具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1至图3，其中，图1为本发明实施例中新型开箱用机器人的结构示意图；图2为本发明实施例中工具头为钻铣工具时的结构示意图；图3为本发明实施例中工具头为搬运抓手时的结构示意图。

本发明提供了一种新型开箱用机器人，用于实现砂型铸造过程的自动化砂型开箱操作。

在本发明中，该新型开箱用机器人的基本结构如下，包括：具有至少五个旋转自由度的机械臂，于机械臂的末端设置有能够进行砂箱开箱作业的工具头，机械臂所具有的全部旋转自由度中至少包括有一个旋转向量与Z轴平行的旋转自由度、一个旋转向量与X轴平行的旋转自由度以及一个旋转向量与Y轴平行的旋转自由度，以两个旋转向量平行的旋转自由度为同组旋转自由度，机械臂至少包括有两组同组旋转自由度，并且全部的同组旋转自由度中，至少有两组同组旋转自由度的旋转向量垂直；工具头至少包括有能够对砂箱内的型砂进行钻铣的钻铣工具以及能够搬运砂箱的搬运抓手。

为了实现人体手臂仿真模拟，首先分析人体手臂的自由度个数，以人体为基础(相当于本发明中安装机械臂的基座)，手臂与人体连接的肩关节包括有两个旋转自由度，手臂的肘关节包括有一个旋转自由度，手臂的腕关节包括有两个旋转自由度。因此，如果实现手部在空间上的自由移动，对于机器人而言，应当至少包括有五个旋转自由度。

基于上述分析，本发明所提供的新型开箱用机器人应当包括有至少五个轴件(在本发明的一个优选实施方式中，共设置有六个轴件)来构建出五个旋转自由度。

具体地，本发明所提供的机械臂包括有第一轴件、第二轴件、第三轴件、第四轴件、第五轴件、第六轴件。上述的六个轴件依次首尾连接，轴件之间通过旋转关节实现连接。

为了便于结构描述，本发明所提供的机械臂在静止状态下，并基于底座构建笛卡尔坐标系，设定：垂直于底座顶面的轴为Z轴，平行于底座顶面的平面分布X轴以及Y轴，其中X轴为横向轴，Y轴为纵向轴。第一轴件通过旋转关节可旋转地安装于底座上，第一轴件的旋转向量与Z轴平行，第二轴件通过旋转关节可旋转地安装于第一轴件上，第二轴件的旋转向量与Y轴平行，第三轴件通过旋转关节可旋转地安装于第二轴件上，第三轴件的旋转向量与Y轴平行，第四轴件通过旋转关节可旋转地安装于第三轴件上，第四轴件的旋转向量与X轴平行，第五轴件通过旋转关节可旋转地安装于第四轴件上，第五轴件的旋转向量与Y轴平行，第六轴件通过旋转关节可旋转地安装于第五轴件上，第六轴件的旋转向量与X轴平行。

进一步地，第六轴件为两段式结构，包括有对接段以及安装段，对接段用于与第五轴件连接，对接段与安装段通过法兰结构固定连接，安装段设置有快装组件，用于更换工具头来对砂箱进行不同的操作。在本发明中，快装组件可以为磁力吸盘也可以为负压吸盘，或者还可以为卡爪与卡盘结构。

在上述结构设计中，本发明通过多个轴件能够使得机械臂具有绕X轴、绕Y轴以及绕Z轴的旋转动作，这样就能够实现工具头在空间任意位置的定位。

在本发明中，关于轴件(具体是指第一轴件至第六轴件)的具体形状，本发明不做出具体限定，但是需要以刚性材料作为制作材料，并能够与其上游以及下游部件进行稳定可靠连接为设计标准。

在本发明的一个具体实施方式中：

1、第一轴件采用卧式构件(既水平长度大于其高度)，第一轴件的底端为圆盘形结构，基座的顶面为圆盘形结构(与第一轴件的底端直径相同)，在第一轴件的底面与基座的顶面之间设置有旋转关节；

2、第二轴件为支臂结构，第二轴件的两端分别安装有旋转关节，分设于第二轴件两端的旋转关节的旋转向量平行并与第一轴件上安装的旋转关节的旋转向量在空间上垂直，并且，第二轴件的底端靠近第一轴件的外缘部位通过旋转关节进行连接；

3、第三轴件的主体为圆柱形结构或者圆台形结构，在第三轴件的头端设置有圆盘连接结构，通过该圆盘连接结构与第二轴件上的旋转关节连接，在第三轴件的尾端安装旋转关节，该旋转关节的旋转向量与第二轴件上安装的旋转关节的旋转向量在空间上垂直；

4、第四轴件为U型卡子结构，第四轴件的头端与第三轴件通过旋转关节连接，第四轴件的尾端为U型槽结构，在第四轴件的U型槽结构中设置有旋转关节，该旋转关节的旋转向量与第三轴件上安装的旋转关节的旋转向量在空间上垂直；

