混聯式可移動重載鑄造機器人的製作方法

2023-05-27 23:50:17 2

本發明屬於鑄造機器人設備技術領域，特別涉及一種混聯式可移動重載鑄造機器人。

背景技術：

工業機器人高度的柔性化能夠滿足現代化綠色鑄造生產中的各種特殊要求，鑄造生產採用機器人，不僅可把操作工人從繁重、單調的體力勞動中解放出來，節約勞動力，而且還是提高鑄件生產效率、製造精度和質量、實現鑄造生產機械化、自動化及文明化的重要手段。目前，採用先進適用的鑄造新技術，提高鑄造裝備自動化水平，特別是可移動機器人技術的應用，是鑄造企業實施綠色鑄造生產、實現可持續發展的關鍵舉措。因鑄造存在高溫、高粉塵、振動、油汙、噪聲及電磁幹擾的惡劣環境，且鑄件重量大，因此一般工業機器人無法滿足生產需要。鑄造機器人要能適應這樣的工作環境並正常運行，還存在眾多關鍵技術急需研究與突破。鑄造機器人不僅可用於壓鑄、精鑄生產中的鑄件搬運和傳送，還可用在砂型鑄造的造型、制芯、下芯、澆注、清理以及檢驗等工序中。尤其是在中大型鑄件的生產中，砂芯和鑄件的尺寸、重量都比較大，執行取芯、組芯、下芯、澆注和搬運作業難度大，要求高。迫切需要能夠滿足鑄件生產中取芯、組芯、下芯、澆注和搬運作業需求的高柔性、重負載型鑄造機器人。

目前，在鑄造生產中所使用的機器人大多是關節式串聯機器人，其優點是結構簡單、控制方便、工作空間大，但其精度較差、負載能力小，只能執行輕載作業任務。難以滿足中大型鑄件生產中的重載作業任務需求，作業精度和效率的提高受到限制。現有鑄造機器人的應用還僅局限於在固定工位上輔助完成較為簡單的鑄造作業任務，無法適應鑄造生產複雜作業環境下移動式精確作業要求。如生產中使用的串聯式澆注機器人，雖然結構簡單，成本較低，但由於自由度過少，應用場合單一，無法滿足多種場合的使用。普遍應用的鑄造機器人都是由普通機器人改制過來的。目前，很多中小型鑄件生產廠家在生產過程中進行取芯、組芯、下芯和澆注等作業時，多採用人海戰術，一個工位一個工作人員取芯、下芯、組芯和澆注熔體，工作人員還得來回跑動，顯得十分繁亂，同時工作效率低下。砂芯和鑄件的搬運作業多以人工輔助簡易吊裝設備為主，少數採用機器人的技術方案中也多為固定位置的串聯式機器人配裝氣動抓手進行作業，缺乏專業的可移動式的重載鑄造機器人。尤其在中大型鑄件的澆注作業過程中，仍然以人工為主，工人勞動強調大，體力消耗多、工作效率低。澆注時鐵水或鋼水需要用澆包轉到生產線上，對準澆注口把澆包中的鐵水或鋼水倒在澆注工件的澆注冒口中。目前，澆注鐵水或鋼水是由工人手抬或行車吊運沉重的澆包，從高頻電爐處接鐵水或鋼水，再把三、四百斤鐵水或鋼水與澆包移到澆注地點，兩人或多人配合，將澆包慢慢地傾斜，將澆包中的鐵水或鋼水傾倒在工件的澆注口中。此種方法有以下缺點：(1)受工人一次負重量的影響，澆注件的大小(重量)受到限制，一件鑄件要在很短的時間裡澆注好，如果用二包或更多包的鐵水或鋼水澆注，由於工人的速度慢，則澆注出來的鑄件很容易存在鑄造缺陷等質量問題；(2)工人的勞動強度大，工作環境差。鐵水或鋼水的溫度高達1500℃左右，其工作環境溫度在40℃以上，工人的勞動強度大，容易疲勞；(3)工作環境危險，時刻要小心鐵水或鋼水飛濺，工作人員的人身安全保障存在隱患；(4)工作中運輸速度低，澆注速度慢；工作效率低，生產率低，增加了製造成本，延緩了製造進度。

針對鑄件組芯、下芯、澆注和搬運中存在的問題，現有專利文獻也提出了一些解決方案。申請號為201610698460.5的中國專利公開了一種自動澆注機器人，由動力裝置、傳動裝置、舀取裝置、檢測裝置等組成，可控制舀勺的旋轉速度和角度，但該方案只能進行簡單的舀取和澆注，機器人工作空間小，生產效率低。申請號為200910015467.2的中國專利公開了一種鋁活塞澆注機器人，澆注機器人的主擺臂、副擺臂、豎直擺臂和連杆形成平行四連杆機構，能夠滿足鋁活塞毛坯鑄造正向或反向傾轉隨動澆注工藝要求，但該方案柔性差，動作節拍長，生產效率低，舀取鋁液重量重複量精度及定位精度差，產品質量不穩定。申請號為201610072679.4的中國專利公開了一種由機器人控制的澆注裝置，該裝置採用錐齒輪傳動，壓縮空氣冷卻管路和風機給澆注裝置持續冷卻，但同時對澆注液也有冷卻作用，使產品質量降低。申請號為201611165409.4的中國專利公開了一種鋁活塞高精度澆注機器人，包括abb六軸工業機器人和澆注機器人，具有多自由度，系統柔性高等特點，該方案採用的是串聯式的機器人手臂，工作空間小且運動過程不平穩，影響澆注質量。申請號為200710012538.4的中國專利公開了一種新型並聯澆注機器人，包括基座，旋轉副、轉盤、機體和澆包，通過容積法保證取液的準確性，通過電機驅動一套平行四邊形四桿機構使澆包在一定範圍內擺動，實現澆包的定位，但其他方向無法保證精確的定位，機器人工作空間小。申請號為201320665695.6的中國專利公開了一種四關節舀湯或澆注機器人，該設備結構簡單，無法進行複雜的澆注工作，澆注時的定位精度低，結構承載較小。申請號為201120359585.8的中國專利公開了一種機器人雙澆包澆注臂，包括澆注臂，支撐架，伺服電機和減速機，兩個電機通過鏈條傳動系統分別驅動兩個澆包進行澆注，提高了生產效率，但同時定位精度變差，且兩個澆包的間距不可調，僅適合於小型鑄件的澆注。申請號為201510444411.4的中國專利公開了一種地軌移動澆注機械手，澆注機械手下方安裝底座，通過滑輪在地軌上移動，但工作軌跡受軌道限制，靈活性差。申請號為201621367895.3的中國專利提出了一種活塞一機二模全自動鑄造機的設計方案，用固定位置的串聯式澆注機器人和簡易的取件手完成取鋁液、澆注和取鑄件任務，適合生產線上固定位置的輕載作業。

