CN107253179A - 混联桁架式可移动重载铸造机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混联桁架式可移动重载铸造机器人，包括四驱轮式移动平台、回转装置、升降装置、前移装置、后移装置、配重装置、并联工作臂和末端执行器。本发明的四驱轮式移动平台采用四轮驱动加四角驻点自平衡支撑的方式，实现灵活稳定行走和稳定支撑，机器人本体具有空间六个运动自由度；回转装置、前移装置、升降装置可分别实现回转、前后移动和升降调节，配重装置在后移装置上移动并可增减配置块的数量，并联工作臂可对末端执行器进行姿态调节，末端执行器可根据需要更换，以满足中大型铸件的组芯、下芯、浇注和搬运等不同作业的需求，提高铸件组芯、下芯和浇注作业的效率、质量和安全性，降低了操作人员的劳动强度和生产成本。

Description

混联桁架式可移动重载铸造机器人

技术领域

本发明属于铸造机器人设备技术领域，特别涉及一种混联桁架式可移动重载铸造机器人。

背景技术

工业机器人高度的柔性化能够满足现代化绿色铸造生产中的各种特殊要求，铸造生产采用机器人，不仅可把操作工人从繁重、单调的体力劳动中解放出来，节约劳动力，而且还是提高铸件生产效率、制造精度和质量、实现铸造生产机械化、自动化及文明化的重要手段。目前，采用先进适用的铸造新技术，提高铸造装备自动化水平，特别是可移动机器人技术的应用，是铸造企业实施绿色铸造生产、实现可持续发展的关键举措。因铸造存在高温、高粉尘、振动、油污、噪声及电磁干扰的恶劣环境，且铸件重量大，因此一般工业机器人无法满足生产需要。铸造机器人要能适应这样的工作环境并正常运行，还存在众多关键技术急需研究与突破。铸造机器人不仅可用于压铸、精铸生产中的铸件搬运和传送，还可用在砂型铸造的造型、制芯、下芯、浇注、清理以及检验等工序中。尤其是在中大型铸件的生产中，砂芯和铸件的尺寸、重量都比较大，执行取芯、组芯、下芯、浇注和搬运作业难度大，要求高。迫切需要能够满足铸件生产中取芯、组芯、下芯、浇注和搬运作业需求的高柔性、重负载型铸造机器人。

目前，在铸造生产中所使用的机器人大多是关节式串联机器人，其优点是结构简单、控制方便、工作空间大，但其精度较差、负载能力小，只能执行轻载作业任务。难以满足中大型铸件生产中的重载作业任务需求，作业精度和效率的提高受到限制。现有铸造机器人的应用还仅局限于在固定工位上辅助完成较为简单的铸造作业任务，无法适应铸造生产复杂作业环境下移动式精确作业要求。如生产中使用的串联式浇注机器人，虽然结构简单，成本较低，但由于自由度过少，应用场合单一，无法满足多种场合的使用。普遍应用的铸造机器人都是由普通机器人改制过来的。目前，很多中小型铸件生产厂家在生产过程中进行取芯、组芯、下芯和浇注等作业时，多采用人海战术，一个工位一个工作人员取芯、下芯、组芯和浇注熔体，工作人员还得来回跑动，显得十分繁乱，同时工作效率低下。砂芯和铸件的搬运作业多以人工辅助简易吊装设备为主，少数采用机器人的技术方案中也多为固定位置的串联式机器人配装气动抓手进行作业，缺乏专业的可移动式的重载铸造机器人。尤其在中大型铸件的浇注作业过程中，仍然以人工为主，工人劳动强调大，体力消耗多、工作效率低。浇注时铁水或钢水需要用浇包转到生产线上，对准浇注口把浇包中的铁水或钢水倒在浇注工件的浇注冒口中。目前，浇注铁水或钢水是由工人手抬或行车吊运沉重的浇包，从高频电炉处接铁水或钢水，再把三、四百斤铁水或钢水与浇包移到浇注地点，两人或多人配合，将浇包慢慢地倾斜，将浇包中的铁水或钢水倾倒在工件的浇注口中。此种方法有以下缺点：(1)受工人一次负重量的影响，浇注件的大小(重量)受到限制，一件铸件要在很短的时间里浇注好，如果用二包或更多包的铁水或钢水浇注，由于工人的速度慢，则浇注出来的铸件很容易存在铸造缺陷等质量问题；(2)工人的劳动强度大，工作环境差。铁水或钢水的温度高达1500℃左右，其工作环境温度在40℃以上，工人的劳动强度大，容易疲劳；(3)工作环境危险，时刻要小心铁水或钢水飞溅，工作人员的人身安全保障存在隐患；(4)工作中运输速度低，浇注速度慢；工作效率低，生产率低，增加了制造成本，延缓了制造进度。

针对铸件组芯、下芯、浇注和搬运中存在的问题，现有专利文献也提出了一些解决方案。申请号为201610698460.5的中国专利公开了一种自动浇注机器人，由动力装置、传动装置、舀取装置、检测装置等组成，可控制舀勺的旋转速度和角度，但该方案只能进行简单的舀取和浇注，机器人工作空间小，生产效率低。申请号为200910015467.2的中国专利公开了一种铝活塞浇注机器人，浇注机器人的主摆臂、副摆臂、竖直摆臂和连杆形成平行四连杆机构，能够满足铝活塞毛坯铸造正向或反向倾转随动浇注工艺要求，但该方案柔性差，动作节拍长，生产效率低，舀取铝液重量重复量精度及定位精度差，产品质量不稳定。申请号为201610072679.4的中国专利公开了一种由机器人控制的浇注装置，该装置采用锥齿轮传动，压缩空气冷却管路和风机给浇注装置持续冷却，但同时对浇注液也有冷却作用，使产品质量降低。申请号为201611165409.4的中国专利公开了一种铝活塞高精度浇注机器人，包括ABB六轴工业机器人和浇注机器人，具有多自由度，系统柔性高等特点，该方案采用的是串联式的机器人手臂，工作空间小且运动过程不平稳，影响浇注质量。申请号为200710012538.4的中国专利公开了一种新型并联浇注机器人，包括基座，旋转副、转盘、机体和浇包，通过容积法保证取液的准确性，通过电机驱动一套平行四边形四杆机构使浇包在一定范围内摆动，实现浇包的定位，但其他方向无法保证精确的定位，机器人工作空间小。申请号为201320665695.6的中国专利公开了一种四关节舀汤或浇注机器人，该设备结构简单，无法进行复杂的浇注工作，浇注时的定位精度低，结构承载较小。申请号为201120359585.8的中国专利公开了一种机器人双浇包浇注臂，包括浇注臂，支撑架，伺服电机和减速机，两个电机通过链条传动系统分别驱动两个浇包进行浇注，提高了生产效率，但同时定位精度变差，且两个浇包的间距不可调，仅适合于小型铸件的浇注。申请号为201510444411.4的中国专利公开了一种地轨移动浇注机械手，浇注机械手下方安装底座，通过滑轮在地轨上移动，但工作轨迹受轨道限制，灵活性差。申请号为201621367895.3的中国专利提出了一种活塞一机二模全自动铸造机的设计方案，用固定位置的串联式浇注机器人和简易的取件手完成取铝液、浇注和取铸件任务，适合生产线上固定位置的轻载作业。

