專(zhuān)利名稱(chēng)：一種平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程機(jī)械領(lǐng)域，特別是一種平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
挖掘機(jī)是一種重要的工程機(jī)械，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、能源、農(nóng)田改造、水利、民用 建筑、礦山采掘以及現(xiàn)代化軍事工程等機(jī)械化施工方面。至今，挖掘機(jī)主要有機(jī)械式和液壓 式兩種類(lèi)型。機(jī)械式挖掘機(jī)已經(jīng)有100多年的歷史，是利用機(jī)械傳動(dòng)件實(shí)現(xiàn)挖掘動(dòng)作，具有 堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)。但是傳統(tǒng)的單自由度機(jī)械式挖掘機(jī)不能完成復(fù)雜動(dòng)作，即使僅用于采礦， 也常常遇到困難，如在挖掘較高臺(tái)面時(shí)斗齒不能產(chǎn)生更大的切削力；對(duì)于傾斜礦層的清理 根底，向裝載車(chē)中卸載高度偏小等等。液壓式挖掘機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕、可實(shí)現(xiàn)很多復(fù) 雜動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛采用。但是液壓式挖掘機(jī)是以液壓油為傳遞動(dòng)力的介質(zhì)，其起動(dòng)性較 差，容易因內(nèi)部元件磨損后產(chǎn)生泄漏，而且涉及的元件較多，泄漏的液壓油會(huì)造成環(huán)境的污 染。同時(shí)出現(xiàn)過(guò)熱，工作無(wú)力等現(xiàn)象。隨著挖掘機(jī)功能的增加，其液壓系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，造 成其故障出現(xiàn)更具有突發(fā)性、隱蔽性。因?yàn)橐簤合到y(tǒng)的缺陷和局限性，液壓式挖掘機(jī)多為中、 小型挖掘機(jī)。至今許多大型挖掘機(jī)還不得不采用電力驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式挖掘機(jī)。當(dāng)前，工程機(jī)械 領(lǐng)域具有這樣的共識(shí)機(jī)械式挖掘機(jī)所能完成的動(dòng)作簡(jiǎn)單、難以變化，許多動(dòng)作不能實(shí)現(xiàn)； 液壓式挖掘機(jī)可以靈活地執(zhí)行各種工程動(dòng)作，但又存在液壓系統(tǒng)零部件要求高、壽命不長(zhǎng)、 漏油等缺陷。這是工程機(jī)械領(lǐng)域一個(gè)十分棘手的問(wèn)題，也是長(zhǎng)期未能取得突破的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)，它能克服傳統(tǒng)機(jī)械式挖掘機(jī)動(dòng)作 簡(jiǎn)單，挖掘速度難控制等不足，又能克服液壓式挖掘機(jī)液壓元件要求高、易產(chǎn)生漏油、可靠
3度難保證等缺點(diǎn)。
本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的
一種平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)，包括挖掘手臂，鏟斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，反鏟式鏟斗和機(jī)架。
所述挖掘機(jī)構(gòu)的挖掘手臂為平面二自由度可控機(jī)構(gòu)，由主動(dòng)桿1和4，從動(dòng)桿2、傳動(dòng)桿3以及機(jī)架26連接組成，所述主動(dòng)桿1 一端通過(guò)鉸孔9與從動(dòng)桿2鉸接，另一端通過(guò)鉸孔8鉸接在機(jī)架26上，主動(dòng)桿4一端通過(guò)鉸孔12與傳動(dòng)桿3鉸接，另一端鉸接在機(jī)架26的鉸孔11上，所述從動(dòng)桿2為彎桿，中間彎折部分有鉸孔10，通過(guò)鉸孔10與傳動(dòng)桿3鉸接。
所述主動(dòng)桿1和4分別由分別由伺服電機(jī)(18)和(19)控制，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)輸出端在工作空間內(nèi)任意軌跡和速度的輸出。
所述鏟斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由單獨(dú)的伺服電機(jī)(21)控制，配合挖掘手臂實(shí)現(xiàn)伊斗(7)的翻轉(zhuǎn)，姿態(tài)保持與調(diào)整等動(dòng)作。
所述反鏟式鏟斗(7)背部有上下兩個(gè)鉸孔(15)和(14)，分別與f產(chǎn)斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和平面二自由度可控機(jī)構(gòu)鉸接。
所述機(jī)架上安置有三臺(tái)伺服電機(jī)。機(jī)架本身可安裝在傳統(tǒng)挖掘機(jī)帶回轉(zhuǎn)平臺(tái)的輪胎式或履帶式行走機(jī)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)空間四自由度的挖掘，回轉(zhuǎn)，卸料等挖掘工作和整機(jī)的定位與行走。