在取芯、組芯和下芯方面，申請號為200920140832.8的中國專利公開了一種由砂箱、砂箱定位組件和用於夾持下芯的串聯式機械手等組成的鑄造下芯裝置，機械手只能在限定的範圍內作業，且用於夾持砂芯的執行器採用夾板式結構，只能滿足單一性砂芯的作業要求。申請號為201520331028.3的中國專利公開了一種機器人自動組芯裝置，包括砂芯放置滑臺和固定位置工作的抓手，在砂芯放置滑臺上設有支撐座、調整偏心輪、定位輪和光電檢測開關，在抓手上設有打膠裝置和檢測裝置，在打膠裝置上設有數個膠槍，該技術方案僅僅簡化了打膠裝置及檢測裝置的結構，並實現兩種功能的集成，整個裝置不可移動，工作範圍受限，且不滿足異形砂芯的作業要求。申請號為201610325766.6的中國專利公開了一種基座式機器人下芯取件機構，包括澆料機械臂和下芯取件機械臂，雖然通過設置的三工位組芯旋轉平臺可以滿足三工位組芯作業半徑要求，減輕員工勞動強度，但作業範圍和對象仍然受機器人固定式位置和簡易末端執行器的限制。申請號為201611053848.6的中國專利公開了一種取芯組芯機器人抓手，包括控制模塊、抓手框架、連接法蘭、抓手左側夾緊機構模塊、直線滑塊導軌、抓手中間夾緊機構模塊、氣動伺服平移機構、抓手右側夾緊機構模塊，能在左、中、右同時夾緊一個、兩個或三個砂芯，各模塊獨立抓取時可通過氣動旋轉模塊實現砂芯的旋轉動作，其不足在於抓取時只能通過活動端夾緊臂模塊夾緊砂芯，抓取對較重砂芯時不僅夾持點少，而且需要移動砂芯，容易造成砂芯破損。

隨著鑄造技術水平的提高，中大型鑄件的生產及對鑄件成型過程中的取芯、組芯、下芯、澆注和搬運作業自動化的需求也越來越多。現有技術方案中多採用固定工位的串聯式機械手進行作業，不僅作業範圍小、運動受限，而且負載能力較低，無法滿足中大型鑄件的取芯、組芯、下芯、澆注和搬運作業需求。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種全向輪式可移動重載鑄造機器人，能夠用於中大型鑄件在鑄造成型過程中的取芯、組芯、下芯、澆注和搬運等作業，提高鑄造生產的作業效率、鑄件質量和安全性，降低勞動強度和生產成本，可克服現有技術的缺陷。

本發明所要解決的技術問題採用以下技術方案來實現。

一種混聯式可移動重載鑄造機器人，包括四驅輪式移動平臺、迴轉裝置、立柱組件、升降驅動裝置、並聯工作臂、末端執行器和雙目視覺系統。其中，所述的四驅輪式移動平臺是本發明的承載和移動平臺，包括平臺車架、前驅動輪、後驅動輪、後液壓支腿、可調液壓支腿、控制器、監視器和液壓泵站。在所述的平臺車架的前後兩端的底部設有導航傳感器，所述的導航傳感器採用磁導航傳感器或雷射掃描器或紅外發射器或超聲波發射器，在平臺車架內還設有數字式雙軸水平儀，且所述的數字式雙軸水平儀的測量精度不低於0.01度；在所述的平臺車架的前側面、後側面、左側面和右側面中部設有測距傳感器，所述的測距傳感器採用雷射測距傳感器或超聲波測距傳感器；兩個前驅動輪安裝在平臺車架的前端，兩個後驅動輪安裝在平臺車架的後端，用於驅動四驅輪式移動平臺移動行走；兩條後液壓支腿對稱安裝在平臺車架後方的兩個角上，所述的可調液壓支腿安裝在平臺車架的前方兩側，用於鑄造機器人在作業時進行駐點支撐，保證四驅輪式移動平臺在作業過程中實現原地定位和穩定支撐。所述的控制器布置在平臺車架的後端中部，用於接收安裝在四驅輪式移動平臺上的各傳感器和安裝在立柱組件頂部的雙目視覺系統中的工業攝像機所獲取的傳感信息，並控制四驅輪式移動平臺、迴轉裝置、升降驅動裝置、並聯工作臂和末端執行器執行相應的動作或任務指令。所述的監視器固定安裝在控制器的頂部，用於顯示導航傳感器、測距傳感器所獲取的位置、距離信息，數字式雙軸水平儀測得的平臺車架的姿態參數，末端執行器的位姿參數以及雙目視覺系統獲取的圖像信息以及本發明的工作狀態參數。所述的液壓泵站固定安裝在平臺車架的後端左側，用於為後液壓支腿、可調液壓支腿或伺服液壓馬達提供壓力油；所述的迴轉裝置位於四驅輪式移動平臺的前端，且通過螺釘固定安裝在平臺車架上，用於驅動升降驅動裝置、並聯工作臂和末端執行器進行迴轉運動。所述的立柱組件位於迴轉裝置的正上方，且立柱組件的底部固定安裝在迴轉裝置的頂部；所述的升降驅動裝置固定安裝在立柱組件上，且升降驅動裝置的前端與並聯工作臂的後端通過鉸鏈相連接，用於驅動並聯工作臂和末端執行器進行升降運動。所述的並聯工作臂為2rpu-2rrpr結構的四自由度並聯機構，用於支撐並驅動末端執行器實現前後伸縮移動、左右平移、繞水平軸的轉動和繞垂直軸的轉動共四個自由度的運動及姿態調整。所述的末端執行器安裝在並聯工作臂的前端，並聯工作臂的後端安裝在立柱組件上並可沿著立柱組件上下滑移；所述的雙目視覺系統包括工業攝像機、圖像採集卡和工業計算機，用於採集、分析和處理工業攝像機在工作現場獲取的圖像信息，識別和判斷砂芯組件、鑄件、砂箱和澆口的幾何形狀和姿態；所述的工業攝像機有兩部，且均設有led照明光源，所述的圖像採集卡集成安裝在監視器內，所述的工業計算機集成安裝在控制器內，所述的工業攝像機與圖像採集卡通過數據線相連接，所述的圖像採集卡與工業計算機通過數據線相連接。