在取芯、组芯和下芯方面，申请号为200920140832.8的中国专利公开了一种由砂箱、砂箱定位组件和用于夹持下芯的串联式机械手等组成的铸造下芯装置，机械手只能在限定的范围内作业，且用于夹持砂芯的执行器采用夹板式结构，只能满足单一性砂芯的作业要求。申请号为201520331028.3的中国专利公开了一种机器人自动组芯装置，包括砂芯放置滑台和固定位置工作的抓手，在砂芯放置滑台上设有支撑座、调整偏心轮、定位轮和光电检测开关，在抓手上设有打胶装置和检测装置，在打胶装置上设有数个胶枪，该技术方案仅仅简化了打胶装置及检测装置的结构，并实现两种功能的集成，整个装置不可移动，工作范围受限，且不满足异形砂芯的作业要求。申请号为201610325766.6的中国专利公开了一种基座式机器人下芯取件机构，包括浇料机械臂和下芯取件机械臂，虽然通过设置的三工位组芯旋转平台可以满足三工位组芯作业半径要求，减轻员工劳动强度，但作业范围和对象仍然受机器人固定式位置和简易末端执行器的限制。申请号为201611053848.6的中国专利公开了一种取芯组芯机器人抓手，包括控制模块、抓手框架、连接法兰、抓手左侧夹紧机构模块、直线滑块导轨、抓手中间夹紧机构模块、气动伺服平移机构、抓手右侧夹紧机构模块，能在左、中、右同时夹紧一个、两个或三个砂芯，各模块独立抓取时可通过气动旋转模块实现砂芯的旋转动作，其不足在于抓取时只能通过活动端夹紧臂模块夹紧砂芯，抓取对较重砂芯时不仅夹持点少，而且需要移动砂芯，容易造成砂芯破损。

随着铸造技术水平的提高，中大型铸件的生产及对铸件成型过程中的取芯、组芯、下芯、浇注和搬运作业自动化的需求也越来越多。现有技术方案中多采用固定工位的串联式机械手进行作业，不仅作业范围小、运动受限，而且负载能力较低，无法满足中大型铸件的取芯、组芯、下芯、浇注和搬运作业需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种全向轮式可移动重载铸造机器人，能够用于中大型铸件在铸造成型过程中的取芯、组芯、下芯、浇注和搬运等作业，提高铸造生产的作业效率、铸件质量和安全性，降低劳动强度和生产成本，可克服现有技术的缺陷。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

一种混联桁架式可移动重载铸造机器人，包括四驱轮式移动平台、回转装置、升降装置、前移装置、后移装置、配重装置、并联工作臂和末端执行器。其中，所述的四驱轮式移动平台是本发明的承载和移动平台，包括平台车架、前驱动轮、后驱动轮、自平衡液压支腿、控制器和监视器。在所述的平台车架的前后两端的底部设有导航传感器，所述的导航传感器采用磁导航传感器或激光扫描器或红外发射器或超声波发射器；在所述的平台车架的前侧面、后侧面、左侧面和右侧面中部设有测距传感器，所述的测距传感器采用激光测距传感器或超声波测距传感器，在平台车架内还设有数字式双轴水平仪，且所述的数字式双轴水平仪的测量精度不低于0.01度；两个前驱动轮安装在平台车架的前端，两个后驱动轮安装在平台车架的后端，用于驱动四驱轮式移动平台移动行走；四条自平衡液压支腿对称安装在平台车架的四个角上，用于铸造机器人在作业时进行驻点支撑，保证四驱轮式移动平台在作业过程中实现原地定位和稳定支撑。所述的控制器布置在平台车架的后端一侧，用于接收安装在四驱轮式移动平台上的各传感器和安装在升降装置顶部的工业摄像机所获取的传感信息，并控制四驱轮式移动平台、回转装置、升降装置、前移装置、后移装置、配重装置、并联工作臂和末端执行器执行相应的动作或任务指令。在平台车架后端中间位置还设有用于操作人员乘坐的座椅，所述的监视器固定安装在座椅的正前方，用于显示导航传感器、测距传感器位置、距离信息和工业摄像机获取的图像信息以及本发明的工作状态参数；所述的回转装置固定安装在四驱轮式移动平台的前端，用于驱动升降装置、并联工作臂和末端执行器进行回转运动。所述的升降装置位于回转装置的正上方，且升降装置的底部固定安装在回转装置的顶部，用于驱动前移装置、后移装置、配重装置、并联工作臂和末端执行器进行升降运动。所述的前移装置、后移装置分别固定安装在升降装置的前后两侧且均可沿升降装置上下滑移，所述的并联工作臂的上端固定安装在前移装置上且与前移装置通过滑移副相连接，所述的配重装置固定安装在后移装置上且与后移装置通过滑移副相连接，用于平衡并联工作臂和末端执行器的重量；所述的配重装置采用分体式结构，配重块的数量可根据末端执行器的负载大小进行调整，同时也可沿着前后方向增加配重块的数量。所述的并联工作臂为4UPU结构的五自由度并联机构，U表示万向节，P表示运动副，用于支撑并驱动末端执行器实现前后平移、左右平移、上下升降和绕两个水平轴的转动共五个自由度的运动及姿态调整。所述的末端执行器固定安装在并联工作臂的下端，用于执行浇注、搬运、组芯或下芯等作业任务。所述的工业摄像机用于采集、分析和处理在工作现场获取的图像信息，识别和判断砂芯组件、铸件、砂箱和浇口的几何形状和姿态，以及铸造机器人在执行浇注任务时判断浇口内金属液面的高度；所述的工业摄像机有两部，且均设有LED照明光源，所述的工业摄像机通过数据线与控制器、监视器相连接。所述的前驱动轮和后驱动轮均采用麦克纳姆全向轮；所述的末端执行器具体的采用浇包或两爪夹板式气动抓手或三指式同步气动手爪。

