技术领域
[0001] 本实用新型属于铸造机器人设备技术领域，特别涉及一种混联式可移动重载铸造机器人。
背景技术
[0002]
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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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
[0007] 本实用新型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。
[0008] 本实用新型所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。
[0009] 一种混联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、立柱组件、升降驱动装置、并联工作臂、末端执行器和
双目视觉系统。其中，所述的四驱轮式移动平台是本实用新型的承载和移动平台，包括平台车架、前
驱动轮、后驱动轮、后液压支腿、可调液压支腿、
控制器、监视器和
液压泵站。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；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；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；两条后液压支腿对称安装在平台车架后方的两个角上，所述的可调液压支腿安装在平台车架的前方两侧，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中部，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立柱组件顶部的双目视觉系统中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、升降驱动装置、并联工作臂和末端执行器执行相应的动作或任务指令。所述的监视器固定安装在控制器的顶部，用于显示导航传感器、测距传感器所获取的位置、距离信息，数字式双轴水平仪测得的平台车架的
姿态参数，末端执行器的
位姿参数以及双目视觉系统获取的图像信息以及本实用新型的工作状态参数。所述的
液压泵站固定安装在平台车架的后端左侧，用于为后液压支腿、可调液压支腿或伺服
液压马达提供压力油；所述的回转装置位于四驱轮式移动平台的前端，且通过螺钉固定安装在平台车架上，用于驱动升降驱动装置、并联工作臂和末端执行器进行回转运动。所述的立柱组件位于回转装置的正上方，且立柱组件的底部固定安装在回转装置的顶部；
所述的升降驱动装置固定安装在立柱组件上，且升降驱动装置的前端与并联工作臂的后端通过
铰链相连接，用于驱动并联工作臂和末端执行器进行升降运动。所述的并联工作臂为
2RPU-2RRPR结构的四自由度并联机构，用于支撑并驱动末端执行器实现前后伸缩移动、左右平移、绕水平轴的转动和绕垂直轴的转动共四个自由度的运动及姿态调整。所述的末端执行器安装在并联工作臂的前端，并联工作臂的后端安装在立柱组件上并可沿着立柱组件上下滑移；所述的双目视觉系统包括工业摄像机、
图像采集卡和工业计算机，用于采集、分析和处理工业摄像机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，所述的图像采集卡集成安装在监视器内，所述的工业计算机集成安装在控制器内，所述的工业摄像机与图像采集卡通过数据线相连接，所述的图像采集卡与工业计算机通过数据线相连接。
[0010] 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可以采用浇包或两爪夹板式气动抓手或三指式同步气动
手爪或多指异步式气动抓手，所述的夹爪
手指的对数范围为4-12，且每一对夹爪手指之间通过一个双向作用的手指
气缸独立连接与控制，进而实现每对夹爪手指独立松开与夹紧，实现对异形砂芯或铸件的贴合式有效抓取。
[0011] 为了提高本实用新型的四驱轮式移动平台在驻点停车时的平衡性和大负载作业时抗倾覆的能力，所述的后液压支腿和垂直支腿的驱动动力采用电液伺服油缸或电液步进式