所述的前驅動輪和後驅動輪均採用麥克納姆全向輪；所述的末端執行器具體的可以採用澆包或兩爪夾板式氣動抓手或三指式同步氣動手爪或多指異步式氣動抓手，所述的夾爪手指的對數範圍為4-12，且每一對夾爪手指之間通過一個雙向作用的手指氣缸獨立連接與控制，進而實現每對夾爪手指獨立鬆開與夾緊，實現對異形砂芯或鑄件的貼合式有效抓取。

為了提高本發明的四驅輪式移動平臺在駐點停車時的平衡性和大負載作業時抗傾覆的能力，所述的後液壓支腿和垂直支腿的驅動動力採用電液伺服油缸或電液步進式液壓缸；所述的可調液壓支腿不僅可以左右擺動調節，還可以伸長或縮短。所述的可調液壓支腿包括支腿箱、伸縮臂、垂直支腿、支腿伸縮缸和擺角調節缸。其中，所述的支腿箱為中空結構，支腿箱的後端與平臺車架通過鉸鏈相連接，且在支腿箱的後端設有角度傳感器，用於檢測支腿箱左右擺動的角度；所述的伸縮臂的後端套裝在支腿箱內並可在支腿箱內滑移；所述的支腿伸縮缸安裝在支腿箱內，用於驅動伸縮臂沿著支腿箱滑移，進而實現可調液壓支腿的伸縮功能，支腿伸縮缸的前後兩端分別與伸縮臂、支腿箱通過鉸鏈相連接；所述的垂直支腿的頂部固定安裝在伸縮臂的前部末端；所述的擺角調節缸的兩端分別與平臺車架、支腿箱通過鉸鏈相連接，所述的支腿伸縮缸和擺角調節缸採用雙作用液壓缸，用於驅動支腿箱、伸縮臂和垂直支腿繞支腿箱後端的鉸鏈軸線左右擺動。在支腿伸縮缸上還設有位移傳感器，用於檢測伸縮臂相對支腿箱移動的位移。後液壓支腿與可調液壓支腿可根據平臺車架內的數字式雙軸水平儀測得四驅輪式移動平臺相對於水平面的靜態傾斜角度進行自動調節，進而實現四驅輪式移動平臺在駐點支撐時的自平衡功能。

所述的迴轉裝置包括迴轉底座、迴轉體、迴轉馬達、迴轉齒輪、內齒圈和迴轉頂蓋。其中，所述的迴轉底座通過螺釘固定安裝在平臺車架上；所述的迴轉體套裝在迴轉底座內，且與迴轉底座之間通過一個徑向軸承和兩個止推軸承相連接，所述的徑向軸承採用圓柱滾子型徑向軸承，所述的止推軸承為圓柱滾子型止推軸承；所述的迴轉馬達固定安裝在迴轉底座的下方，用於驅動迴轉體和迴轉頂蓋進行迴轉運動，所述的迴轉齒輪安裝在迴轉馬達的輸出軸上；所述的內齒圈通過螺釘固定安裝在迴轉體內，且與迴轉齒輪保持內嚙合；所述的迴轉頂蓋固定安裝在迴轉體的頂部，且與迴轉體通過螺釘相連接，在所述的迴轉頂蓋的底部中心還設有角度傳感器，用於測量迴轉體和迴轉頂蓋相對迴轉底座的轉動角度；所述的迴轉馬達採用伺服減速電機或伺服液壓馬達。

所述的立柱組件包括立柱底座、立柱和頂梁。其中，所述的立柱底座位於迴轉頂蓋的上方且與迴轉頂蓋通過螺釘相固連，所述的立柱有兩個，呈左右對稱布置在立柱底座與頂梁之間，且與立柱底座、頂梁均固連；在其中一個立柱的內側面上設有大位移傳感器，用於測量並聯工作臂在立柱上滑移運動時的位移參數；在兩個立柱的前側面上均固定安裝有前直線導軌，在兩個立柱的後側面上均固定安裝有後直線導軌，且所述的後直線導軌採用ω型直線導軌；進一步地，所述的大位移傳感器可採用直線式磁柵傳感器或直線型光柵傳感器或直線式感應同步器。所述的兩部工業攝像機固定安裝在頂梁的前端兩側，且與頂梁之間通過兩自由度雲臺相連接。