所述的回转装置包括回转底座、回转体、回转马达、回转齿轮、内齿圈和回转顶盖。其中，所述的回转底座通过螺钉固定安装在平台车架上；所述的回转体套装在回转底座内，且与回转底座之间通过一个径向轴承和两个止推轴承相连接，所述的径向轴承采用圆柱滚子型径向轴承，所述的止推轴承为圆柱滚子型止推轴承；所述的回转马达固定安装在回转底座的下方，用于驱动回转体和回转顶盖进行回转运动，所述的回转齿轮安装在回转马达的输出轴上；所述的内齿圈通过螺钉固定安装在回转体内，且与回转齿轮保持内啮合；所述的回转顶盖固定安装在回转体的顶部，在所述的回转顶盖的底部中心还设有角度传感器，用于测量回转体和回转顶盖相对回转底座的转动角度；所述的回转马达采用伺服减速电机或伺服液压马达。

所述的升降装置包括立柱、顶梁、升降丝杠、升降导轨、升降滑块组和升降马达。其中，所述的立柱的底部通过螺钉固定安装在回转顶盖的顶端，且在其中一个立柱的内侧面上设有大位移传感器，用于测量前移装置、后移装置在立柱上滑移运动时的位移参数，所述的升降导轨固定安装在立柱的内侧面上，且四条升降导轨呈左右对称布置；所述的顶梁位于立柱的顶端且与立柱固连，所述的升降丝杠位于两根立柱之间，升降丝杠的上下两端分别与顶梁、回转顶盖通过轴承相连接；所述的升降马达固定安装在回转顶盖的下方，且与升降丝杠的下端通过联轴器相连接，用于为升降丝杠的旋转提供动力，进而驱动前移装置、后移装置进行升降运动。所述的升降滑块组包括升降螺母、前升降滑块和后升降滑块，两个前升降滑块固定安装在升降螺母的前端且与升降导轨通过滑移副相连接，两个后升降滑块固定安装在升降螺母的后端且与升降导轨通过滑移副相连接，所述的升降螺母与升降丝杠通过螺纹相连接；所述的升降导轨采用Ω型直线导轨。所述的大位移传感器采用直线式磁栅传感器或直线型光栅传感器或直线式感应同步器。所述的两部工业摄像机固定安装在顶梁的前端两侧，且与顶梁之间通过两自由度云台相连接。所述的升降马达采用伺服减速电机或伺服液压马达。

所述的前移装置包括前横梁、前移滑块、前移丝杠和前移马达。其中，所述的前横梁的后端布置在立柱的前方，且与升降螺母固连，在所述的前横梁的顶部设有两条直线导轨；所述的前移丝杠的两端通过轴承座固定安装在前横梁上，所述的前移滑块与前横梁上的直线导轨通过滑移副相连接，且与前移丝杠通过螺纹相连接；所述的前移马达固定安装在前横梁的后端，且与前移丝杠通过联轴器相连接，用于为前移丝杠的旋转提供动力，进而驱动前移滑块、并联工作臂前后移动。

所述的后移装置包括后横梁、后移滑块、后移丝杠和后移马达。其中，所述的后横梁的前端布置在立柱的后方，且与升降螺母固连，在所述的后横梁的顶部设有两条直线导轨；所述的后移丝杠的两端通过轴承座固定安装在后横梁上，所述的后移滑块与后横梁上的直线导轨通过滑移副相连接，且与后移丝杠通过螺纹相连接；所述的后移马达固定安装在后横梁的后端，且与后移丝杠通过联轴器相连接，用于为后移丝杠的旋转提供动力，进而驱动后移滑块、配重装置前后移动。

所述的并联工作臂包括顶部定平台、第一支链、第二支链、第三支链和第四支链。其中，所述的顶部定平台位于前横梁的下方且与前移滑块固连，所述的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链的结构完全相同，其机构拓扑结构均为UPU结构；所述的第一支链、第二支链呈左右对称布置在顶部定平台与末端执行器之间，所述的第三支链、第四支链呈左右对称布置在顶部定平台与末端执行器之间；第一支链、第二支链、第三支链和第四支链的顶部呈梯形对称布置在顶部定平台上。从机构学的角度看，所述的并联工作臂与末端执行器一起构成一个具有空间三个平移和两个转动共五个运动自由度的并联机构。所述的顶部定平台即为并联工作臂与末端执行器所构成的并联机构的定平台，末端执行器即为并联工作臂与末端执行器所构成的并联机构的动平台。所述的并联工作臂、末端执行器与升降装置、回转装置一起构成一个具有空间三个平移三个转动共六个自由度的混联机构，其中前后方向的平移和垂直方向的移动均为冗余自由度。

所述的第一支链包括第一上万向节、第一伸缩组和第一下万向节。其中，所述的第一上万向节的上端与顶部定平台固连，所述的第一伸缩组的上端与第一上万向节的下端固连，所述的第一伸缩组的下端与第一下万向节的上端相固连，第一下万向节的下端与末端执行器固连。第二支链包括第二上万向节、第二伸缩组和第二下万向节，第三支链包括第三上万向节、第三伸缩组和第三下万向节，第四支链包括第四上万向节、第四伸缩组和第四下万向节。所述的第一伸缩组具体的采用电动推杆、直线电机、伺服液压缸或伺服气缸，所述的第四伸缩组、第二伸缩组与第一伸缩组的结构完全相同，所述的第三伸缩组为无驱动动力的移动副；在第三上万向节上设有支链马达。

