一種多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人的制作方法
【專利摘要】一種多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人，包括多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)、動臂升降機構(gòu)、鏟斗控制機構(gòu)等。該裝載機器人的執(zhí)行機構(gòu)采用全桿件設(shè)計，由可控電機驅(qū)動電傳動系統(tǒng)提供動力，取消了現(xiàn)有液壓裝載機的液壓傳動系統(tǒng)，不僅傳動效率高、能耗低，而且具有較好的可靠性能，該機器人的多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)在計算機控制下，實現(xiàn)了多臺小功率電機驅(qū)動，大功率、高扭矩的動力輸出，滿足了裝載機器人高負載作業(yè)動力要求。該裝載機器人不僅具有以往可控裝載機構(gòu)傳動效率高、響應(yīng)速度快、運動精度高、可控性好等特點，而且多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)使該裝載機器人具有更好的承載性能，可用于制造大、中型裝載機器人。
【專利說明】
一種多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及裝載機領(lǐng)域，特別是一種多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]裝載機是一種廣泛應(yīng)用于農(nóng)田、水利、能源、市政等施工領(lǐng)域，進行散裝物料裝卸的關(guān)鍵設(shè)備，對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)起到了重要的作用，但是傳統(tǒng)液壓式裝載機存在著能耗高、噪音大、尾氣排放嚴(yán)重、智能化水平低等缺點?？煽貦C構(gòu)是傳統(tǒng)機構(gòu)與電子技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，近年來開展的“數(shù)控一代”裝備創(chuàng)新工程，給傳統(tǒng)工程機械技術(shù)升級帶來了機遇，針對液壓式裝載機的缺點，將可控機構(gòu)及機器人相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到裝載機工作裝置設(shè)計中，提出了一類可控機構(gòu)式裝載機，該類可控裝載機構(gòu)避免了液壓系統(tǒng)的使用，它由多自由度連桿機構(gòu)和多個可控電機組成，其輸出運動由多臺計算機編程控制的可控電機共同決定，鏟斗的輸出軌跡是一個多自變量的函數(shù)，可以輕易實現(xiàn)復(fù)雜柔性軌跡輸出，因此可控裝載機構(gòu)屬于施工機器人范疇。相比液壓式裝載機，可控裝載機構(gòu)具有智能化程度高、靈活度好、高傳動效率等優(yōu)點，對于推動裝載機綠色化、智能化具有重要的意義。
[0003]但是，在對可控裝載機構(gòu)進行工程應(yīng)用研究的過程中，發(fā)現(xiàn)了一系列未曾涉及的工程問題，其中，承載能力差是制約可控裝載機構(gòu)工程應(yīng)用的最突出的工程難題。由于現(xiàn)有可控裝載機構(gòu)動臂升降支鏈采用主動桿一連桿一動臂的構(gòu)型設(shè)計形式，因主動桿由可控電傳動系統(tǒng)驅(qū)動，受制于可控電機成本高、輸出功率小、扭矩低等問題，造成現(xiàn)有可控裝載機構(gòu)動力性能差、負載能力弱等問題，難以滿足裝載機的動力要求，造成現(xiàn)有可控裝載機構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計形式僅適用于微小型裝載機，嚴(yán)重影響了可控裝載機構(gòu)的工程應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于已有技術(shù)存在的問題提供一種多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人，既具有現(xiàn)有可控裝載機構(gòu)智能化程度高、靈活度好、傳動效率高等優(yōu)點，同時解決現(xiàn)有可控裝載機構(gòu)動力性能差、負載能力弱等工程問題，使該裝載機器人具有較好的動力學(xué)性能及承載能力。
[0005]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來達到上述目的:一種多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人，包括多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)、動臂升降機構(gòu)、鏟斗控制機構(gòu)以及機架。
[0006]所述多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)包括機架、第一主動桿、第二主動桿、第一連桿、第二連桿、曲軸，所述第一主動桿一端通過第一轉(zhuǎn)動副與機架連接，另一端通過第二轉(zhuǎn)動副與第一連桿一端連接，所述第一連桿另一端通過第三轉(zhuǎn)動副與曲軸連接，所述第二主動桿一端通過第四轉(zhuǎn)動副與機架連接，另一端通過第五轉(zhuǎn)動副與第二連桿一端連接，所述第二連桿另一端通過第六轉(zhuǎn)動副與曲軸連接，所述曲軸通過第七轉(zhuǎn)動副、第八轉(zhuǎn)動副與機架連接。