挖掘機(jī)構(gòu)進(jìn)行曲線挖掘工作時(shí)，根據(jù)挖掘軌跡要求通過(guò)控制器對(duì)挖掘手臂兩個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，使從動(dòng)桿前端的輸出點(diǎn)實(shí)現(xiàn)工作空間內(nèi)任意的挖掘軌跡。完成挖掘軌跡的同時(shí)，通過(guò)控制鏟斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)，配合挖掘手臂實(shí)現(xiàn)鏟斗的翻轉(zhuǎn)挖掘動(dòng)作。挖掘動(dòng)作完成后，手臂提升，同時(shí)回轉(zhuǎn)平臺(tái)工作，將手臂回轉(zhuǎn)至堆放土壤的區(qū)域。此過(guò)程通過(guò)控制伊斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)保持鏟斗的收緊姿態(tài)。當(dāng)鏟斗回轉(zhuǎn)至堆放區(qū)域上方，鏟斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回收，鏟斗回轉(zhuǎn)，卸土動(dòng)作完成。
挖掘機(jī)構(gòu)進(jìn)行直線平整工作時(shí)，根據(jù)直線軌跡要求編程實(shí)現(xiàn)三個(gè)伺服電機(jī)的協(xié)調(diào)輸出，完成直線平整和鏟斗保持姿態(tài)的動(dòng)作。本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于1、 由于采用外轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)，所有電機(jī)都安裝在機(jī)架上，有效降低手臂重量，提高挖掘 速度。
2、 三臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)為計(jì)算機(jī)控制的伺服電機(jī)，通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)構(gòu)在工作空間內(nèi)任 意挖掘軌跡的輸出。
本發(fā)明的平面三自由度可控挖掘機(jī)，既能解決傳統(tǒng)單自由度機(jī)械式挖掘機(jī)不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 動(dòng)作等問(wèn)題，又能解決液壓式挖掘機(jī)對(duì)零部件要求高、壽命不長(zhǎng)、易漏油等問(wèn)題。并且整機(jī) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，零部件制造加工要求低。


圖1為本發(fā)明所述平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)的挖掘手臂結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明所述平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明所述平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)的主動(dòng)桿1和從動(dòng)桿2的正視圖。
圖4為本發(fā)明所述平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)的主動(dòng)桿4和傳動(dòng)桿3的正視圖。
圖5為本發(fā)明所述平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)的鏟斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的正視圖。
圖6為本發(fā)明所述平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)的俯視圖。
圖7為本發(fā)明所述平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)安裝在帶回轉(zhuǎn)平臺(tái)的履帶式行走機(jī)構(gòu)上的工作 示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
對(duì)照?qǐng)Dl、 3和4,所述挖掘手臂為一平面二自由度可控機(jī)構(gòu)，包括主動(dòng)桿l，主動(dòng)桿4， 從動(dòng)桿2，傳動(dòng)桿3以及機(jī)架26。主動(dòng)桿1通過(guò)鉸孔8鉸接在機(jī)架26上，通過(guò)鉸孔9與從 動(dòng)桿2鉸接。從動(dòng)桿2為彎桿，中間彎折部分有鉸孔IO，通過(guò)鉸孔10與傳動(dòng)桿3鉸接。主 動(dòng)桿4鉸接在機(jī)架26上的鉸孔11上，通過(guò)鉸孔12與傳動(dòng)桿3鉸接。
對(duì)照?qǐng)Dl、 2和6，所述主動(dòng)桿1和主動(dòng)桿4分別由兩個(gè)伺服電機(jī)18、 19控制，可通過(guò) 編程實(shí)現(xiàn)從動(dòng)桿2前端在工作空間內(nèi)任意軌跡的輸出。從動(dòng)桿2前端通孔13與反鏟式伊斗7背部的鉸孔14鉸接。
對(duì)照?qǐng)D2和5，鏟斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)桿5和從動(dòng)桿6，主動(dòng)桿5通過(guò)鉸孔20鉸接在機(jī)架26上，另一端通過(guò)鉸孔16與從動(dòng)桿6鉸接，從動(dòng)桿6前端通過(guò)鉸孔22與擺桿24和連桿25鉸接，擺桿24通過(guò)鉸孔23與挖掘手臂鉸接，連桿25前端與反鏟式鏟斗7背部的鉸孔15鉸接。鏟斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由單獨(dú)的伺服電機(jī)21控制，配合挖掘手臂實(shí)現(xiàn)鏟斗7的翻轉(zhuǎn)，姿態(tài)保轉(zhuǎn)與調(diào)整等動(dòng)作。
對(duì)照?qǐng)D2和6，所述反鏟式鏟斗7背部有上下兩個(gè)鉸孔14、 15，分別與上述的鏟斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和平面二自由度機(jī)構(gòu)鉸接。