所述的第一上万向节的十字轴的两条轴线分别平行于第一下万向节的十字轴的两条轴线；第一上万向节、第二上万向节、第三上万向节和第四上万向节的十字轴的轴线均位于同一水平面内，且第一上万向节的十字轴的一条轴线分别与第二上万向节、第三上万向节和第四上万向节的十字轴的一条轴线保持平行；第一下万向节、第二下万向节、第三下万向节和第四下万向节的十字轴的轴线均平行于同一平面，且第一下万向节的十字轴的一条轴线分别与第二下万向节、第三下万向节和第四下万向节的十字轴的一条轴线保持平行。如此设计的目的是为了保证并联工作臂与末端执行器一起构成的并联机构具有确定的空间内三个平移和两个转动共五个运动自由度。

使用时，先根据铸造作业的任务选择合适的末端执行器，执行浇注任务时选择浇包作为末端执行器，执行取芯、组芯、下芯和搬运任务时，可选择两爪夹板式气动抓手或三指式同步气动手爪作为末端执行器。然后，根据作业要求启动前驱动轮、后驱动轮使四驱轮式移动平台在车间内移动行走至指定作业位置，再根据作业姿态和高度要求分别调整回转装置、升降装置和前移装置，根据末端执行器的负载调节配重装置在后移装置上的位置，并调整配重块的数量，通过调整本发明的并联工作臂将末端执行器调整到合适的作业姿态和作业高度，并联工作臂的姿态调整通过驱动各支链上的伸缩组伸缩移动或驱动支链马达旋转来实现。在执行驻点作业时，尤其是针对重量比较大的铸件的浇注和装运时，由于前驱动轮、后驱动轮可能产生打滑或失稳，进而会影响铸造机器人的作业精度，需要将四条自平衡液压支腿伸长，实现四驱轮式移动平台的驻点稳定支撑。导航传感器、测距传感器位置、距离信息、工业摄像机获取的图像信息、末端执行器的垂直位移和转角信息以及铸造机器人的实时工作状态参数等均在监视器上直观显示，铸造机器人的姿态调整和作业任务等信息分析和处理任务由控制器分析完成。

本发明的有益效果是，与现有的技术相比，本发明的四驱轮式移动平台采用独立驱动的四轮全向轮驱动，实现长距离灵活稳定行走；四条自平衡液压支腿可根据平台车架内的数字式双轴水平仪测得四驱轮式移动平台相对于水平面的静态倾斜角度进行自动调节，实现驻点自平衡支撑，配重块数量可增减的配重装置还可沿着后横梁前后移动调节，既保证了铸造机器人在重负载条件下的长距离稳定行走，又能提高作业的支撑稳定性；除了四驱轮式移动平台可全向移动行走外，机器人本体还具有空间三个移动三个转动共六个运动自由度，回转装置、升降装置可分别实现整周回转和升降调节，前移装置可以实现末端执行器的前后大幅度移动调节，五自由度并联工作臂可对末端执行器进行姿态调节，明显扩大了机器人的工作空间，提高了铸造机器人的运动灵活性；本发明的末端执行器还可根据工作需要更换为浇包或两爪夹板式气动抓手或三指式同步气动手爪，以满足中大型铸件的取芯、组芯、下芯、浇注和搬运等不同作业的需求，提高铸造生产中组芯、下芯、浇注和搬运作业的效率、质量和安全性，降低了操作人员的劳动强度和生产成本。本发明通过安装在平台车架上的导航传感器、测距传感器、数字式双轴水平仪、回转装置上的角度传感器、升降装置上的大位移传感器和工业摄像机多传感器信息融合，自动完成铸造机器人自平衡控制与位置判断、砂芯与铸件的识别、砂箱和浇口的识别，砂芯组件和铸件的抓取、安放，以及浇注等铸造作业任务，自动化程度高、工作效率高、劳动强度低；本发明还具有结构紧凑，设备占用空间小、生产成本低、安全性高、适应性强、末端执行器更换方便、操作维护简便等优点，可克服现有技术的缺陷。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明的前横梁、后横梁与升降滑块组之间的装配关系示意图；

