一种基于多自由度串联机械臂的集渣装置

本发明涉及铝液精炼工艺的自动化集渣装置领域，具体涉及一种基于多自由度串联机械臂的集渣装置。

背景技术：

1、多自由机械臂是一种复杂的机械系统，具备多输入，多输出，强耦合与非线性的特点。可以在工作空间内高效灵活的完成抓取、移动、输送、转配、加工等功能；

2、金属铝广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑和包装等领域，已经成为国家的一种战略金属资源。目前国内铝液精炼行业还在采用传统的人力除渣作业方式，此种方式对操作人员经验具有依赖性，存在误操作风险；且作业频次多、作业环境温度高，劳动强度大。随着智能制造进程推进，铝液精炼除渣作业自动化是一种必然的发展趋势。由于铝液保温炉内为900℃以上高温环境，要求机械臂具有远距离、远心作业及其大惯性负载驱动能力，并集成高效、可靠的集渣作业工装，目前传统机械臂由于受到工作距离和集渣结构的限制不易将渣滓从工作中的铝液保温炉内取出，无法满足作业要求，因此亟需研制一种基于多自由度串联机械臂的集渣装置。

技术实现思路

1、本发明为了解决目前铝液精炼过程中炼化炉内的渣滓通过传统机械臂结构集渣时，由于受到传统机械臂工作距离和集渣结构的限制不易将渣滓取出的问题，进而提供一种基于多自由度串联机械臂的集渣装置；

2、一种基于多自由度串联机械臂的集渣装置，所述集渣装置包括移动平台和集渣收集单元，所述集渣收集单元设置在移动平台的工作端，且集渣收集单元的固定端与移动平台的工作端拆卸连接；

3、所述移动平台包括横向移动单元、纵向移动单元和转动单元，所述纵向移动单元设置在横向移动单元的工作端上，且纵向移动单元的轴线与横向移动单元的轴线垂直设置，纵向移动单元的固定端与横向移动单元的工作端拆卸连接，转动单元设置在纵向移动单元的底端，且转动单元的顶端与纵向移动单元的底端拆卸连接，转动单元的轴线与纵向移动单元的轴线共线设置，集渣收集单元设置在转动单元的底端，且集渣收集单元的固定端与转动单元的底端拆卸连接，集渣收集单元的轴线与转动单元的轴线垂直设置。

4、进一步地，所述横向移动单元包括横向挡块组、横向导轨组、横向梁、横向滑轮组、横向连接板和横向驱动电机，所述横向导轨组设置在横向梁的前侧，且横向导轨组的长度延伸方向与横向梁的长度延伸方向相同，横向导轨组包括两根横向导轨，两根横向导轨沿横向梁宽度方向的中心线对称设置，每个横向导轨与横向梁固定连接，两根横向导轨的相背面均为导向面，位于上部横向导轨的下表面为齿形面，横向驱动电机设置在横向梁的前侧，且横向驱动电机的动力输出轴设置在两根横向导轨之间，横向驱动电机中动力输出轴的轴线与横向梁的前侧面垂直设置，横向驱动电机中动力输出轴的外圆面上套装有横向传动齿轮，横向传动齿轮与位于上部的横向导轨齿啮合设置，横向连接板套设在横向驱动电机的壳体上，且横向连接板与驱动电机固定连接，横向连接板靠近横向梁的一侧设有横向滑轮组，横向滑轮组中包括多个横向滑轮，每个横向滑轮中插设有一个横向轮轴，且横向滑轮与横向轮轴转动连接，横向轮轴的一端延伸至横向滑轮的外部并与横向连接板固定连接，横向连接板通过多个横向滑轮与两根横向导轨滑动连接，纵向移动单元设置在横向连接板远离横向梁的一侧，且纵向移动单元与横向连接板固定连接，横向挡块组包括两个横向挡块，每个横向挡块对应设置在横向梁前侧的一端上，两个横向挡块沿横向梁长度方向的中心线相对设置，两个横向挡块均与横向梁固定连接；

5、进一步地，所述纵向移动单元包括纵向挡块组、纵向导轨组、纵向梁、纵向滑轮组、纵向连接板和纵向驱动电机，所述纵向梁设置在横向连接板远离横向梁的一侧，且纵向梁的轴线与横向梁的轴线垂直设置，纵向导轨组设置在纵向梁靠近横向连接板的一侧，纵向导轨组包括两根纵向导轨，两根纵向导轨沿纵向梁宽度方向的中心线对称设置，每根纵向导轨与纵向梁固定连接，两根纵向导轨的相背面均为导向面，位于右侧纵向导轨的左表面为齿形面，纵向驱动电机插设在横向连接板上，且纵向驱动电机的壳体与横向连接板固定连接，纵向驱动电机的动力输出轴设置在两根纵向导轨之间，且纵向驱动电机中动力输出轴上套装有纵向传动齿轮，纵向传动齿轮与位于右侧的纵向导轨齿啮合设置，纵向滑轮组设置在横向连接板远离横向梁的一侧，纵向滑轮组中包括多个纵向滑轮，每个纵向滑轮中插设有一个纵向轮轴，且纵向滑轮与纵向轮轴转动连接，纵向轮轴的一端延伸至纵向滑轮的外部并与纵向连接板固定连接，纵向连接板通过多个纵向滑轮与两根纵向导轨滑动连接，纵向挡块组设置在纵向梁靠近横向连接板的一侧，纵向挡块组包括两个纵向挡块，每个纵向挡块对应设置在纵向梁靠近横向连接板一侧的一端上，两个纵向挡块沿纵向梁长度方向的中心线相对设置，两个纵向挡块均与纵向梁固定连接，纵向连接板设置在纵向梁的底端，且纵向连接板的顶端与纵向梁的底端固定连接，转动单元设置在纵向连接板的底端，且转动单元的顶端与纵向连接板的底端拆卸连接；