液压缸；所述的可调液压支腿不仅可以左右摆动调节，还可以伸长或缩短。所述的可调液压支腿包括支腿箱、伸缩臂、垂直支腿、支腿伸缩缸和摆角调节缸。其中，所述的支腿箱为中空结构，支腿箱的后端与平台车架通过铰链相连接，且在支腿箱的后端设有角度传感器，用于检测支腿箱左右摆动的角度；所述的伸缩臂的后端套装在支腿箱内并可在支腿箱内滑移；所述的支腿伸缩缸安装在支腿箱内，用于驱动伸缩臂沿着支腿箱滑移，进而实现可调液压支腿的伸缩功能，支腿伸缩缸的前后两端分别与伸缩臂、支腿箱通过铰链相连接；所述的垂直支腿的顶部固定安装在伸缩臂的前部末端；所述的摆角调节缸的两端分别与平台车架、支腿箱通过铰链相连接，所述的支腿伸缩缸和摆角调节缸采用双作用液压缸，用于驱动支腿箱、伸缩臂和垂直支腿绕支腿箱后端的铰链轴线左右摆动。在支腿伸缩缸上还设有位移传感器，用于检测伸缩臂相对支腿箱移动的位移。后液压支腿与可调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，进而实现四驱轮式移动平台在驻点支撑时的自平衡功能。
[0012] 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，且与回转体通过螺钉相连接，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。
[0013] 所述的立柱组件包括立柱底座、立柱和顶梁。其中，所述的立柱底座位于回转顶盖的上方且与回转顶盖通过螺钉相固连，所述的立柱有两个，呈左右对称布置在立柱底座与顶梁之间，且与立柱底座、顶梁均固连；在其中一个立柱的内侧面上设有大位移传感器，用于测量并联工作臂在立柱上滑移运动时的位移参数；在两个立柱的前侧面上均固定安装有前
直线导轨，在两个立柱的后侧面上均固定安装有后直线导轨，且所述的后直线导轨采用Ω型直线导轨；进一步地，所述的大位移传感器可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。
[0014] 所述的升降驱动装置包括升降马达、主动
链轮、前导向链轮、后导向链轮、链条和
配重块。其中，所述的主动链轮、前导向链轮、后导向链轮和链条的数量均为二，且呈左右对称布置在立柱组件上；所述的升降马达固定安装在顶梁的顶部中间位置，用于为主动链轮的旋转提供动力，进而驱动并联工作臂进行升降运动；两个主动链轮位于顶梁的中部两侧，且固定安装在升降马达的输出轴上，两个前导向链轮固定安装在顶梁的前侧面上，两个后导向链轮固定安装在顶梁的后侧面上；所述的链条的前端与并联工作臂的后端顶部通过铰链相连接，链条的后端与配重块通过铰链相连接，且所述的链条同时与主动链轮、前导向链轮、后导向链轮保持啮合；所述的配重块位于立柱的后侧，用于平衡并联工作臂和末端执行器的重量，在所述的配重块的前端设有两个对称布置的后滑块且与立柱上的后直线导轨通过滑移副相连接，左右两个配重块之间通过U型连杆相连接。所述的配重块采用分体式结构，配重块的重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，且前后布置的配重块之间通过螺钉相连接。所述的升降马达采用伺服减速电机或伺服液压马达。
[0015] 所述的并联工作臂包括工作臂安装座、第一支链、第二支链、第三支链和第四支链。其中，所述的工作臂安装座位于立柱的前侧，在所述的工作臂安装座的后端面上设有四个对称布置的后滑块且与立柱的前直线导轨通过滑移副相连接；所述的第一支链与第三支链的结构完全相同，其机构拓扑结构均为RPU结构，且呈左右对称布置在工作臂安装座上；所述的第二支链与第四支链的结构完全相同，其机构拓扑结构均为RRPR结构，且呈上下对称布置在工作臂安装座上。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两个平移和两个转动共四个运动自由度的并联机构。所述的工作臂安装座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、末端执行器与立柱组件、回转装置一起构成一个具有空间三个平移两个转动共五个自由度的混联机构，其中绕垂直轴的转动为冗余自由度。
[0016] 所述的第一支链包括第一前