图3为本发明的回转装置的结构示意图；

图4为本发明的并联工作臂的结构示意图；

图5为本发明的配重装置装配关系示意图；

图6为本发明的配重装置中T型支架与近架配重块之间装配关系示意图；

图7为本发明的配重装置中T型支架、近架配重块、奇数配重块之间装配关系示意图；

图8为本发明的配重装置中内锁紧销的结构示意图；

图9为本发明配重装置中外锁紧销的结构示意图；

图10为图5中近架配重块的A向视图；

图11为图5中奇数配重块的A向视图；

图12为图5中偶数配重块的A向视图。

具体实施方式

为了使本发明所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。

具体实施方式一：

如图1、图2、图3、图4和图5所示，一种混联桁架式可移动重载铸造机器人，包括四驱轮式移动平台1、回转装置2、升降装置3、前移装置4、后移装置5、配重装置6、并联工作臂7和末端执行器8。其中，所述的四驱轮式移动平台1是本发明的承载和移动平台，包括平台车架11、前驱动轮12、后驱动轮13、自平衡液压支腿14、控制器15和监视器17。在所述的平台车架11的前后两端的底部设有导航传感器，所述的导航传感器采用磁导航传感器或激光扫描器或红外发射器或超声波发射器；在所述的平台车架11的前侧面、后侧面、左侧面和右侧面中部设有测距传感器，所述的测距传感器采用激光测距传感器或超声波测距传感器，在平台车架11内还设有数字式双轴水平仪，且所述的数字式双轴水平仪的测量精度不低于0.01度；两个前驱动轮12安装在平台车架11的前端，两个后驱动轮13安装在平台车架11的后端，用于驱动四驱轮式移动平台1移动行走；四条自平衡液压支腿14对称安装在平台车架11的四个角上，用于铸造机器人在作业时进行驻点支撑，保证四驱轮式移动平台1在作业过程中实现原地定位和稳定支撑。所述的控制器15布置在平台车架11的后端一侧，用于接收安装在四驱轮式移动平台1上的各传感器和安装在升降装置3顶部的工业摄像机所获取的传感信息，并控制四驱轮式移动平台1、回转装置2、升降装置3、前移装置4、后移装置5、配重装置6、并联工作臂7和末端执行器8执行相应的动作或任务指令。在平台车架11后端中间位置还设有用于操作人员乘坐的座椅16，所述的监视器17固定安装在座椅16的正前方，用于显示导航传感器、测距传感器位置、距离信息和工业摄像机获取的图像信息以及本发明的工作状态参数；所述的回转装置2固定安装在四驱轮式移动平台1的前端，用于驱动升降装置3、并联工作臂7和末端执行器8进行回转运动。所述的升降装置3位于回转装置2的正上方，且升降装置3的底部固定安装在回转装置2的顶部，用于驱动前移装置4、后移装置5、配重装置6、并联工作臂7和末端执行器8进行升降运动。所述的前移装置4、后移装置5分别固定安装在升降装置3的前后两侧且均可沿升降装置3上下滑移，所述的并联工作臂7的上端固定安装在前移装置4上且与前移装置4通过滑移副相连接，所述的配重装置6固定安装在后移装置5上且与后移装置5通过滑移副相连接，用于平衡并联工作臂7和末端执行器8的重量；所述的配重装置6采用分体式结构，配重块的数量可根据末端执行器8的负载大小进行调整，同时也可沿着前后方向增加配重块的数量。所述的并联工作臂7为4UPU结构的五自由度并联机构，用于支撑并驱动末端执行器8实现前后平移、左右平移、上下升降和绕两个水平轴的转动共五个自由度的运动及姿态调整。所述的末端执行器8固定安装在并联工作臂7的下端，用于执行浇注、搬运、组芯或下芯等作业任务。所述的工业摄像机用于采集、分析和处理在工作现场获取的图像信息，识别和判断砂芯组件、铸件、砂箱和浇口的几何形状和姿态；所述的工业摄像机有两部，且均设有LED照明光源，所述的工业摄像机通过数据线与控制器15、监视器17相连接。所述的前驱动轮12和后驱动轮13均采用45°麦克纳姆全向轮；所述的末端执行器8具体的采用浇包或两爪夹板式气动抓手或三指式同步气动手爪。

如图1和图3所示，所述的回转装置2包括回转底座21、回转体22、回转马达23、回转齿轮24、内齿圈25和回转顶盖26。其中，所述的回转底座21通过螺钉固定安装在平台车架11上；所述的回转体22套装在回转底座21内，且与回转底座21之间通过一个径向轴承和两个止推轴承相连接，所述的径向轴承采用圆柱滚子型径向轴承，所述的止推轴承为圆柱滚子型止推轴承；所述的回转马达23固定安装在回转底座21的下方，用于驱动回转体22和回转顶盖26进行回转运动，所述的回转齿轮24安装在回转马达23的输出轴上；所述的内齿圈25通过螺钉固定安装在回转体22内，且与回转齿轮24保持内啮合；所述的回转顶盖26固定安装在回转体22的顶部，在所述的回转顶盖26的底部中心还设有角度传感器，用于测量回转体22和回转顶盖26相对回转底座21的转动角度。

如图1、图2和图3所示，所述的升降装置3包括立柱31、顶梁32、升降丝杠33、升降导轨34、升降滑块组35和升降马达36。其中，所述的立柱31的底部通过螺钉固定安装在回转顶盖26的顶端，且在其中一个立柱31的内侧面上设有大位移传感器，用于测量前移装置4、后移装置5在立柱31上滑移运动时的位移参数，所述的升降导轨34固定安装在立柱31的内侧面上，且四条升降导轨34呈左右对称布置；所述的顶梁32位于立柱31的顶端且与立柱31固连，所述的升降丝杠33位于两根立柱31之间，升降丝杠33的上下两端分别与顶梁32、回转顶盖26通过轴承相连接；所述的升降马达36固定安装在回转顶盖26的下方，且与升降丝杠33的下端通过联轴器相连接，用于为升降丝杠33的旋转提供动力，进而驱动前移装置4、后移装置5进行升降运动。所述的升降滑块组35包括升降螺母351、前升降滑块352和后升降滑块353，两个前升降滑块352固定安装在升降螺母351的前端且与升降导轨34通过滑移副相连接，两个后升降滑块353固定安装在升降螺母351的后端且与升降导轨34通过滑移副相连接，所述的升降螺母351与升降丝杠33通过螺纹相连接；所述的升降导轨34采用Ω型直线导轨。所述的大位移传感器采用直线式磁栅传感器或直线型光栅传感器或直线式感应同步器。所述的两部工业摄像机固定安装在顶梁32的前端两侧，且与顶梁32之间通过两自由度云台相连接。

如图1和图2所示，所述的前移装置4包括前横梁41、前移滑块42、前移丝杠43和前移马达44。其中，所述的前横梁41的后端布置在立柱31的前方，且与升降螺母351固连，在所述的前横梁41的顶部设有两条直线导轨；所述的前移丝杠43的两端通过轴承座固定安装在前横梁41上，所述的前移滑块42与前横梁41上的直线导轨通过滑移副相连接，且与前移丝杠43通过螺纹相连接；所述的前移马达44固定安装在前横梁41的后端，且与前移丝杠43通过联轴器相连接，用于为前移丝杠43的旋转提供动力，进而驱动前移滑块42、并联工作臂7前后移动。

如图1和图2所示，所述的后移装置5包括后横梁51、后移滑块52、后移丝杠53和后移马达54。其中，所述的后横梁51的前端布置在立柱31的后方，且与升降螺母351固连，在所述的后横梁51的顶部设有两条直线导轨；所述的后移丝杠53的两端通过轴承座固定安装在后横梁51上，所述的后移滑块52与后横梁51上的直线导轨通过滑移副相连接，且与后移丝杠53通过螺纹相连接；所述的后移马达54固定安装在后横梁51的后端，且与后移丝杠53通过联轴器相连接，用于为后移丝杠53的旋转提供动力，进而驱动后移滑块52、配重装置6前后移动。