5、第五轴件为T型结构，第五轴件的头端为两个同轴的支臂，第五轴件的尾端为与支臂垂直的圆盘结构，第五轴件头端的两个支臂安装到第四轴件的U型槽中并通过旋转关节与第四轴件连接，在第五轴件的圆盘结构上设置有旋转关节，该旋转关节的旋转向量与第四轴件上安装的旋转关节的旋转向量在空间上垂直；

6、第六轴件，第六轴件为轴结构，其一端与第五轴件上的旋转向量连接，其另一端为吸盘结构用于工具头的自动安装与自动更换。

基于上述的机械臂的结构设计，本发明还可以在第六轴件的末端设置一个安装平面，在安装平面上设置直线驱动装置，通过直线驱动装置安装快装组件，这样就可以通过直线驱动装置直接驱动工具头在高度方向上进行上下运动。当然，本发明也可以不设置直线驱动装置而是通过对机械臂进行编程使得机械臂自身动作来实现工具头的上下运动。在本发明的一个实施例中，直线驱动装置可以为丝杠系统，通过电机驱动丝杠旋转，丝杠上设置螺母，螺母安装到滑块上，在丝杠的两侧设置滑轨，滑块与滑轨滑动配合，这样通过驱动丝杠旋转就能够实现滑块在滑轨上的直线运动，快装组件则安装在滑块上。

本发明还设置了安装座和底座，安装座由金属材料制成，这样能够保证安装座具有较高的结构强度，同时还能够降低整个机器人的重心，提高机器人尤其是机械臂工作过程中的稳定性，避免翻车情况的出现。具体地，安装座由角钢焊接而成，安装座采用矩形框架结构，或者安装座采用多棱柱框架结构，在安装座的底部设置有片状垫脚，用于增加安装座在地面上安装的稳定性。在片状垫脚与安装座之间竖直设置有加强筋结构，用于增加片状垫脚与安装座之间的连接强度。底座为一个圆台形结构，用于安装第一轴件(第一轴件采用卧式结构)。

另外，本发明配合机械臂还设置有重载变位装置以及快换架。

重载变位装置包括有变位基座，在变位基座上设置有转轴，在转轴上设置有变位转盘，在变位基座内社会组有驱动电机，由驱动电机驱动转轴带动变位转盘旋转，砂箱依次罗列设置在变位转盘上，可以随变位转盘转动，这样可以配合工具头完成对砂箱的开箱操作。

快换架为金属架，用于安装工具头，工具头包括有搬运抓手以及钻铣工具。

通过上述结构设计，本发明所提供的新型开箱用机器人分为两个主要部分，一部分为机械臂，该机械臂具有至少五个旋转自由度，能够完美模拟人手臂进行自由活动，在机械臂上设置有工具头，工具头具有多种结构形式，工具头可拆卸地安装在机械臂上，可以根据不同的开箱操作由机械臂自动更换工具头，另一部分为重载变位机，可以同时罗列承载多个砂箱，由重载变位机改变砂箱的角度，配合机械臂完成砂箱开箱操作。本发明能够结构紧凑，动作灵活。

进一步地，本发明在机械臂的第六轴件上配备有吸盘和连接法兰，吸盘可以实现钻铣工具和搬运抓手的自动转换，连接法兰用于手腕部分与末端结构的固定。对于钻铣工具而言，其包括有高速电主轴，在高速电主轴的末端安装有钻铣刀，通过钻铣刀的高速运转，对型砂进行铣削。

通过上述结构设计，本发明的有益效果为：可以完成多工序的开箱作业，实现一机多位，且工作行程范围大，能够满足不同尺寸砂箱要求，极大提高了开箱效率，实用性强。本发明具有结构简单、实用性强、动作方便灵活，极大减轻了工人劳动强度等优点。

在本发明的一个具体实施例中，新型开箱用机器人包括机器人本体(即机械臂)、重载变位机11、快换架13，在机械臂上安装有末端结构(即工具头)，末端结构包括钻铣工具9和搬运抓手12。安装座1固定在地面上，底座2固定在安装座1上，第一轴件3通过旋转关节旋转安装在底座2上，第二轴件4的下端与第一轴件3连接，第二轴件4的上端与第三轴件5连接，第三轴件5与第四轴件6连接，第四轴件6、第五轴件7和第六轴件8依次采用旋转关节进行连接。因开箱行程范围较大，机器人设有重载变位11。砂箱10依次罗列在重载变位机11上，重载变位机11的回转运动可以保证砂箱10的回转运动，使铸造开箱机器人在钻铣型砂时钻铣工具只在高度方向位置发生变化，保证完成大高度差砂箱的开箱工作。在完成单层外箱型砂的钻铣工作后，机器人自动将钻铣工具9放置到快换架13上，将末端工具换成搬运抓手12，进行外箱的搬运，完成单层外箱开箱工作，继而完成整个砂箱的开箱工作。第六轴件上有吸盘和连接法兰，吸盘可以实现高速电主轴和搬运抓手的自动转换，连接法兰用于手腕部分与末端结构的固定。第六轴件包括有第一连接法兰14和连接臂15(即对阶段)，钻铣工具由高速电主轴16和钻铣头17组成，搬运抓手12包括第二连接法兰18和抓手结构19。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。