万向节、第一伸缩组和第一后铰链。其中，所述的第一后铰链的内侧端与工作臂安装座相固连，所述的第一伸缩组的后端与第一后铰链的外侧端通过滑移副相连接，所述的第一伸缩组的前端与第一前万向节的后端相固连，第一前万向节的前端与末端执行器相固连。第二支链包括第一前铰链、第二伸缩组、第二后铰链和第一垂直铰链。其中，所述的第一前铰链的前端与末端执行器相固连，所述的第二伸缩组的前端与第一前铰链的后端相固连，所述的第二伸缩组的后端与第二后铰链的上端通过滑移副相连接，所述的第一垂直铰链的下端与第二后铰链的上端固连，所述的第一垂直铰链的顶部固定安装在工作臂安装座上。第四支链包括第二前铰链、第四伸缩组、第四后铰链和第二垂直铰链。其中，所述的第二前铰链的前端与末端执行器相固连，所述的第四伸缩组的前端与第二前铰链的后端相固连，所述的第四伸缩组的后端与第四后铰链的下端通过滑移副相连接，所述的第二垂直铰链的上端与第四后铰链的下端固连，所述的第二垂直铰链的底部固定安装在工作臂安装座上，所述的第一垂直铰链的下端与第二垂直铰链的上端相固连。所述的第一后铰链的轴线与第一前万向节的十字轴的一条轴线相平行，所述的第一前万向节的十字轴的水平轴线与第三支链的第二前万向节的十字轴的水平轴线保持同轴；所述的第一前铰链的轴线与第二后铰链的轴线相平行，所述的第一前铰链的轴线垂直于第一垂直铰链的轴线，第一垂直铰链与第二垂直铰链保持同轴，第一前铰链的轴线与第二前铰链的轴线相平行，第二前铰链的轴线与第四后铰链的轴线相平行；第一后铰链、第一垂直铰链、第二垂直铰链与第三支链上的第三后铰链的轴线均保持相互平行，从而保证了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两个平移和两个转动共四个运动自由度。
[0017] 所述的第一伸缩组包括第一伸缩架、第一螺杆、第一滑块和第一
驱动电机。其中，所述的第一伸缩架的前端与第一前万向节的后端相固连；所述的第一螺杆的两端通过轴承座安装在第一伸缩架上，所述的第一驱动电机固定安装在第一伸缩架的后端且与第一螺杆的后端通过
联轴器相连接，用于驱动第一滑块沿着第一螺杆进行伸长或缩短；所述的第一滑块通过两条平行的直线导轨安装在第一伸缩架的内侧，且与第一螺杆通过
螺纹相连接；所述的第一滑块与工作臂安装座通过第一后铰链相连接；所述的第二伸缩组、第三伸缩组、第四伸缩组与第一伸缩组的结构完全相同。
[0018] 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，尤其是当作业对象为异形砂芯和异形铸件时，可选择多指异步式气动抓手作为末端执行器。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、升降驱动装置，通过调整本实用新型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滑块沿着螺杆向前或向后移动来实现。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，需要调节可调液压支腿的摆角，并同时将后液压支腿与可调液压支腿的垂直支腿伸长，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、双目视觉系统获取的图像信息、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。
[0019] 本实用新型的有益效果是，与现有的技术相比，本实用新型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；后液压支腿与可调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，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，
机器人本体还具有升降、前后伸缩、左右平移三个移动和分别绕垂直轴、绕水平轴的两个转动共五个运动自由度，回转装置、升降驱动装置可分别实现整周回转和升降调节，四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；本实用新型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或多指异步式气动抓手，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。尤其是多指异步式气动抓手的采用可以满足异形砂芯、铸件的贴合式有效抓取的作业需求，可避免在组芯、下芯过程中损伤砂芯或铸件，提高了作业的稳定性、安全性和适应性，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；本实用新型还具有结构紧凑，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