所述的升降驅動裝置包括升降馬達、主動鏈輪、前導向鏈輪、後導向鏈輪、鏈條和配重塊。其中，所述的主動鏈輪、前導向鏈輪、後導向鏈輪和鏈條的數量均為二，且呈左右對稱布置在立柱組件上；所述的升降馬達固定安裝在頂梁的頂部中間位置，用於為主動鏈輪的旋轉提供動力，進而驅動並聯工作臂進行升降運動；兩個主動鏈輪位於頂梁的中部兩側，且固定安裝在升降馬達的輸出軸上，兩個前導向鏈輪固定安裝在頂梁的前側面上，兩個後導向鏈輪固定安裝在頂梁的後側面上；所述的鏈條的前端與並聯工作臂的後端頂部通過鉸鏈相連接，鏈條的後端與配重塊通過鉸鏈相連接，且所述的鏈條同時與主動鏈輪、前導向鏈輪、後導向鏈輪保持嚙合；所述的配重塊位於立柱的後側，用於平衡並聯工作臂和末端執行器的重量，在所述的配重塊的前端設有兩個對稱布置的後滑塊且與立柱上的後直線導軌通過滑移副相連接，左右兩個配重塊之間通過u型連杆相連接。所述的配重塊採用分體式結構，配重塊的重量可根據末端執行器的負載大小進行調整，同時也可沿著前後方向增加配重塊的數量，且前後布置的配重塊之間通過螺釘相連接。所述的升降馬達採用伺服減速電機或伺服液壓馬達。

所述的並聯工作臂包括工作臂安裝座、第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈。其中，所述的工作臂安裝座位於立柱的前側，在所述的工作臂安裝座的後端面上設有四個對稱布置的後滑塊且與立柱的前直線導軌通過滑移副相連接；所述的第一支鏈與第三支鏈的結構完全相同，其機構拓撲結構均為rpu結構，且呈左右對稱布置在工作臂安裝座上；所述的第二支鏈與第四支鏈的結構完全相同，其機構拓撲結構均為rrpr結構，且呈上下對稱布置在工作臂安裝座上。從機構學的角度看，所述的並聯工作臂與末端執行器一起構成一個具有空間兩個平移和兩個轉動共四個運動自由度的並聯機構。所述的工作臂安裝座即為並聯工作臂與末端執行器所構成的並聯機構的定平臺，末端執行器即為並聯工作臂與末端執行器所構成的並聯機構的動平臺。所述的並聯工作臂、末端執行器與立柱組件、迴轉裝置一起構成一個具有空間三個平移兩個轉動共五個自由度的混聯機構，其中繞垂直軸的轉動為冗餘自由度。

所述的第一支鏈包括第一前萬向節、第一伸縮組和第一後鉸鏈。其中，所述的第一後鉸鏈的內側端與工作臂安裝座相固連，所述的第一伸縮組的後端與第一後鉸鏈的外側端通過滑移副相連接，所述的第一伸縮組的前端與第一前萬向節的後端相固連，第一前萬向節的前端與末端執行器相固連。第二支鏈包括第一前鉸鏈、第二伸縮組、第二後鉸鏈和第一垂直鉸鏈。其中，所述的第一前鉸鏈的前端與末端執行器相固連，所述的第二伸縮組的前端與第一前鉸鏈的後端相固連，所述的第二伸縮組的後端與第二後鉸鏈的上端通過滑移副相連接，所述的第一垂直鉸鏈的下端與第二後鉸鏈的上端固連，所述的第一垂直鉸鏈的頂部固定安裝在工作臂安裝座上。第四支鏈包括第二前鉸鏈、第四伸縮組、第四後鉸鏈和第二垂直鉸鏈。其中，所述的第二前鉸鏈的前端與末端執行器相固連，所述的第四伸縮組的前端與第二前鉸鏈的後端相固連，所述的第四伸縮組的後端與第四後鉸鏈的下端通過滑移副相連接，所述的第二垂直鉸鏈的上端與第四後鉸鏈的下端固連，所述的第二垂直鉸鏈的底部固定安裝在工作臂安裝座上，所述的第一垂直鉸鏈的下端與第二垂直鉸鏈的上端相固連。所述的第一後鉸鏈的軸線與第一前萬向節的十字軸的一條軸線相平行，所述的第一前萬向節的十字軸的水平軸線與第三支鏈的第二前萬向節的十字軸的水平軸線保持同軸；所述的第一前鉸鏈的軸線與第二後鉸鏈的軸線相平行，所述的第一前鉸鏈的軸線垂直於第一垂直鉸鏈的軸線，第一垂直鉸鏈與第二垂直鉸鏈保持同軸，第一前鉸鏈的軸線與第二前鉸鏈的軸線相平行，第二前鉸鏈的軸線與第四後鉸鏈的軸線相平行；第一後鉸鏈、第一垂直鉸鏈、第二垂直鉸鏈與第三支鏈上的第三後鉸鏈的軸線均保持相互平行，從而保證了並聯工作臂與末端執行器一起構成的並聯機構具有確定的空間內兩個平移和兩個轉動共四個運動自由度。

所述的第一伸縮組包括第一伸縮架、第一螺杆、第一滑塊和第一驅動電機。其中，所述的第一伸縮架的前端與第一前萬向節的後端相固連；所述的第一螺杆的兩端通過軸承座安裝在第一伸縮架上，所述的第一驅動電機固定安裝在第一伸縮架的後端且與第一螺杆的後端通過聯軸器相連接，用於驅動第一滑塊沿著第一螺杆進行伸長或縮短；所述的第一滑塊通過兩條平行的直線導軌安裝在第一伸縮架的內側，且與第一螺杆通過螺紋相連接；所述的第一滑塊與工作臂安裝座通過第一後鉸鏈相連接；所述的第二伸縮組、第三伸縮組、第四伸縮組與第一伸縮組的結構完全相同。