[0007]所述第一主動桿、第二主動桿均由可控電機通過電傳動系統(tǒng)進行驅(qū)動控制，所述多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)在計算機系統(tǒng)的控制下，可以將多個動力單元的動力合成后通過曲軸輸出，從而使該多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)了由多臺小功率可控電機輸入，大功率、高扭矩動力輸出的目的，解決了傳統(tǒng)可控裝載機構(gòu)伺服電機功率輸出小、驅(qū)動扭矩低等問題。另外，根據(jù)裝載機器人的動力要求，可以方便選用四單元、六單元等多種動力單元形式，提高了該多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)動力適應(yīng)性。
[0008]所述動臂升降機構(gòu)包括動臂、第一升降支鏈和第二升降支鏈，所述動臂通過第九轉(zhuǎn)動副、第十轉(zhuǎn)動副與機架連接，所述第一升降支鏈包括第三連桿、第四連桿，所述第三連桿一端通過鍵或者其它方式與曲軸固定連接，另一端通過第十一轉(zhuǎn)動副與第四連桿一端連接，所述第四連桿另一端通過第十二轉(zhuǎn)動副與動臂連接，所述第二升降支鏈包括第五連桿、第六連桿，所述第五連桿一端通過鍵或者其它方式與曲軸固定連接，另一端通過第十三轉(zhuǎn)動副與第六連桿一端連接，所述第六連桿另一端通過第十四轉(zhuǎn)動副與動臂連接。
[0009]當(dāng)該裝載機器人實際作業(yè)時，動臂升降機構(gòu)由多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動，因為多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)將多臺小功率可控電機動力合成后通過曲軸為動臂升級機構(gòu)提供動力，大幅提高了動臂升降機構(gòu)的承載能力，滿足了該裝載機器人設(shè)計制造大、中型裝載機器人的動力要求，相比現(xiàn)有液壓式裝載機的動力系統(tǒng)，具有較好的可靠性。
[0010]所述鏟斗控制機構(gòu)包括第三主動桿、拉桿、鏟斗。所述第三主動桿一端通過第十五轉(zhuǎn)動副與機架連接，另一端通過第十六轉(zhuǎn)動副與拉桿一端連接，所述拉桿另一端通過第十七轉(zhuǎn)動副與鏟斗連接，所述鏟斗通過第十八轉(zhuǎn)動副、第十九轉(zhuǎn)動副與動臂連接。所述第三主動桿由可控電機通過電傳動系統(tǒng)進行驅(qū)動控制，鏟斗在第三主動桿的帶動下實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)運動。
[0011]所述一種多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人在各電傳動系統(tǒng)的編程控制下，完成裝載作業(yè)。該多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人既具有現(xiàn)有可控裝載機構(gòu)智能化程度高、能耗低、動態(tài)性能好、可靠性好等特點，同時由于多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)的引入，可以將多條小功率驅(qū)動支鏈的動力合成后，通過曲軸進行大扭矩、高功率扭矩輸出，相比現(xiàn)有可控裝載機構(gòu)，大幅提高了其承載能力，因此該發(fā)明提供的技術(shù)方案特別適用于設(shè)計制造大、中型裝載機器人。
[0012]本發(fā)明突出優(yōu)點在于:
1、該裝載機器人采用全新的構(gòu)型設(shè)計，在滿足裝載作業(yè)所需自由度和工作空間要求下，具有較好的運動學(xué)和動力學(xué)性能，動臂升降機構(gòu)通過采用平面并聯(lián)設(shè)計，大幅提升了裝載機器人的剛性。該裝載機器人既具有可控機構(gòu)式裝載機能耗低、傳動效率高、智能化程度高、可靠性好等特點，同時解決了可控裝載機構(gòu)電傳動系統(tǒng)輸出功率小、扭矩低等工程難題。
[0013]2、該裝載機器人采用計算機編程控制的電傳動系統(tǒng)進行驅(qū)動，不僅具有較高的智能化水平，實現(xiàn)了作業(yè)數(shù)控化，而且提高了傳動效率，降低了能耗，并無尾氣排放。在該機器人的設(shè)計中，采用連桿傳遞動力，避免了液壓系統(tǒng)傳動效率低等問題，減少了液壓元件的易發(fā)生故障、維護保養(yǎng)費用高等問題，相比液壓式工程機械具有更長的使用壽命以及更高的可靠性。
[0014]3、相比現(xiàn)有可控裝載機構(gòu)，本發(fā)明所述裝載機器人具有更強的承載能力和適應(yīng)性。多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)的引入，大幅提高了該裝載機器人的承載能力，特別適用于制造大、中型工程施工機器人;該多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)具有較強的動力適應(yīng)性，可根據(jù)不同的動力要求，選用四單元、六單元等不同數(shù)量的驅(qū)動支鏈驅(qū)動，滿足各類裝載機器人動力要求。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明所述的一種多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明所述的一種多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人機架示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明所述的多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)示意圖之一。
