全向轮式可移动重载铸造机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种全向轮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、并联工作臂、配重装置、末端执行器和双目视觉系统。本发明专利技术的四驱轮式移动平台采用四轮全向移动加四角驻点自平衡支撑的方式，实现长距离灵活稳定行走和驻点自平衡支撑，提高作业的支撑稳定性，机器人本体还具有空间三个移动和两个转动共五个运动自由度；回转装置、升降装置可分别实现回转和升降调节，四自由度并联工作臂可对末端执行器进行姿态调节，可根据工作需要更换不同的末端执行器，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，提高铸造机器人的作业效率、质量和安全性，降低了操作人员的劳动强度和生产成本。

【技术实现步骤摘要】
全向轮式可移动重载铸造机器人
本专利技术属于铸造机器人设备
，特别涉及一种全向轮式可移动重载铸造机器人。
技术介绍
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，抓取对较重砂芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全向轮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、并联工作臂、配重装置、末端执行器和双目视觉系统，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，四个自平衡液压支腿对称安装在平台车架的四个角上，所述的控制器位于平台车架的后端，在平台车架后端中间位置还设有可旋转座椅，在可旋转座椅的一侧设有角度可调支架，所述的监视器固定安装在可调支架的顶部，且与可调支架通过铰链相连接；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；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；所述的并联工作臂为2UPR‑2UPU结构的四自由度并联机构，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升降装置上并可沿着升降装置上下滑移；所述的配重装置安装在升降装置上，且配重装置的前端与并联工作臂的后端通过铰链相连接；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，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；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径向轴承和组合轴承相连接，所述的组合轴承为圆柱滚子止推轴承与圆柱滚子径向轴承的组合体，所述的径向轴承采用圆柱滚子型径向轴承；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，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；所述的升降装置包括升降底座、立柱、顶梁、升降马达、主动齿轮、从动齿轮、升降丝杠和升降螺母，所述的升降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，呈左右对称布置在升降底座与顶梁之间，且与升降底座、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，在两个立柱的前侧面上均固定安装有前直线导轨，在两个立柱的后部内侧面上均固定安装有后直线导轨；所述的升降丝杠的上下两端分别安装在顶梁和升降底座上，且与顶梁、升降底座均通过轴承相连接；所述的主动齿轮、从动齿轮均位于升降底座的下方，所述的升降马达固定安装在升降底座的顶面上，所述的主动齿轮固定安装在升降马达的输出轴上，所述的从动齿轮固定安装在升降丝杠的下端，所述的主动齿轮与从动齿轮保持外啮合；所述的升降螺母固定安装在并联工作臂的后端，且与升降丝杠通过螺纹相连接；所述的配重装置包括链条、前链轮、后链轮和配重块，所述的链条、前链轮和后链轮的数量均为二，且呈左右对称布置在升降装置上，两个前链轮固定安装在顶梁的前侧面上，两个后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前链轮、后链轮保持啮合；所述的配重块位于立柱的后侧面，在所述的配重块前端设有四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；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，所述的工作臂安装座位于立柱的前侧面，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，所述的升降螺母固定安装在工作臂安装座的后侧面上，所述的第一支链、第三支链的结构完全相同，机构拓扑结构均为UPU结构，且呈左右对称布置在工作臂安装座的前面；所述的第二支链、第四支链的结构完全相同，机构拓扑结构均为UPR结构，且呈上下对称布置在工作臂安装座的前面。...

【技术特征摘要】
1.一种全向轮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、并联工作臂、配重装置、末端执行器和双目视觉系统，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，四个自平衡液压支腿对称安装在平台车架的四个角上，所述的控制器位于平台车架的后端，在平台车架后端中间位置还设有可旋转座椅，在可旋转座椅的一侧设有角度可调支架，所述的监视器固定安装在可调支架的顶部，且与可调支架通过铰链相连接；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；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；所述的并联工作臂为2UPR-2UPU结构的四自由度并联机构，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升降装置上并可沿着升降装置上下滑移；所述的配重装置安装在升降装置上，且配重装置的前端与并联工作臂的后端通过铰链相连接；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，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；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径向轴承和组合轴承相连接，所述的组合轴承为圆柱滚子止推轴承与圆柱滚子径向轴承的组合体，所述的径向轴承采用圆柱滚子型径向轴承；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，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；所述的升降装置包括升降底座、立柱、顶梁、升降马达、主动齿轮、从动齿轮、升降丝杠和升降螺母，所述的升降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，呈左右对称布置在升降底座与顶梁之间，且与升降底座、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，在两个立柱的前侧面上均固定安装有前直线导轨，在两个立柱的后部内侧面上均固定安装有后直线导轨；所述的升降丝杠的上下两端分别安装在顶梁和升降底座上，且与顶梁、升降底座均通过轴承相连接；所述的主动齿轮、从动齿轮均位于升降底座的下方，所述的升降马达固定安装在升降底座的顶面上，所述的主动齿轮固定安装在升降马达的输出轴上，所述的从动齿轮固定安装在升降丝杠的下端，所述的主动齿轮与从动齿轮保持外啮合；所述的升降螺母固定安装在并联工作臂的后端，且与升降丝杠通过螺纹相连接；所述的配重装置包括链条、前链轮、后链轮和配重块，所述的链条、前链轮和后链轮的数量均为二，且呈左右对称布置在升降装置上，两个前链轮固定安装在顶梁的前侧面上，两个后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前链轮、后链轮保持啮合；所述的配重块位于立柱的后侧面，在所述的配重块前端设有四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；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，所述的工作臂安装座位于立柱的前侧面，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，所述的升降螺母固定安装在工作臂安装座的后侧面上，所述的第一支...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成军，郭永存，王鹏，沈豫浙，郑艳，任润润，徐成克，李龙，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34