6、进一步地，所述转动单元包括连接壳体、转动电机、转动电机固定板，转动联轴器、转动轴承、转动轴和底部连接法兰盘，所述连接壳体设置在纵向连接板的底端，且连接壳体的顶端与纵向连接板的底端拆卸连接，转动电机设置在连接壳体中，且转动电机通过转动电机固定板与连接壳体的内壁固定连接，转动电机的动力输出轴竖直向下设置，转动轴插设在连接壳体的底部，且转动轴的顶端通过转动联轴器与转动电机的动力输出轴相连，转动轴与连接壳体之间设有转动轴承，转动轴与转动轴承的轴承内圈固定连接，转动轴承的轴承外圈与连接壳体固定连接，底部连接法兰盘设置在转动轴的底端，且底部连接法兰盘的顶端与转动轴的底端固定连接，集渣收集单元设置在底部连接法兰盘的底部，且集渣收集单元的顶部与底部连接法兰盘的底部拆卸连接；

7、进一步地，所述集渣收集单元包括动力组件、安装组件、传动组件、前置集渣板组件和两个弧形集渣板，所述安装组件设置在底部连接法兰盘的底部，且安装组件的顶部在底部连接法兰盘的底部拆卸连接，动力组件设置在安装组件的一端上，且动力组件与安装组件固定连接，传动组件设置在安装组件的另一端上，且传动组件的一端穿过安装组件并与动力组件传动连接，前置集渣板组件设置在传动组件的另一端上，且前置集渣板组件与传动组件固定连接，两个弧形集渣板设置在前置集渣板组件靠近安装组件的一侧，且两个弧形集渣板沿传动组件的轴线对称设置，每个弧形集渣板与传动组件固定连接；

8、进一步地，所述动力组件包括电机仓、传动电机和电机安装座，所述电机仓设置在安装组件的一端上，且电机仓与安装组件固定连接，电机安装座设置在电机仓中，且电机安装座与电机仓的内壁固定连接，传动电机设置在电机安装座上，且传动电机的壳体与电机安装座拆卸连接，传动组件的一端穿过安装组件并与传动电机的动力输出轴传动连接；

9、进一步地，所述安装组件包括顶部法兰盘和安装支架，所述电机仓设置在安装支架的一端上，且电机仓与安装支架固定连接，顶部法兰盘设置在安装支架的顶端，且顶部法兰盘的底端与安装支架的顶端固定连接，安装支架通过顶部法兰盘与底部连接法兰盘拆卸连接，传动组件的一端穿过安装支架并与传动电机的动力输出轴传动连接：

10、进一步地，所述传动组件包括蜗杆外壳、蜗杆、两个弧形集渣板驱动杆和两个涡轮，所述蜗杆外壳设置在安装支架的另一端上，且蜗杆外壳的一端与安装支架的另一端固定连接，蜗杆插设在蜗杆外壳中，且蜗杆与蜗杆外壳同轴设置，蜗杆的一端穿过安装支架并通过联轴器与传动电机的动力输出轴传动连接，蜗杆外壳的另一端上设有传动托板，传动托板的外圆壁与蜗杆外壳的另一端固定连接，两个涡轮设置在传动托板中，且每个涡轮中插设有一个涡轮轴，涡轮与涡轮轴固定连接，涡轮轴的底端插设在传动托板中，且涡轮轴与传动托板转动连接，涡轮轴的顶端向上延伸至涡轮的外部并插装在一个弧形集渣板驱动杆一端的下表面上，每个弧形集渣板驱动杆对应插装在一个弧形集渣板的上部，蜗杆的另一端延伸至蜗杆外壳的外部，且蜗杆的另一端设置在两个涡轮之间，蜗杆与两个涡轮传动连接，前置集渣板组件设置在传动托板的外圆壁上，且前置集渣板组件与蜗杆外壳相对设置，前置集渣板组件的一端与传动托板固定连接；