使用時，先根據鑄造作業的任務選擇合適的末端執行器，執行澆注任務時選擇澆包作為末端執行器，執行取芯、組芯、下芯和搬運任務時，尤其是當作業對象為異形砂芯和異形鑄件時，可選擇多指異步式氣動抓手作為末端執行器。然後，根據作業要求啟動前驅動輪、後驅動輪使四驅輪式移動平臺在車間內移動行走至指定作業位置，再根據作業姿態和高度要求分別調整迴轉裝置、升降驅動裝置，通過調整本發明的並聯工作臂將末端執行器調整到合適的作業姿態和作業高度，並聯工作臂的姿態調整通過驅動各支鏈上滑塊沿著螺杆向前或向後移動來實現。在執行駐點作業時，尤其是針對重量比較大的鑄件的澆注和裝運時，由於前驅動輪、後驅動輪可能產生打滑或失穩，進而會影響鑄造機器人的作業精度，需要調節可調液壓支腿的擺角，並同時將後液壓支腿與可調液壓支腿的垂直支腿伸長，實現四驅輪式移動平臺的駐點穩定支撐。導航傳感器、測距傳感器位置、距離信息、雙目視覺系統獲取的圖像信息、末端執行器的垂直位移和轉角信息以及鑄造機器人的實時工作狀態參數等均在監視器上直觀顯示，鑄造機器人的姿態調整和作業任務等信息分析和處理任務由控制器分析完成。

本發明的有益效果是，與現有的技術相比，本發明的四驅輪式移動平臺採用獨立驅動的四輪全向輪驅動，實現長距離靈活穩定行走；後液壓支腿與可調液壓支腿可根據平臺車架內的數字式雙軸水平儀測得四驅輪式移動平臺相對於水平面的靜態傾斜角度進行自動調節，實現駐點自平衡支撐，既保證了鑄造機器人在重負載條件下的長距離穩定行走，又能提高作業的支撐穩定性；除了四驅輪式移動平臺可全向移動行走外，機器人本體還具有升降、前後伸縮、左右平移三個移動和分別繞垂直軸、繞水平軸的兩個轉動共五個運動自由度，迴轉裝置、升降驅動裝置可分別實現整周迴轉和升降調節，四自由度並聯工作臂可對末端執行器進行姿態調節，明顯擴大了機器人的工作空間，提高了鑄造機器人的運動靈活性；本發明的末端執行器還可根據工作需要更換為澆包或兩爪夾板式氣動抓手或三指式同步氣動手爪或多指異步式氣動抓手，以滿足中大型鑄件的取芯、組芯、下芯、澆注和搬運等不同作業的需求，提高鑄造生產中組芯、下芯、澆注和搬運作業的效率、質量和安全性，降低了操作人員的勞動強度和生產成本。尤其是多指異步式氣動抓手的採用可以滿足異形砂芯、鑄件的貼合式有效抓取的作業需求，可避免在組芯、下芯過程中損傷砂芯或鑄件，提高了作業的穩定性、安全性和適應性，通過安裝在平臺車架上的導航傳感器、測距傳感器、數字式雙軸水平儀、迴轉裝置上的角度傳感器、升降裝置上的大位移傳感器和工業攝像機多傳感器信息融合，自動完成鑄造機器人自平衡控制與位置判斷、砂芯與鑄件的識別、砂箱和澆口的識別，砂芯組件和鑄件的抓取、安放以及澆注等鑄造作業任務，自動化程度高、工作效率高、勞動強度低；本發明還具有結構緊湊，設備佔用空間小、生產成本低、安全性高、適應性強、末端執行器更換方便、操作維護簡便等優點，可克服現有技術的缺陷。

附圖說明

圖1為本發明的總體結構示意圖；

圖2為本發明的立柱組件與升降驅動裝置的結構示意圖；

圖3為本發明的四驅輪式移動平臺的結構示意圖；

圖4為本發明的迴轉裝置的結構示意圖；

圖5為圖2的a-a向視圖；

圖6為本發明的並聯工作臂的結構示意圖；

圖7為本發明的可調液壓支腿(不含擺角調節缸)的結構示意圖；

圖8為本發明的並聯工作臂的第一支鏈的結構示意圖；

圖9為本發明的並聯工作臂的第二支鏈與第四支鏈的結構示意圖；

圖10為本發明的多指異步式氣動抓手的結構示意圖；

圖11為本發明的末端執行器換裝多指異步式氣動抓手時的總體結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明所實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施例和圖示，進一步闡述本發明。

具體實施方式一：

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖7和圖11所示，一種混聯式可移動重載鑄造機器人，包括四驅輪式移動平臺1、迴轉裝置2、立柱組件3、升降驅動裝置4、並聯工作臂5、末端執行器6和雙目視覺系統7。其中，所述的四驅輪式移動平臺1是本發明的承載和移動平臺，包括平臺車架11、前驅動輪12、後驅動輪13、後液壓支腿14、可調液壓支腿15、控制器16、監視器17和液壓泵站18。在所述的平臺車架11的前後兩端的底部設有導航傳感器111，所述的導航傳感器111採用磁導航傳感器或雷射掃描器或紅外發射器或超聲波發射器，在平臺車架11內還設有數字式雙軸水平儀，且所述的數字式雙軸水平儀的測量精度不低於0.01度；在所述的平臺車架11的前側面、後側面、左側面和右側面中部設有測距傳感器112，所述的測距傳感器採用雷射測距傳感器或超聲波測距傳感器；兩個前驅動輪12安裝在平臺車架11的前端，兩個後驅動輪13安裝在平臺車架11的後端，用於驅動四驅輪式移動平臺1移動行走；兩條後液壓支腿14對稱安裝在平臺車架11後方的兩個角上，所述的可調液壓支腿15安裝在平臺車架11的前方兩側，用於鑄造機器人在作業時進行駐點支撐，保證四驅輪式移動平臺1在作業過程中實現原地定位和穩定支撐。所述的控制器16布置在平臺車架11的後端中部，用於接收安裝在四驅輪式移動平臺1上的各傳感器和安裝在立柱組件3頂部的雙目視覺系統7中的工業攝像機所獲取的傳感信息，並控制四驅輪式移動平臺1、迴轉裝置2、升降驅動裝置4、並聯工作臂5和末端執行器6執行相應的動作或任務指令。所述的監視器17固定安裝在控制器16的頂部，用於顯示導航傳感器111、測距傳感器112所獲取的位置、距離信息，數字式雙軸水平儀測得的平臺車架11的姿態參數，末端執行器6的位姿參數以及雙目視覺系統7獲取的圖像信息以及本發明的工作狀態參數。所述的液壓泵站18固定安裝在平臺車架11的後端左側，用於為後液壓支腿14、可調液壓支腿15或伺服液壓馬達提供壓力油；所述的迴轉裝置2位於四驅輪式移動平臺1的前端，且通過螺釘固定安裝在平臺車架11上，用於驅動升降驅動裝置4、並聯工作臂5和末端執行器6進行迴轉運動。所述的立柱組件3位於迴轉裝置2的正上方，且立柱組件3的底部固定安裝在迴轉裝置1的頂部；所述的升降驅動裝置4固定安裝在立柱組件3上，且升降驅動裝置4的前端與並聯工作臂5的後端通過鉸鏈相連接，用於驅動並聯工作臂5和末端執行器6進行升降運動。所述的並聯工作臂5為2rpu-2rrpr結構的四自由度並聯機構，用於支撐並驅動末端執行器6實現前後伸縮移動、左右平移、繞水平軸的轉動和繞垂直軸的轉動共四個自由度的運動及姿態調整。所述的末端執行器6安裝在並聯工作臂5的前端，並聯工作臂5的後端安裝在立柱組件3上並可沿著立柱組件3上下滑移；所述的雙目視覺系統7包括工業攝像機、圖像採集卡和工業計算機，用於採集、分析和處理工業攝像機在工作現場獲取的圖像信息，識別和判斷砂芯組件、鑄件、砂箱和澆口的幾何形狀和姿態；所述的工業攝像機有兩部，且均設有led照明光源，所述的圖像採集卡集成安裝在監視器17內，所述的工業計算機集成安裝在控制器16內，所述的工業攝像機與圖像採集卡通過數據線相連接，所述的圖像採集卡與工業計算機通過數據線相連接。