如图1和图4所示，所述的并联工作臂7包括顶部定平台71、第一支链72、第二支链73、第三支链74和第四支链75。其中，所述的顶部定平台71位于前横梁41的下方且与前移滑块42固连，所述的第一支链72、第二支链73、第三支链74和第四支链75的结构完全相同，其机构拓扑结构均为UPU结构；所述的第一支链72、第二支链73呈左右对称布置在顶部定平台71与末端执行器8之间，所述的第三支链74、第四支链75呈左右对称布置在顶部定平台71与末端执行器8之间；第一支链72、第二支链73、第三支链74和第四支链75的顶部呈梯形对称布置在顶部定平台71上。从机构学的角度看，所述的并联工作臂7与末端执行器8一起构成一个具有空间三个平移和两个转动共五个运动自由度的并联机构。所述的顶部定平台71即为并联工作臂7与末端执行器8所构成的并联机构的定平台，末端执行器8即为并联工作臂7与末端执行器8所构成的并联机构的动平台。所述的并联工作臂7、末端执行器8与升降装置3、回转装置2一起构成一个具有空间三个平移三个转动共六个自由度的混联机构，其中前后方向的平移和垂直方向的移动均为冗余自由度。

具体实施方式二：

如图1和图4所示，所述的第一支链72包括第一上万向节721、第一伸缩组722和第一下万向节723。其中，所述的第一上万向节721的上端与顶部定平台71固连，所述的第一伸缩组722的上端与第一上万向节721的下端固连，所述的第一伸缩组722的下端与第一下万向节723的上端相固连，第一下万向节723的下端与末端执行器8固连。第二支链73包括第二上万向节731、第二伸缩组732和第二下万向节733，第三支链74包括第三上万向节741、第三伸缩组742和第三下万向节743，第四支链75包括第四上万向节751、第四伸缩组752和第四下万向节753。所述的第一伸缩组722具体的采用电动推杆、直线电机、伺服液压缸或伺服气缸，所述的第四伸缩组752、第二伸缩组732与第一伸缩组722的结构完全相同，且均为带驱动动力的移动副；而所述的第三伸缩组742为无驱动动力的移动副；在第三上万向节741上设有支链马达744，用于驱动第三支链74中第三上万向节741绕其十字轴的左右方向的轴线转动。所述的第一上万向节721的十字轴的两条轴线分别平行于第一下万向节723的十字轴的两条轴线；第一上万向节721、第二上万向节731、第三上万向节741和第四上万向节751的十字轴的轴线均位于同一水平面内，且第一上万向节721的十字轴的一条轴线分别与第二上万向节731、第三上万向节741和第四上万向节751的十字轴的一条轴线保持平行；第一下万向节723、第二下万向节733、第三下万向节743和第四下万向节753的十字轴的轴线均平行于同一平面，且第一下万向节723的十字轴的一条轴线分别与第二下万向节733、第三下万向节743和第四下万向节753的十字轴的一条轴线保持平行；第一下万向节723与第二下万向节733的十字轴的左右方向的水平轴线保持同轴。所述的支链马达744采用伺服减速电机或伺服液压马达。如此设计，通过严格限定第一支链72、第二支链73、第三支链74和第四支链75中上万向节、下万向节的轴线之间的尺度约束类型，即限定各轴线之间的平行、同轴或共面的关系，可以唯一限定本发明中并联工作臂7与末端执行器8所构成的五自由度并联机构能按照设定的空间三个平移和两个转动共五个自由度进行准确地运动和姿态调整。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：

如图1和图3所示，本实施方式中的回转马达23采用伺服减速电机。如此设计，直流伺服电机转速高，配合相应的RV精密减速器可以提供较大的扭矩；另外，直流伺服电机还可实现闭环控制，可实现较高的传动精度。其它组成及连接关系与具体实施方式一、或二相同。

具体实施方式四：

如图1和图3所示，本实施方式中的升降马达36采用伺服减速电机。如此设计，直流伺服电机转速高，配合相应的RV精密减速器可以提供较大的扭矩；另外，直流伺服电机还可实现闭环控制，可实现较高的传动精度。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：

如图1、图2、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12所示，所述的配重装置6包括T型支架61、近架配重块62、奇数配重块63、偶数配重块64、内锁紧销65和外锁紧销66。其中，所述的T型支架61位于后横梁51的下方，且T型支架61的水平支架611与后移滑块52相固连，在所述的T型支架61的垂直支架612上设有四个内锁紧销安装孔，所述的内锁紧销65通过轴用弹性挡圈固定在T型支架61的垂直支架612上；所述的近架配重块62有两块，对称布置在T型支架61的两侧，且通过四根内锁紧销65与T型支架61相连接；所述的奇数配重块63、偶数配重块64由内向外按奇-偶-奇的顺序依次对称布置在T型支架61的两侧，所述的奇数配重块63与近架配重块62之间通过外锁紧销66相连接，所述的奇数配重块63与偶数配重块64之间通过外锁紧销66相连接；在所述的近架配重块62上设有四个第一类凸字形销轴孔621和四个第一圆形通孔623，且所述的第一类凸字形销轴孔621的凸起槽方向朝上，在第一类凸字形销轴孔621的右端设有第一半圆形沉孔622，所述的第一类凸字形销轴孔621位于第一圆形通孔623的外侧；在所述的奇数配重块63上设有四个第二类凸字形销轴孔631和四个第二圆形通孔633，在所述的第二类凸字形销轴孔631的右端设有第二半圆形沉孔632，所述的第二类凸字形销轴孔631位于第二圆形通孔633的内侧；在所述的偶数配重块64上设有四个第三类凸字形销轴孔641和四个第三圆形通孔643，在所述的第三类凸字形销轴孔641的右端设有第三半圆形沉孔642，所述的第三类凸字形销轴孔641位于第三圆形通孔643的外侧。在所述的第一圆形通孔623、第二圆形通孔633和第三圆形通孔643的左端均设有圆形沉孔；所述的第一类凸字形销轴孔621、第二类凸字形销轴孔631和第三类凸字形销轴孔641的凸起槽的方向均朝上；在所述的内锁紧销65的中部设有两个环形凹槽651，在内锁紧销65的两端均设有第一锁头653和第一锁孔652，在所述的外锁紧销66的左端设有限位挡块661，在外锁紧销66的右端设有第二锁头663和第二锁孔662；所述的第一锁头653、第二锁头663的截面为矩形，所述的第一锁孔652、第二锁孔662为内六角孔。配重装置6装配时，外锁紧销66左端的限位挡块661置于第一圆形通孔623、第二圆形通孔633和第三圆形通孔643的圆形沉孔内，第一锁头653和第二锁头663置于第一半圆形沉孔622、第二半圆形沉孔632和第三半圆形沉孔642中，并使第一锁头653和第二锁头663方向朝下，确保将近架配重块62、奇数配重块63、偶数配重块64锁紧在T型支架61上；拆卸时，只需使用内六角扳手插入第一锁孔652、第二锁孔662旋转外锁紧销66并使第二锁头663方向朝上，由外向内依次拆卸下奇数配重块63、偶数配重块64；拆卸近架配重块62时，可旋转内锁紧销65使第一锁头653方向朝上即可。如此设计，使得调整配重装置5的配重块数量时速度快，操作简单易行。