[0020] 图1为本实用新型的总体结构示意图；
[0021] 图2为本实用新型的立柱组件与升降驱动装置的结构示意图；
[0022] 图3为本实用新型的四驱轮式移动平台的结构示意图；
[0023] 图4为本实用新型的回转装置的结构示意图；
[0024] 图5为图2的A-A向视图；
[0025] 图6为本实用新型的并联工作臂的结构示意图；
[0026] 图7为本实用新型的可调液压支腿(不含摆角调节缸)的结构示意图；
[0027] 图8为本实用新型的并联工作臂的第一支链的结构示意图；
[0028] 图9为本实用新型的并联工作臂的第二支链与第四支链的结构示意图；
[0029] 图10为本实用新型的多指异步式气动抓手的结构示意图；
[0030] 图11为本实用新型的末端执行器换装多指异步式气动抓手时的总体结构示意图。
具体实施方式
[0031] 为了使本实用新型所实现的技术手段、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，进一步阐述本实用新型。
[0032] 具体实施方式一：
[0033] 如图1、图2、图3、图4、图7和图11所示，一种混联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、立柱组件3、升降驱动装置4、并联工作臂5、末端执行器6和双目视觉系统7。其中，所述的四驱轮式移动平台1是本实用新型的承载和移动平台，包括平台车架11、前驱动轮12、后驱动轮13、后液压支腿14、可调液压支腿15、控制器16、监视器17和液压泵站18。在所述的平台车架11的前后两端的底部设有导航传感器111，所述的导航传感器111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；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112，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；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；两条后液压支腿14对称安装在平台车架11后方的两个角上，所述的可调液压支腿15安装在平台车架11的前方两侧，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16布置在平台车架11的后端中部，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立柱组件3顶部的双目视觉系统7中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、升降驱动装置4、并联工作臂5和末端执行器6执行相应的动作或任务指令。所述的监视器17固定安装在控制器16的顶部，用于显示导航传感器111、测距传感器112所获取的位置、距离信息，数字式双轴水平仪测得的平台车架11的姿态参数，末端执行器6的位姿参数以及双目视觉系统7获取的图像信息以及本实用新型的工作状态参数。所述的液压泵站18固定安装在平台车架11的后端左侧，用于为后液压支腿14、可调液压支腿15或伺服液压马达提供压力油；所述的回转装置2位于四驱轮式移动平台1的前端，且通过螺钉固定安装在平台车架11上，用于驱动升降驱动装置4、并联工作臂5和末端执行器6进行回转运动。所述的立柱组件3位于回转装置2的正上方，且立柱组件3的底部固定安装在回转装置1的顶部；所述的升降驱动装置4固定安装在立柱组件3上，且升降驱动装置4的前端与并联工作臂5的后端通过铰链相连接，用于驱动并联工作臂5和末端执行器6进行升降运动。所述的并联工作臂5为2RPU-2RRPR结构的四自由度并联机构，用于支撑并驱动末端执行器6实现前后伸缩移动、左右平移、绕水平轴的转动和绕垂直轴的转动共四个自由度的运动及姿态调整。所述的末端执行器6安装在并联工作臂5的前端，并联工作臂5的后端安装在立柱组件3上并可沿着立柱组件3上下滑移；所述的双目视觉系统7包括工业摄像机、图像采集卡和工业计算机，用于采集、分析和处理工业摄像机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，所述的图像采集卡集成安装在监视器17内，所述的工业计算机集成安装在控制器16内，所述的工业摄像机与图像采集卡通过数据线相连接，所述的图像采集卡与工业计算机通过数据线相连接。