[0018]圖4為本發(fā)明所述的多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)示意圖之二。
[0019]圖5為本發(fā)明所述的多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)曲軸示意圖。
[0020]圖6為本發(fā)明所述的動臂升降機構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖7為本發(fā)明所述的鏟斗控制機構(gòu)示意圖。
[0022]圖8為本發(fā)明所述的一種多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人平面視圖。
[0023]圖9為本發(fā)明所述的一種多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人工作示意圖。
【具體實施方式】
[0024]以下通過附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。
[0025]對照圖1，本發(fā)明所述的一種多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人，包括多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)、動臂升降機構(gòu)、鏟斗控制機構(gòu)以及機架I。
[0026]對照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，所述多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)包括機架1、第一主動桿3、第二主動桿11、第一連桿5、第二連桿9、曲軸7，所述第一主動桿3—端通過第一轉(zhuǎn)動副2與機架I連接，另一端通過第二轉(zhuǎn)動副4與第一連桿5—端連接，所述第一連桿5另一端通過第三轉(zhuǎn)動副6與曲軸7連接，所述第二主動桿11 一端通過第四轉(zhuǎn)動副12與機架I連接，另一端通過第五轉(zhuǎn)動副10與第二連桿9 一端連接，所述第二連桿9另一端通過第六轉(zhuǎn)動副8與曲軸7連接，所述曲軸7通過第七轉(zhuǎn)動副13、第八轉(zhuǎn)動副14與機架I連接。
[0027]所述第一主動桿3、第二主動桿11均由可控電機通過電傳動系統(tǒng)進行驅(qū)動控制，所述多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)在計算機系統(tǒng)的控制下，可以將多個動力單元的動力合成后通過曲軸7輸出，從而使該多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)了由多臺小功率可控電機輸入，大功率、高扭矩動力輸出的目的，解決了傳統(tǒng)可控裝載機構(gòu)伺服電機功率輸出小、驅(qū)動扭矩低等問題。另夕卜，根據(jù)裝載機器人的動力要求，可以方便選用四單元、六單元等多種動力單元形式，提高了該多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)動力適應(yīng)性。
[0028]對照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，所述多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)包括機架1、第一主動桿3、第二主動桿11、第一連桿5、第二連桿9、曲軸7，所述第一主動桿3—端通過第一轉(zhuǎn)動副2與機架I連接，另一端通過第二轉(zhuǎn)動副4與第一連桿5—端連接，所述第一連桿5另一端通過第三轉(zhuǎn)動副6與曲軸7連接，所述第二主動桿11 一端通過第四轉(zhuǎn)動副12與機架I連接，另一端通過第五轉(zhuǎn)動副10與第二連桿9 一端連接，所述第二連桿9另一端通過第六轉(zhuǎn)動副8與曲軸7連接，所述曲軸7通過第七轉(zhuǎn)動副13、第八轉(zhuǎn)動副14與機架I連接。
[0029]所述第一主動桿3、第二主動桿11均由可控電機通過電傳動系統(tǒng)進行驅(qū)動控制，所述多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)在計算機系統(tǒng)的控制下，可以將多個動力單元的動力合成后通過曲軸7輸出，從而使該多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)了由多臺小功率可控電機輸入，大功率、高扭矩動力輸出的目的，解決了傳統(tǒng)可控裝載機構(gòu)伺服電機功率輸出小、驅(qū)動扭矩低等問題。另夕卜，根據(jù)裝載機器人的動力要求，可以方便選用四單元、六單元等多種動力單元形式，提高了該多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)動力適應(yīng)性。