具体实施方式六：

如图1所示，本实施方式中的自平衡液压支腿14上还设有位移传感器，用于检测自平衡液压支腿14的伸长量，自平衡液压支腿14的驱动动力采用电液伺服油缸或电液步进式液压缸。如此设计，自平衡液压支腿14可根据平台车架11内的数字式双轴水平仪测得四驱轮式移动平台1相对于水平面的静态倾斜角度进行自动调节，进而实现四驱轮式移动平台1在驻点支撑时的自平衡功能，还可以提高本发明的四驱轮式移动平台1在大负载作业时抗倾覆的能力。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

使用时，先根据铸造作业的任务选择合适的末端执行器8，执行浇注任务时选择浇包作为末端执行器，执行取芯、组芯、下芯和搬运任务时，可选择两爪夹板式气动抓手或三指式同步气动手爪作为末端执行器。然后，根据作业要求启动前驱动轮12、后驱动轮13使四驱轮式移动平台1在车间内移动行走至指定作业位置，再根据作业姿态和高度要求分别调整回转装置2、升降装置3和前移装置4，根据末端执行器8的负载调节配重装置6在后移装置5上的位置，并调整配重块的数量，通过调整本发明的并联工作臂7将末端执行器8调整到合适的作业姿态和作业高度，并联工作臂7的姿态调整通过驱动各支链上的伸缩组伸缩移动或驱动支链马达744旋转来实现。在执行驻点作业时，尤其是针对重量比较大的铸件的浇注和装运时，由于前驱动轮12、后驱动轮13可能产生打滑或失稳，进而会影响铸造机器人的作业精度，需要将四条自平衡液压支腿14伸长，实现四驱轮式移动平台1的驻点稳定支撑。导航传感器、测距传感器位置、距离信息、工业摄像机获取的图像信息、末端执行器8的垂直位移和转角信息以及铸造机器人的实时工作状态参数等均在监视器17上直观显示，铸造机器人的姿态调整和作业任务等信息分析和处理任务由控制器15分析完成。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“前”、“后”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。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种混联桁架式可移动重载铸造机器人，包括四驱轮式移动平台、回转装置、升降装置、前移装置、后移装置、配重装置、并联工作臂和末端执行器，其特征在于：所述的四驱轮式移动平台包括平台车架、前驱动轮、后驱动轮、自平衡液压支腿、控制器和监视器，两个前驱动轮安装在平台车架的前端，两个后驱动轮安装在平台车架的后端，四条自平衡液压支腿对称安装在平台车架的四个角上，所述的控制器布置在平台车架的后端一侧，在平台车架后端中间位置还设有座椅，所述的监视器固定安装在座椅的正前方；所述的回转装置固定安装在四驱轮式移动平台的前端，所述的升降装置位于回转装置的正上方，且升降装置的底部固定安装在回转装置的顶部；所述的前移装置、后移装置分别固定安装在升降装置的前后两侧且均可沿升降装置上下滑移，所述的并联工作臂的上端固定安装在前移装置上且与前移装置通过滑移副相连接，所述的配重装置固定安装在后移装置上且与后移装置通过滑移副相连接；所述的并联工作臂为4UPU结构的五自由度并联机构，所述的末端执行器固定安装在并联工作臂的下端；

所述的回转装置包括回转底座、回转体、回转马达、回转齿轮、内齿圈和回转顶盖，所述的回转底座通过螺钉固定安装在平台车架上；所述的回转体套装在回转底座内，且与回转底座之间通过一个径向轴承和两个止推轴承相连接，所述的径向轴承采用圆柱滚子型径向轴承，所述的止推轴承为圆柱滚子型止推轴承；所述的回转马达固定安装在回转底座的下方，所述的回转齿轮安装在回转马达的输出轴上；所述的内齿圈通过螺钉固定安装在回转体内，且与回转齿轮保持内啮合；所述的回转顶盖固定安装在回转体的顶部，在所述的回转顶盖的底部中心还设有角度传感器；

所述的升降装置包括立柱、顶梁、升降丝杠、升降导轨、升降滑块组和升降马达，所述的立柱的底部通过螺钉固定安装在回转顶盖的顶端，且在其中一个立柱的内侧面上设有大位移传感器，所述的升降导轨固定安装在立柱的内侧面上，且四条升降导轨呈左右对称布置；所述的顶梁位于立柱的顶端且与立柱固连，所述的升降丝杠位于两根立柱之间，升降丝杠的上下两端分别与顶梁、回转顶盖通过轴承相连接；所述的升降马达固定安装在回转顶盖的下方，且与升降丝杠的下端通过联轴器相连接；所述的升降滑块组包括升降螺母、前升降滑块和后升降滑块，两个前升降滑块固定安装在升降螺母的前端且与升降导轨通过滑移副相连接，两个后升降滑块固定安装在升降螺母的后端且与升降导轨通过滑移副相连接，所述的升降螺母与升降丝杠通过螺纹相连接；所述的升降导轨采用Ω型直线导轨；

所述的前移装置包括前横梁、前移滑块、前移丝杠和前移马达，所述的前横梁的后端布置在立柱的前方，且与升降螺母固连，在所述的前横梁的顶部设有两条直线导轨；所述的前移丝杠的两端通过轴承座固定安装在前横梁上，所述的前移滑块与前横梁上的直线导轨通过滑移副相连接，且与前移丝杠通过螺纹相连接；所述的前移马达固定安装在前横梁的后端，且与前移丝杠通过联轴器相连接；