如圖1、圖3和圖11所示，所述的前驅動輪12和後驅動輪13均採用麥克納姆全向輪；所述的末端執行器6採用澆包，用於執行鑄造生產中的澆注作業功能。

如圖1、圖3、圖4和圖11所示，所述的迴轉裝置2包括迴轉底座21、迴轉體22、迴轉馬達23、迴轉齒輪24、內齒圈25和迴轉頂蓋26。其中，所述的迴轉底座21通過螺釘固定安裝在平臺車架11上；所述的迴轉體22套裝在迴轉底座21內，且與迴轉底座21之間通過一個徑向軸承和兩個止推軸承相連接，所述的徑向軸承採用圓柱滾子型徑向軸承，所述的止推軸承為圓柱滾子型止推軸承；所述的迴轉馬達23固定安裝在迴轉底座21的下方，用於驅動迴轉體22和迴轉頂蓋26進行迴轉運動，所述的迴轉齒輪24安裝在迴轉馬達23的輸出軸上；所述的內齒圈25通過螺釘固定安裝在迴轉體22內，且與迴轉齒輪24保持內嚙合；所述的迴轉頂蓋26固定安裝在迴轉體22的頂部，且與迴轉體22通過螺釘相連接，在所述的迴轉頂蓋26的底部中心還設有角度傳感器，用於測量迴轉體22和迴轉頂蓋26相對迴轉底座21的轉動角度。

如圖1、圖2、圖5和圖11所示，所述的立柱組件3包括立柱底座31、立柱32和頂梁33。其中，所述的立柱底座31位於迴轉頂蓋26的上方且與迴轉頂蓋26通過螺釘相固連，所述的立柱32有兩個，呈左右對稱布置在立柱底座31與頂梁33之間，且與立柱底座31、頂梁33均固連；在其中一個立柱32的內側面上設有大位移傳感器，用於測量並聯工作臂5在立柱上滑移運動時的位移參數；在兩個立柱32的前側面上均固定安裝有前直線導軌321，在兩個立柱32的後側面上均固定安裝有後直線導軌322，且所述的後直線導軌322採用ω型直線導軌；進一步地，所述的大位移傳感器可採用直線式磁柵傳感器或直線型光柵傳感器或直線式感應同步器。所述的兩部工業攝像機固定安裝在頂梁33的前端兩側，且與頂梁33之間通過兩自由度雲臺相連接。

如圖1、圖2、圖5和圖11所示，所述的升降驅動裝置4包括升降馬達41、主動鏈輪42、前導向鏈輪43、後導向鏈輪44、鏈條45和配重塊46。其中，所述的主動鏈輪42、前導向鏈輪43、後導向鏈輪44和鏈條45的數量均為二，且呈左右對稱布置在立柱組件3上；所述的升降馬達41固定安裝在頂梁33的頂部中間位置，用於為主動鏈輪42的旋轉提供動力，進而驅動並聯工作臂5進行升降運動；兩個主動鏈輪42位於頂梁33的中部兩側，且固定安裝在升降馬達41的輸出軸上，兩個前導向鏈輪43固定安裝在頂梁33的前側面上，兩個後導向鏈輪44固定安裝在頂梁33的後側面上；所述的鏈條45的前端與並聯工作臂5的後端頂部通過鉸鏈相連接，鏈條45的後端與配重塊46通過鉸鏈相連接，且所述的鏈條45同時與主動鏈輪42、前導向鏈輪43、後導向鏈輪44保持嚙合；所述的配重塊46位於立柱32的後側，用於平衡並聯工作臂5和末端執行器6的重量，在所述的配重塊46的前端設有兩個對稱布置的後滑塊461且與立柱32上的後直線導軌322通過滑移副相連接，左右兩個配重塊46之間通過u型連杆462相連接。所述的配重塊46採用分體式結構，配重塊的重量可根據末端執行器6的負載大小進行調整，同時也可沿著前後方向增加配重塊46的數量，且前後布置的配重塊46之間通過螺釘相連接。

