂相连，所述机械臂包括立臂4、大臂5、小臂6和手腕7，所述机械手9设于所述手腕7末端；

[0026] 所述传感装置包括位于所述机械手上的传感器8，用于检测型芯的位置。

[0027] 进一步地，所述椭圆形柔性齿套采用以下工艺加工获得：先将由高锰钢和双酚A型环氧树脂基构成的复合材料制成的坯体的内、外表面进行粗车，并将坯体的长径方向上的长度余量以及壁厚的余量设置均为1mm，然后将经粗车后的坯体与所述轴承一起进行热处理，最后进行精加工、装配所述轴承、切齿；坯体与轴承一起加工可以同质化，提高其配合性能。

[0028] 所述热处理采用调质处理，处理后所述椭圆形柔性齿套的硬度为HRC34-36；所述的椭圆形柔性齿套的模数≤1.0mm，定位精度≤0.03mm；

[0029] 所述复合材料中，高锰钢与双酚A型环氧树脂的质量比为4∶6，所述高锰钢的成分质量百分比例为：C 1.35％-1.55％、Mn 14％-18％、Si 5％-8％、Cr 8％-10％、Ti 5％-9％、W 3％-5％、Mo 3％-5％、Nb 2％-6％、Ni 4％-7％、V 0.2％-0.5％、B 0.1％-1％、P≤
0.03％、S≤0.01％，余量为Fe。

[0030] 进一步地，所述控制装置包括PC机和控制器；

[0031] 进一步地，所述转腰装置3转动的最大角速度为100°/s，所述立臂4旋转的最大角速度为45°/s，所述手腕7上下转动的最大角速度为90°/s。

[0032] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。