所述的后移装置包括后横梁、后移滑块、后移丝杠和后移马达，所述的后横梁的前端布置在立柱的后方，且与升降螺母固连，在所述的后横梁的顶部设有两条直线导轨；所述的后移丝杠的两端通过轴承座固定安装在后横梁上，所述的后移滑块与后横梁上的直线导轨通过滑移副相连接，且与后移丝杠通过螺纹相连接；所述的后移马达固定安装在后横梁的后端，且与后移丝杠通过联轴器相连接；

所述的并联工作臂包括顶部定平台、第一支链、第二支链、第三支链和第四支链，所述的顶部定平台位于前横梁的下方且与前移滑块固连，所述的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链的结构完全相同，其机构拓扑结构均为UPU结构；所述的第一支链、第二支链呈左右对称布置在顶部定平台与末端执行器之间，所述的第三支链、第四支链呈左右对称布置在顶部定平台与末端执行器之间；第一支链、第二支链、第三支链和第四支链的顶部呈梯形对称布置在顶部定平台上。

2.根据权利要求1所述的一种混联桁架式可移动重载铸造机器人，其特征在于：所述的第一支链包括第一上万向节、第一伸缩组和第一下万向节，所述的第一上万向节的上端与顶部定平台固连，所述的第一伸缩组的上端与第一上万向节的下端固连，所述的第一伸缩组的下端与第一下万向节的上端相固连，第一下万向节的下端与末端执行器固连；第二支链包括第二上万向节、第二伸缩组和第二下万向节，第三支链包括第三上万向节、第三伸缩组和第三下万向节，第四支链包括第四上万向节、第四伸缩组和第四下万向节；

所述的第一伸缩组具体的采用电动推杆、直线电机、伺服液压缸或伺服气缸；所述的第四伸缩组、第二伸缩组与第一伸缩组的结构完全相同，所述的第三伸缩组为无驱动动力的滑移副；在第三上万向节上设有支链马达。

3.根据权利要求1所述的一种混联桁架式可移动重载铸造机器人，其特征在于：所述的末端执行器具体的采用浇包或两爪夹板式气动抓手或三指式同步气动手爪。

4.根据权利要求1所述的一种混联桁架式可移动重载铸造机器人，其特征在于：所述的配重装置包括T型支架、近架配重块、奇数配重块、偶数配重块、内锁紧销和外锁紧销，所述的T型支架位于后横梁的下方，且T型支架的水平支架与后移滑块相固连，在所述的T型支架的垂直支架上设有四个内锁紧销安装孔，所述的内锁紧销通过轴用弹性挡圈固定在T型支架的垂直支架上；所述的近架配重块有两块，对称布置在T型支架的两侧，且通过四根内锁紧销与T型支架相连接；所述的奇数配重块、偶数配重块由内向外按奇-偶-奇的顺序依次对称布置在T型支架的两侧，所述的奇数配重块与近架配重块之间通过外锁紧销相连接，所述的奇数配重块与偶数配重块之间通过外锁紧销相连接；在所述的近架配重块上设有四个第一类凸字形销轴孔和四个第一圆形通孔，在所述的第一类凸字形销轴孔的右端设有第一半圆形沉孔，所述的第一类凸字形销轴孔位于第一圆形通孔的外侧；在所述的奇数配重块上设有四个第二类凸字形销轴孔和四个第二圆形通孔，在所述的第二类凸字形销轴孔的右端设有第二半圆形沉孔，所述的第二类凸字形销轴孔位于第二圆形通孔的内侧；在所述的偶数配重块上设有四个第三类凸字形销轴孔和四个第三圆形通孔，在所述的第三类凸字形销轴孔的右端设有第三半圆形沉孔，所述的第三类凸字形销轴孔位于第三圆形通孔的外侧；在所述的第一圆形通孔、第二圆形通孔和第三圆形通孔的左端均设有圆形沉孔；所述的第一类凸字形销轴孔、第二类凸字形销轴孔和第三类凸字形销轴孔的凸起槽的方向均朝上；在所述的内锁紧销的中部设有两个环形凹槽，在内锁紧销的两端均设有第一锁头和第一锁孔，在所述的外锁紧销的左端设有限位挡块，在外锁紧销的右端设有第二锁头和第二锁孔；所述的第一锁头、第二锁头的截面为矩形，所述的第一锁孔、第二锁孔为内六角孔。

5.根据权利要求1所述的一种混联桁架式可移动重载铸造机器人，其特征在于：在平台车架内还设有数字式双轴水平仪，且所述的数字式双轴水平仪的测量精度不低于0.01度；所述的大位移传感器采用直线式磁栅传感器或直线型光栅传感器或直线式感应同步器。

6.根据权利要求2所述的一种混联桁架式可移动重载铸造机器人，其特征在于：所述的前驱动轮和后驱动轮均采用45°麦克纳姆全向轮；所述的回转马达、升降马达和支链马达均采用伺服减速电机或伺服液压马达。

7.根据权利要求1所述的一种混联桁架式可移动重载铸造机器人，其特征在于：在顶梁的前端两侧设有两部工业摄像机，且与顶梁之间通过两自由度云台相连接。

8.根据权利要求1所述的一种混联桁架式可移动重载铸造机器人，其特征在于：所述的自平衡液压支腿的驱动动力采用电液伺服油缸或电液步进式液压缸。

9.根据权利要求2所述的一种混联桁架式可移动重载铸造机器人，其特征在于：所述的第一上万向节的十字轴的两条轴线分别平行于第一下万向节的十字轴的两条轴线；第一上万向节、第二上万向节、第三上万向节和第四上万向节的十字轴的轴线均位于同一水平面内，且第一上万向节的十字轴的一条轴线分别与第二上万向节、第三上万向节和第四上万向节的十字轴的一条轴线保持平行；第一下万向节、第二下万向节、第三下万向节和第四下万向节的十字轴的轴线均平行于同一平面，且第一下万向节的十字轴的一条轴线分别与第二下万向节、第三下万向节和第四下万向节的十字轴的一条轴线保持平行。