如圖1、圖2、圖5、圖7、圖8、圖9和圖11所示，所述的並聯工作臂5包括工作臂安裝座51、第一支鏈52、第二支鏈53、第三支鏈54和第四支鏈55。其中，所述的工作臂安裝座51位於立柱32的前側，在所述的工作臂安裝座51的後端面上設有四個對稱布置的後滑塊511且與立柱32的前直線導軌321通過滑移副相連接；所述的第一支鏈52與第三支鏈54的結構完全相同，其機構拓撲結構均為rpu結構，且呈左右對稱布置在工作臂安裝座51上；所述的第二支鏈53與第四支鏈55的結構完全相同，其機構拓撲結構均為rrpr結構，且呈上下對稱布置在工作臂安裝座51上。從機構學的角度看，所述的並聯工作臂5與末端執行器6一起構成一個具有空間兩個平移和兩個轉動共四個運動自由度的並聯機構。所述的工作臂安裝座51即為並聯工作臂5與末端執行器6所構成的並聯機構的定平臺，末端執行器6即為並聯工作臂5與末端執行器6所構成的並聯機構的動平臺。所述的並聯工作臂5、末端執行器6與立柱組件3、迴轉裝置2一起構成一個具有空間三個平移兩個轉動共五個自由度的混聯機構，其中繞垂直軸的轉動為冗餘自由度。

具體實施方式二：

如圖1、圖7、圖8、圖9和圖11所示，所述的第一支鏈52包括第一前萬向節521、第一伸縮組522和第一後鉸鏈523。其中，所述的第一後鉸鏈523的內側端與工作臂安裝座51相固連，所述的第一伸縮組522的後端與第一後鉸鏈523的外側端通過滑移副相連接，所述的第一伸縮組522的前端與第一前萬向節521的後端相固連，第一前萬向節521的前端與末端執行器6相固連。第二支鏈53包括第一前鉸鏈531、第二伸縮組532、第二後鉸鏈533和第一垂直鉸鏈534。其中，所述的第一前鉸鏈531的前端與末端執行器6相固連，所述的第二伸縮組532的前端與第一前鉸鏈531的後端相固連，所述的第二伸縮組532的後端與第二後鉸鏈533的上端通過滑移副相連接，所述的第一垂直鉸鏈534的下端與第二後鉸鏈533的上端固連，所述的第一垂直鉸鏈534的頂部固定安裝在工作臂安裝座51上。第四支鏈55包括第二前鉸鏈551、第四伸縮組552、第四後鉸鏈553和第二垂直鉸鏈554。其中，所述的第二前鉸鏈551的前端與末端執行器6相固連，所述的第四伸縮組552的前端與第二前鉸鏈551的後端相固連，所述的第四伸縮組552的後端與第四後鉸鏈553的下端通過滑移副相連接，所述的第二垂直鉸鏈554的上端與第四後鉸鏈553的上端固連，所述的第二垂直鉸鏈554的底部固定安裝在工作臂安裝座51上，所述的第一垂直鉸鏈534的下端與第二垂直鉸鏈554的上端相固連，即共用一個鉸鏈框架56。所述的第一後鉸鏈523的軸線與第一前萬向節521的十字軸的一條軸線相平行，所述的第一前萬向節521的十字軸的水平軸線與第三支鏈54的第二前萬向節541的十字軸的水平軸線保持同軸；所述的第一前鉸鏈531的軸線與第二後鉸鏈533的軸線相平行，所述的第一前鉸鏈531的軸線垂直於第一垂直鉸鏈534的軸線，第一垂直鉸鏈534與第二垂直鉸鏈554保持同軸，第一前鉸鏈531的軸線與第二前鉸鏈551的軸線相平行，第二前鉸鏈551的軸線與第四後鉸鏈553的軸線相平行；第一後鉸鏈523、第一垂直鉸鏈534、第二垂直鉸鏈554與第三支鏈54上的第三後鉸鏈543的軸線均保持相互平行，從而保證了並聯工作臂5與末端執行器6一起構成的並聯機構具有確定的空間內兩個平移和兩個轉動共四個運動自由度。

如圖1、圖7、圖8、圖9和圖11所示，所述的第一伸縮組522包括第一伸縮架5221、第一螺杆5222、第一滑塊5223和第一驅動電機5224。其中，所述的第一伸縮架5221的前端與第一前萬向節521的後端相固連；所述的第一螺杆5222的兩端通過軸承座安裝在第一伸縮架5221上，所述的第一驅動電機5224固定安裝在第一伸縮架5221的後端且與第一螺杆5222的後端通過聯軸器相連接，用於驅動第一滑塊5223沿著第一螺杆5222進行伸長或縮短；所述的第一滑塊5223通過兩條平行的直線導軌安裝在第一伸縮架5221的內側，且與第一螺杆5222通過螺紋相連接；所述的第一滑塊5223與工作臂安裝座51通過第一後鉸鏈523相連接；所述的第二伸縮組532、第三伸縮組542、第四伸縮組552與第一伸縮組522的結構完全相同。所述的第一伸縮組522、第二伸縮組532、第三伸縮組542、第四伸縮組552在並聯工作臂5中起移動副的作用，其驅動動力分別由第一驅動電機5224、第二驅動電機5324、第三驅動電機5424和第四驅動電機5524提供。

如此設計，用伸縮組實現並聯工作臂5的四條支鏈中移動副的功能，結構簡單、緊湊，既可以保證第一支鏈52、第二支鏈53、第三支鏈54和第四支鏈55中移動副的結構剛度、抗扭能力，使驅動滑塊移動的螺杆只承受軸向載荷，不承受剪切力和扭力，能有效降低移動副中驅動動力的成本；通過嚴格限定第一支鏈52、第二支鏈53、第三支鏈54和第四支鏈55中前萬向節、前鉸鏈、後鉸鏈及垂直鉸鏈的軸線之間的尺度約束類型，即限定各軸線之間的平行、同軸或垂直的關係，可以唯一限定本發明中並聯工作臂5與末端執行器6所構成的四自由度並聯機構能按照設定的空間兩個平移和兩個轉動共四個自由度進行準確地運動和姿態調整。其它組成及連接關係與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：