對(duì)照?qǐng)D6和7，所述機(jī)架26上安置有三臺(tái)伺服電機(jī)18、 19、 21。機(jī)架本身安裝在傳統(tǒng)挖掘機(jī)帶回轉(zhuǎn)平臺(tái)的輪胎式或履帶式行走機(jī)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)空間四自由度的挖掘，回轉(zhuǎn)，卸料等挖掘工作和整機(jī)的定位與行走。
挖掘機(jī)構(gòu)進(jìn)行曲線挖掘工作時(shí)，根據(jù)挖掘軌跡要求通過(guò)編程控制主動(dòng)桿1和4的兩個(gè)伺服電機(jī)18和19,由于所述挖掘手臂的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為兩個(gè)獨(dú)立的具有良好可控性能的伺服電機(jī)，可使輸出點(diǎn)13實(shí)現(xiàn)工作空間內(nèi)任意要求的軌跡。實(shí)現(xiàn)挖掘軌跡的同時(shí)，通過(guò)控制鏟斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)21，配合挖掘手臂實(shí)現(xiàn)鏟斗7的翻轉(zhuǎn)挖掘動(dòng)作。挖掘動(dòng)作完成后，通過(guò)對(duì)挖掘手臂兩個(gè)伺服電機(jī)18和19的控制，實(shí)現(xiàn)手臂提升的動(dòng)作，同時(shí)回轉(zhuǎn)平臺(tái)工作，將手臂回轉(zhuǎn)至堆放土壤的區(qū)域。此過(guò)程中通過(guò)控制鏟斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)21保持反鏟式鏟斗7的收緊姿態(tài)。當(dāng)反鏟式鏟斗7回轉(zhuǎn)至堆放區(qū)域上方，鏟斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回收，反鏟式鏟斗7回轉(zhuǎn)，卸土動(dòng)作完成。
挖掘機(jī)構(gòu)進(jìn)行直線平整工作時(shí)，可直接根據(jù)挖掘軌跡要求編程實(shí)現(xiàn)三個(gè)伺服電機(jī)18、 19、21的協(xié)調(diào)輸出，完成直線平整和反鏟式鏟斗7保持姿態(tài)的動(dòng)作。
權(quán)利要求
1、一種平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)，包括挖掘手臂，鏟斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，反鏟式鏟斗和機(jī)架，其特征在于所述挖掘機(jī)構(gòu)的挖掘手臂為平面二自由度可控機(jī)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)，其特征在于所述平面二自由度可控機(jī)構(gòu)由主動(dòng)桿(1)和(4)，從動(dòng)桿(2)、傳動(dòng)桿(3)以及機(jī)架(26)連接組成，所 述主動(dòng)桿(1) 一端通過(guò)鉸孔(9)與從動(dòng)桿(2)鉸接，另一端通過(guò)鉸孔(8)鉸接在機(jī)架(26) 上，主動(dòng)桿(4) 一端通過(guò)鉸孔(12)與傳動(dòng)桿(3)鉸接，另一端鉸接在機(jī)架(26)的鉸孔(11)上，所述從動(dòng)桿(2)為彎桿，中間彎折部分有鉸孔(10)，通過(guò)鉸孔(10)與傳動(dòng)桿(3)鉸接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)，其特征在于主動(dòng)桿(1)和(4) 分別由伺服電機(jī)(18)和(19)控制，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)輸出端在工作空間內(nèi)任意軌跡和速度的 輸出。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)，其特征在于所述鏟斗翻轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)由單獨(dú)的伺服電機(jī)(21)控制，配合挖掘手臂實(shí)現(xiàn)鏟斗(7)的翻轉(zhuǎn)，姿態(tài)保持與調(diào)整等 動(dòng)作。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)，其特征在于所述反鏟式l產(chǎn)斗 (7)背部有上下兩個(gè)鉸孔(15)和(14),分別與鏟斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和平面二自由度可控機(jī)構(gòu)鉸接。
全文摘要
一種平面三自由度可控挖掘機(jī)構(gòu)，包括挖掘手臂，鏟斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，反鏟式鏟斗和機(jī)架，所述挖掘機(jī)構(gòu)的挖掘手臂為平面二自由度可控機(jī)構(gòu)。所述平面二自由度可控機(jī)構(gòu)的主動(dòng)桿(1)一端通過(guò)鉸孔(9)與從動(dòng)桿(2)鉸接，另一端通過(guò)鉸孔(8)鉸接在機(jī)架(26)上，主動(dòng)桿(4)一端通過(guò)鉸孔(12)與傳動(dòng)桿(3)鉸接，另一端鉸接在機(jī)架(26)的鉸孔(11)上，所述從動(dòng)桿(2)為彎桿，中間彎折部分有鉸孔(10)，通過(guò)鉸孔(10)與傳動(dòng)桿(3)鉸接。采用本發(fā)明能夠解決傳統(tǒng)單自由度機(jī)械式挖掘機(jī)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作簡(jiǎn)單，而液壓式挖掘機(jī)易出現(xiàn)漏油等問(wèn)題。
文檔編號(hào)E02F3/28GK101666104SQ20091011444
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者潘宇晨, 蔡敢為 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)