[0034] 如图1、图3和图11所示，所述的前驱动轮12和后驱动轮13均采用麦克纳姆全向轮；所述的末端执行器6采用浇包，用于执行铸造生产中的浇注作业功能。
[0035] 如图1、图3、图4和图11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，且与回转体22通过螺钉相连接，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。
[0036] 如图1、图2、图5和图11所示，所述的立柱组件3包括立柱底座31、立柱32和顶梁33。其中，所述的立柱底座31位于回转顶盖26的上方且与回转顶盖26通过螺钉相固连，所述的立柱32有两个，呈左右对称布置在立柱底座31与顶梁33之间，且与立柱底座31、顶梁33均固连；在其中一个立柱32的内侧面上设有大位移传感器，用于测量并联工作臂5在立柱上滑移运动时的位移参数；在两个立柱32的前侧面上均固定安装有前直线导轨321，在两个立柱32的后侧面上均固定安装有后直线导轨322，且所述的后直线导轨322采用Ω型直线导轨；进一步地，所述的大位移传感器可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33的前端两侧，且与顶梁33之间通过两自由度云台相连接。
[0037] 如图1、图2、图5和图11所示，所述的升降驱动装置4包括升降马达41、主动链轮42、前导向链轮43、后导向链轮44、链条45和配重块46。其中，所述的主动链轮42、前导向链轮43、后导向链轮44和链条45的数量均为二，且呈左右对称布置在立柱组件3上；所述的升降马达41固定安装在顶梁33的顶部中间位置，用于为主动链轮42的旋转提供动力，进而驱动并联工作臂5进行升降运动；两个主动链轮42位于顶梁33的中部两侧，且固定安装在升降马达41的输出轴上，两个前导向链轮43固定安装在顶梁33的前侧面上，两个后导向链轮44固定安装在顶梁33的后侧面上；所述的链条45的前端与并联工作臂5的后端顶部通过铰链相连接，链条45的后端与配重块46通过铰链相连接，且所述的链条45同时与主动链轮42、前导向链轮43、后导向链轮44保持啮合；所述的配重块46位于立柱32的后侧，用于平衡并联工作臂5和末端执行器6的重量，在所述的配重块46的前端设有两个对称布置的后滑块461且与立柱32上的后直线导轨322通过滑移副相连接，左右两个配重块46之间通过U型连杆462相连接。所述的配重块46采用分体式结构，配重块的重量可根据末端执行器6的负载大小进行调整，同时也可沿着前后方向增加配重块46的数量，且前后布置的配重块46之间通过螺钉相连接。
[0038] 如图1、图2、图5、图7、图8、图9和图11所示，所述的并联工作臂5包括工作臂安装座51、第一支链52、第二支链53、第三支链54和第四支链55。其中，所述的工作臂安装座51位于立柱32的前侧，在所述的工作臂安装座51的后端面上设有四个对称布置的后滑块511且与立柱32的前直线导轨321通过滑移副相连接；所述的第一支链52与第三支链54的结构完全相同，其机构拓扑结构均为RPU结构，且呈左右对称布置在工作臂安装座51上；所述的第二支链53与第四支链55的结构完全相同，其机构拓扑结构均为RRPR结构，且呈上下对称布置在工作臂安装座51上。从机构学的角度看，所述的并联工作臂5与末端执行器6一起构成一个具有空间两个平移和两个转动共四个运动自由度的并联机构。所述的工作臂安装座51即为并联工作臂5与末端执行器6所构成的并联机构的定平台，末端执行器6即为并联工作臂5与末端执行器6所构成的并联机构的动平台。所述的并联工作臂5、末端执行器6与立柱组件
3、回转装置2一起构成一个具有空间三个平移两个转动共五个自由度的混联机构，其中绕垂直轴的转动为冗余自由度。
[0039] 具体实施方式二：