如圖1、圖10和圖11所示，所述的末端執行器6具體的採用多指異步式氣動抓手，所述的多指異步式氣動抓手包括氣爪連接座6-1、連接支架6-2、氣爪安裝板6-3、夾爪手指6-4和手指氣缸6-5。其中，所述的氣爪連接座6-1固定安裝在並聯工作臂5的前端；所述的連接支架6-2的上端與氣爪連接座6-1固連，連接支架6-2的下端與氣爪安裝板6-3的頂部固連，且在連接支架6-2的中部還設有加強連杆6-21；在所述的氣爪安裝板6-3的底部設有導向套6-31，在所述的夾爪手指6-4的下端內側設有防滑橡膠6-41，在所述的夾爪手指6-4的上端內側設有導向杆6-42，所述的導向杆6-42套裝在導向套6-31內，且與導向套6-31之間通過直線軸承相連接；所述的手指氣缸6-5固定安裝在氣爪安裝板6-3上，手指氣缸6-5的兩端分別與兩個夾爪手指6-4通過鉸鏈相連接，所述的手指氣缸6-5為雙作用氣缸；在所述的氣爪安裝板6-3的頂部還設有電磁換向閥、安全閥。夾爪手指6-4的導向杆6-42在手指氣缸6-5的驅動下，可沿著導向套6-31滑移，實現安裝在同一個手指氣缸6-5兩端的夾爪手指6-4進行鬆開與夾緊的動作，進而實現每對夾爪手指6-4獨立鬆開與夾緊，實現對異形砂芯或鑄件的貼合式有效抓取。所述的夾爪手指6-4的對數範圍為4-12。如此設計，用多指異步式氣動抓手替換澆包，用於抓取砂芯組件、整體砂芯或鑄件，可以使本發明具備組芯、下芯和搬運鑄件的功能，進一步擴大了本發明的使用功能。其它組成及連接關係與具體實施方式一或具體實施方式二相同。

具體實施方式四：

如圖1、圖4和圖11所示，本實施方式中的迴轉馬達23採用伺服減速電機。如此設計，直流伺服電機轉速高，配合相應的rv精密減速器可以提供較大的扭矩；另外，直流伺服電機還可實現閉環控制，可實現較高的傳動精度。其它組成及連接關係與具體實施方式一、二或三相同。

具體實施方式五：

如圖1和圖2所示，本實施方式中的升降馬達41採用伺服減速電機。如此設計，直流伺服電機轉速高，配合相應的rv精密減速器可以提供較大的扭矩；另外，直流伺服電機還可實現閉環控制，可實現較高的傳動精度。其它組成及連接關係與具體實施方式一、二、三或四相同。

具體實施方式六：

如圖1、圖3、圖6和圖11所示，本實施方式中的可調液壓支腿15不僅可以左右擺動調節，還可以伸長或縮短。所述的可調液壓支腿15包括支腿箱151、伸縮臂152、垂直支腿153、支腿伸縮缸154和擺角調節缸155。其中，所述的支腿箱151為中空結構，支腿箱151的後端與平臺車架11通過鉸鏈相連接，且在支腿箱151的後端設有角度傳感器，用於檢測支腿箱151左右擺動的角度；所述的伸縮臂152的後端套裝在支腿箱151內並可在支腿箱151內滑移；所述的支腿伸縮缸154安裝在支腿箱151內，用於驅動伸縮臂152沿著支腿箱151滑移，進而實現可調液壓支腿15的伸縮功能，支腿伸縮缸154的前後兩端分別與伸縮臂152、支腿箱151通過鉸鏈相連接；所述的垂直支腿153的頂部固定安裝在伸縮臂152的前部末端；所述的擺角調節缸155的兩端分別與平臺車架11、支腿箱151通過鉸鏈相連接，所述的支腿伸縮缸154和擺角調節缸155採用雙作用液壓缸，用於驅動支腿箱151、伸縮臂152和垂直支腿153繞支腿箱151後端的鉸鏈軸線左右擺動。在支腿伸縮缸154上還設有位移傳感器，用於檢測伸縮臂152相對支腿箱151移動的位移。後液壓支腿14和垂直支腿153的驅動動力採用電液伺服油缸或電液步進式液壓缸。如此設計，後液壓支腿14與可調液壓支腿15可根據平臺車架11內的數字式雙軸水平儀測得四驅輪式移動平臺1相對於水平面的靜態傾斜角度進行自動調節，進而實現四驅輪式移動平臺1在駐點支撐時的自平衡功能，還可以提高本發明的四驅輪式移動平臺1在大負載作業時抗傾覆的能力。其它組成及連接關係與具體實施方式一、二、三、四或五相同。

使用時，先根據鑄造作業的任務選擇合適的末端執行器6，執行澆注任務時選擇澆包作為末端執行器，執行取芯、組芯、下芯和搬運任務時，尤其是當作業對象為異形砂芯和異形鑄件時，可選擇多指異步式氣動抓手作為末端執行器。然後，根據作業要求啟動前驅動輪12、後驅動輪13使四驅輪式移動平臺1在車間內移動行走至指定作業位置，再根據作業姿態和高度要求分別調整迴轉裝置2、升降驅動裝置4，通過第一驅動電機5224、第二驅動電機5324、第三驅動電機5424和第四驅動電機5524的正轉或反轉調整本發明的並聯工作臂5將末端執行器6調整到合適的作業姿態和作業高度。在執行駐點作業時，尤其是針對重量比較大的鑄件的澆注和裝運時，由於前驅動輪12、後驅動輪13可能產生打滑或失穩，進而會影響鑄造機器人的作業精度，需要將調節可調液壓支腿15的擺角，並同時將後液壓支腿14與可調液壓支腿15的垂直支腿153伸長，實現四驅輪式移動平臺1的駐點穩定支撐。導航傳感器、測距傳感器位置、距離信息、雙目視覺系統獲取的圖像信息、末端執行器的垂直位移和轉角信息以及鑄造機器人的實時工作狀態參數等均在監視器17上直觀顯示，鑄造機器人的姿態調整和作業任務等信息分析和處理任務由控制器16完成。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語「上」、「下」、「左」、「右」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」、「前」、「後」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。