[0030]對照圖1、圖2、圖6，所述動臂升降機構(gòu)包括動臂19、第一升降支鏈和第二升降支鏈，所述動臂19通過第九轉(zhuǎn)動副23、第十轉(zhuǎn)動副27與機架I連接，所述第一升降支鏈包括第三連桿15、第四連桿17，所述第三連桿15—端通過鍵或者其它方式與曲軸7固定連接，另一端通過第十一轉(zhuǎn)動副16與第四連桿17—端連接，所述第四連桿17另一端通過第十二轉(zhuǎn)動副18與動臂19連接，所述第二升降支鏈包括第五連桿26、第六連桿24，所述第五連桿26—端通過鍵或者其它方式與曲軸7固定連接，另一端通過第十三轉(zhuǎn)動副25與第六連桿24—端連接，所述第六連桿24另一端通過第十四轉(zhuǎn)動副22與動臂19連接。
[0031]當(dāng)該裝載機器人實際作業(yè)時，動臂升降機構(gòu)由多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動，因為多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)將多臺小功率可控電機動力合成后通過曲軸7為動臂升級機構(gòu)提供動力，大幅提高了動臂升降機構(gòu)的承載能力，滿足了該裝載機器人設(shè)計制造大、中型裝載機器人的動力要求，相比現(xiàn)有液壓式裝載機的動力系統(tǒng)，具有較好的可靠性。
[0032]對照圖1、圖2、圖7，所述鏟斗控制機構(gòu)包括第三主動桿32、拉桿30、鏟斗28。所述第三主動桿32—端通過第十五轉(zhuǎn)動副33與機架I連接，另一端通過第十六轉(zhuǎn)動副31與拉桿30一端連接，所述拉桿30另一端通過第十七轉(zhuǎn)動副29與鏟斗28連接，所述鏟斗28通過第十八轉(zhuǎn)動副20、第十九轉(zhuǎn)動副21與動臂19連接。所述第三主動桿32由可控電機通過電傳動系統(tǒng)進行驅(qū)動控制，鏟斗28在第三主動桿32的帶動下實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)運動。
[0033]對照圖1、圖8、圖9，所述一種多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人在各電傳動系統(tǒng)的編程控制下，完成裝載作業(yè)。該多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人既具有現(xiàn)有可控裝載機構(gòu)智能化程度高、能耗低、動態(tài)性能好、可靠性好等特點，同時由于多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)的引入，可以將多條小功率驅(qū)動支鏈的動力合成后，通過曲軸進行大扭矩、高功率扭矩輸出，相比現(xiàn)有可控裝載機構(gòu)，大幅提高了其承載能力，因此該發(fā)明提供的技術(shù)方案特別適用于設(shè)計制造大、中型裝載機器人。
【主權(quán)項】
1.一種多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人，包括多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)、動臂升降機構(gòu)、鏟斗控制機構(gòu)以及機架，其特征在于: 所述多單元連桿驅(qū)動機構(gòu)包括機架、第一主動桿、第二主動桿、第一連桿、第二連桿、曲軸，所述第一主動桿一端通過第一轉(zhuǎn)動副與機架連接，另一端通過第二轉(zhuǎn)動副與第一連桿一端連接，所述第一連桿另一端通過第三轉(zhuǎn)動副與曲軸連接，所述第二主動桿一端通過第四轉(zhuǎn)動副與機架連接，另一端通過第五轉(zhuǎn)動副與第二連桿一端連接，所述第二連桿另一端通過第六轉(zhuǎn)動副與曲軸連接，所述曲軸通過第七轉(zhuǎn)動副、第八轉(zhuǎn)動副與機架連接， 所述動臂升降機構(gòu)包括動臂、第一升降支鏈和第二升降支鏈，所述動臂通過第九轉(zhuǎn)動副、第十轉(zhuǎn)動副與機架連接，所述第一升降支鏈包括第三連桿、第四連桿，所述第三連桿一端通過鍵或者其它方式與曲軸固定連接，另一端通過第十一轉(zhuǎn)動副與第四連桿一端連接，所述第四連桿另一端通過第十二轉(zhuǎn)動副與動臂連接，所述第二升降支鏈包括第五連桿、第六連桿，所述第五連桿一端通過鍵或者其它方式與曲軸固定連接，另一端通過第十三轉(zhuǎn)動副與第六連桿一端連接，所述第六連桿另一端通過第十四轉(zhuǎn)動副與動臂連接， 所述鏟斗控制機構(gòu)包括第三主動桿、拉桿、鏟斗，所述第三主動桿一端通過第十五轉(zhuǎn)動副與機架連接，另一端通過第十六轉(zhuǎn)動副與拉桿一端連接，所述拉桿另一端通過第十七轉(zhuǎn)動副與鏟斗連接，所述鏟斗通過第十八轉(zhuǎn)動副、第十九轉(zhuǎn)動副與動臂連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多單元連桿驅(qū)動三活動度裝載機器人，其特征在于:所述第一主動桿、第二主動桿、第三主動桿均由可控電機進行驅(qū)動。
【文檔編號】E02F3/34GK106013291SQ201610463401
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】張 林, 張萌萌
【申請人】山東交通學(xué)院