[0040] 如图1、图7、图8、图9和图11所示，所述的第一支链52包括第一前万向节521、第一伸缩组522和第一后铰链523。其中，所述的第一后铰链523的内侧端与工作臂安装座51相固连，所述的第一伸缩组522的后端与第一后铰链523的外侧端通过滑移副相连接，所述的第一伸缩组522的前端与第一前万向节521的后端相固连，第一前万向节521的前端与末端执行器6相固连。第二支链53包括第一前铰链531、第二伸缩组532、第二后铰链533和第一垂直铰链534。其中，所述的第一前铰链531的前端与末端执行器6相固连，所述的第二伸缩组532的前端与第一前铰链531的后端相固连，所述的第二伸缩组532的后端与第二后铰链533的上端通过滑移副相连接，所述的第一垂直铰链534的下端与第二后铰链533的上端固连，所述的第一垂直铰链534的顶部固定安装在工作臂安装座51上。第四支链55包括第二前铰链551、第四伸缩组552、第四后铰链553和第二垂直铰链554。其中，所述的第二前铰链551的前端与末端执行器6相固连，所述的第四伸缩组552的前端与第二前铰链551的后端相固连，所述的第四伸缩组552的后端与第四后铰链553的下端通过滑移副相连接，所述的第二垂直铰链554的上端与第四后铰链553的上端固连，所述的第二垂直铰链554的底部固定安装在工作臂安装座51上，所述的第一垂直铰链534的下端与第二垂直铰链554的上端相固连，即共用一个铰链框架56。所述的第一后铰链523的轴线与第一前万向节521的十字轴的一条轴线相平行，所述的第一前万向节521的十字轴的水平轴线与第三支链54的第二前万向节541的十字轴的水平轴线保持同轴；所述的第一前铰链531的轴线与第二后铰链533的轴线相平行，所述的第一前铰链531的轴线垂直于第一垂直铰链534的轴线，第一垂直铰链534与第二垂直铰链554保持同轴，第一前铰链531的轴线与第二前铰链551的轴线相平行，第二前铰链
551的轴线与第四后铰链553的轴线相平行；第一后铰链523、第一垂直铰链534、第二垂直铰链554与第三支链54上的第三后铰链543的轴线均保持相互平行，从而保证了并联工作臂5与末端执行器6一起构成的并联机构具有确定的空间内两个平移和两个转动共四个运动自由度。
[0041] 如图1、图7、图8、图9和图11所示，所述的第一伸缩组522包括第一伸缩架5221、第一螺杆5222、第一滑块5223和第一驱动电机5224。其中，所述的第一伸缩架5221的前端与第一前万向节521的后端相固连；所述的第一螺杆5222的两端通过轴承座安装在第一伸缩架5221上，所述的第一驱动电机5224固定安装在第一伸缩架5221的后端且与第一螺杆5222的后端通过联轴器相连接，用于驱动第一滑块5223沿着第一螺杆5222进行伸长或缩短；所述的第一滑块5223通过两条平行的直线导轨安装在第一伸缩架5221的内侧，且与第一螺杆
5222通过螺纹相连接；所述的第一滑块5223与工作臂安装座51通过第一后铰链523相连接；
所述的第二伸缩组532、第三伸缩组542、第四伸缩组552与第一伸缩组522的结构完全相同。
所述的第一伸缩组522、第二伸缩组532、第三伸缩组542、第四伸缩组552在并联工作臂5中起移动副的作用，其驱动动力分别由第一驱动电机5224、第二驱动电机5324、第三驱动电机
5424和第四驱动电机5524提供。
[0042] 如此设计，用伸缩组实现并联工作臂5的四条支链中移动副的功能，结构简单、紧凑，既可以保证第一支链52、第二支链53、第三支链54和第四支链55中移动副的结构
刚度、抗扭能力，使驱动滑块移动的螺杆只承受轴向
载荷，不承受剪切力和扭力，能有效降低移动副中驱动动力的成本；通过严格限定第一支链52、第二支链53、第三支链54和第四支链55中前万向节、前铰链、后铰链及垂直铰链的轴线之间的尺度约束类型，即限定各轴线之间的平行、同轴或垂直的关系，可以唯一限定本实用新型中并联工作臂5与末端执行器6所构成的四自由度并联机构能按照设定的空间两个平移和两个转动共四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。
[0043] 具体实施方式三：
[0044] 如图1、图10和图11所示，所述的末端执行器6具体的采用多指异步式气动抓手，所述的多指异步式气动抓手包括气爪连接座6-1、连接
支架6-2、气爪安装板6-3、夹爪手指6-4和手指气缸6-5。其中，所述的气爪连接座6-1固定安装在并联工作臂5的前端；所述的连接支架6-2的上端与气爪连接座6-1固连，连接支架6-2的下端与气爪安装板6-3的顶部固连，且在连接支架6-2的中部还设有加强连杆6-21；在所述的气爪安装板6-3的底部设有导向套6-31，在所述的夹爪手指6-4的下端内侧设有防滑
橡胶6-41，在所述的夹爪手指6-4的上端内侧设有导向杆6-42，所述的导向杆6-42套装在导向套6-31内，且与导向套6-31之间通过直