11、进一步地，所述前置集渣板组件包括连接部件和前置集渣板，所述连接部件包括延伸杆、横向支撑杆和多个插接立板，所述延伸杆设置在传动托板的外圆壁上，且延伸杆与蜗杆外壳相对设置，延伸杆的一端与传动托板固定连接，横向支撑杆设置在延伸杆的另一端上，且横向支撑杆的轴线与延伸杆的轴线垂直设置，延伸杆的另一端与横向支撑杆靠近传动托板的中心处固定连接，多个插接立板沿横向支撑杆的长度延伸方向等距设置在横向支撑杆的底部，且每个插接立板的顶端与横向支撑杆的底部固定连接，前置集渣板的顶部沿前置集渣板长度方向等距加工有多个插接槽，每个插接槽与一个插接立板对应配合设置，前置集渣板通过多个插接槽和多个插接立板与横向支撑杆拆卸连接；

12、进一步地，所述集渣收集单元还包括通风组件和蜗杆冷却管；

13、所述通风组件包括通风管、两根通风管导管和两根通风波纹管，所述通风管设置在蜗杆外壳的正上方，且通风管的延伸方向与蜗杆外壳的长度方向相同，通风管与蜗杆外壳通过多个固定夹相连，多个固定夹沿通风管的长度延伸方向等距布置，每个固定夹的上部与通风管夹持固定，每个固定夹的下部与蜗杆外壳夹持固定，通风管的一端穿过安装支架的顶部并与外部送风装置的出风口连通设置，通风的另一端延伸至前置集渣板的前侧并向下完整与前置集渣板的底面共面设置，每根通风管导管对应设置在一个弧形集渣板驱动杆的上方，且通风管导管的一端插设至对应的弧形集渣板中，弧形集渣板沿弧形集渣板的板体延伸方向等距加工有多个竖直排风孔，每个竖直排风孔的进风端与通风管导管连通设置，每个竖直排风孔的出风端与弧形集渣板的内侧连通设置，每根通风管导管的另一端与通风管之间设有一根通风波纹管，每根通风波纹管的一端与对应的通风管导管连通设置，每根通风波纹管的另一端与通风管的外圆面连通设置。

14、所述蜗杆冷却管设置在蜗杆外壳中，且蜗杆冷却管包裹在蜗杆的外圆面上，蜗杆冷却管的进水端穿过安装支架和电机仓并与外部冷却系统的出水端连通设置，蜗杆冷却管的出水端穿过安装支架和电机仓并与外部冷却系统的回水端连通设置；

15、本技术相对于现有技术所产生的有益效果：

16、本技术提出的一种基于多自由度串联机械臂的集渣装置，相比传统的机械臂集渣结构具有更长的工作范围，并且对现有的集渣结构的工作端进行了优化，传统机械臂集渣结构的工作端采用的一体式集渣板，在集渣排渣过程中，为了保证集渣板可以顺利的进入到炼化炉中，集渣板的尺寸要和集渣炉的排渣口尺寸配合，这就影响了集渣板单次工作时的集渣量，极大的影响了集渣装置的工作范围，并且在排渣时增加了集渣装置的工作频率，本技术在现有的一体式集渣板的基础上增加了两个弧形集渣板，并且两个弧形集渣板的工作角度可以通过传动机构进行调节，在进入炼化炉时通过传动机构收拢两个弧形集渣板，缩小其占地范围，待伸入到炼化炉内后通过传动机构将两个弧形集渣板打开，扩大工作范围，并且在集渣时可以将炉内的渣滓通过弧形集渣板的收拢实现汇聚，极大的增加了单次集渣量，在同等排渣工作中，降低了集渣装置的工作频率，缩短了排渣工作中所用的时间，并且配合移动的三维工作角度调整，进一步对集渣工作的工作范围进行增加，有利于对炉体内的渣滓进行全面的清楚。

17、本专利提供一种基于多自由度串联机械臂的集渣装置还具有蜗杆冷却管，考虑到炉内工作温度较高，即使有蜗杆保护套的保护，在长期工作中蜗杆还是会收到高温影响出现形变，影响传动精度，因此在蜗杆保护套内增加了水冷管，通过引入外部的循环水对工作中的蜗杆进行降温处理，保证传动机构的使用安全性，同时在炼化炉工作时还需要定期对炉内填充保护气体来保证炉内的工作稳定性，传统的充气方式是在炉体内单独增加进气单元，通过定时对炉内充气保证炉内稳定性，但是在实际工作中发现，对炉体内填充保护气体的频率和时间点与排渣工作的频率和时间点相近，二者完全可以同时进行，这样避免了对炉体结构进行改进，节约了炼化系统的制备成本，为了实现排渣和填充保护气体两个工序的同步性，在现有集渣装置中增加了通风管路，通过通风管路引导保护气体进入到炉内，并且通过在弧形集渣板中设置的通风孔，将保护气体填充至炉内，这样设置的好处在于一方面可以满足对炉体内填充保护气体的工作需求，另一方面保护气体在排出弧形集渣板后会先与渣滓接触对渣滓进行了初步降温，增大了后续对排出渣滓处理时的安全性。