线轴承相连接；所述的手指气缸6-5固定安装在气爪安装板6-3上，手指气缸6-5的两端分别与两个夹爪手指6-4通过铰链相连接，所述的手指气缸6-5为双作用气缸；在所述的气爪安装板6-3的顶部还设有电磁换向
阀、
安全阀。夹爪手指6-4的导向杆6-42在手指气缸6-5的驱动下，可沿着导向套6-31滑移，实现安装在同一个手指气缸6-5两端的夹爪手指6-4进行松开与夹紧的动作，进而实现每对夹爪手指6-4独立松开与夹紧，实现对异形砂芯或铸件的贴合式有效抓取。所述的夹爪手指6-4的对数范围为4-12。如此设计，用多指异步式气动抓手替换浇包，用于抓取砂芯组件、整体砂芯或铸件，可以使本实用新型具备组芯、下芯和搬运铸件的功能，进一步扩大了本实用新型的使用功能。其它组成及连接关系与具体实施方式一或具体实施方式二相同。
[0045] 具体实施方式四：
[0046] 如图1、图4和图11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、二或三相同。
[0047] 具体实施方式五：
[0048] 如图1和图2所示，本实施方式中的升降马达41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、三或四相同。
[0049] 具体实施方式六：
[0050] 如图1、图3、图6和图11所示，本实施方式中的可调液压支腿15不仅可以左右摆动调节，还可以伸长或缩短。所述的可调液压支腿15包括支腿箱151、伸缩臂152、垂直支腿153、支腿伸缩缸154和摆角调节缸155。其中，所述的支腿箱151为中空结构，支腿箱151的后端与平台车架11通过铰链相连接，且在支腿箱151的后端设有角度传感器，用于检测支腿箱
151左右摆动的角度；所述的伸缩臂152的后端套装在支腿箱151内并可在支腿箱151内滑移；所述的支腿伸缩缸154安装在支腿箱151内，用于驱动伸缩臂152沿着支腿箱151滑移，进而实现可调液压支腿15的伸缩功能，支腿伸缩缸154的前后两端分别与伸缩臂152、支腿箱
151通过铰链相连接；所述的垂直支腿153的顶部固定安装在伸缩臂152的前部末端；所述的摆角调节缸155的两端分别与平台车架11、支腿箱151通过铰链相连接，所述的支腿伸缩缸
154和摆角调节缸155采用双作用液压缸，用于驱动支腿箱151、伸缩臂152和垂直支腿153绕支腿箱151后端的铰链轴线左右摆动。在支腿伸缩缸154上还设有位移传感器，用于检测伸缩臂152相对支腿箱151移动的位移。后液压支腿14和垂直支腿153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，后液压支腿14与可调液压支腿15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，还可以提高本实用新型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。
[0051] 使用时，先根据铸造作业的任务选择合适的末端执行器6，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，尤其是当作业对象为异形砂芯和异形铸件时，可选择多指异步式气动抓手作为末端执行器。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、升降驱动装置4，通过第一驱动电机5224、第二驱动电机5324、第三驱动电机5424和第四驱动电机5524的正转或反转调整本实用新型的并联工作臂
5将末端执行器6调整到合适的作业姿态和作业高度。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，需要将调节可调液压支腿15的摆角，并同时将后液压支腿14与可调液压支腿15的垂直支腿153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、双目视觉系统获取的图像信息、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16完成。
[0052] 在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
[0053] 以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的
权利要求书及其等效物界定。
