一种含三副摇臂的平面三活动度装载机器人的制作方法
【专利摘要】一种含三副摇臂的平面三活动度装载机器人，包括动臂升降机构、铲斗控制机构等。该装载机器人通过在动臂升降机构中引入液压元件，实现了缸内压力相等，改善了装载机器人动臂两升降支链受力不均衡的问题，提高了承载稳定性。该装载机器人不仅具有现有可控装载机构传动效率高、响应速度快、运动精度高、可控性好等特点，而且液压元件的引入大幅提高了其承载能力和抗振性能，并易实现过载保护功能，大幅提高了该装载机器人的可靠性及实用性，使其可以满足施工环境比较恶劣的场合作业，适用于制造大、中、小型装载机器人。
【专利说明】
一种含三副摇臂的平面三活动度装载机器人
技术领域
[0001]本发明涉及装载机领域，特别是一种含三副摇臂的平面三活动度装载机器人。
【背景技术】
[0002]装载机是一种广泛应用于农田、水利、能源、市政等施工领域，进行散装物料装卸的关键设备，对基础设施建设起到了重要的作用，但是传统液压式装载机存在着能耗高、噪音大、尾气排放严重、智能化水平低等缺点。可控机构是传统机构与电子技术结合的产物，近年来开展的“数控一代”装备创新工程，给传统工程机械技术升级带来了机遇，针对液压式装载机的缺点，将可控机构及机器人相关技术应用到装载机工作装置设计中，提出了一类可控机构式装载机，该类可控装载机构避免了液压系统的使用，它由多自由度连杆机构和多个可控电机组成，其输出运动由多台计算机编程控制的可控电机共同决定，铲斗的输出轨迹是一个多自变量的函数，可以轻易实现复杂柔性轨迹输出，因此可控装载机构属于施工机器人范畴。相比液压式装载机，可控装载机构具有智能化程度高、灵活度好、高传动效率等优点，对于推动装载机绿色化、智能化具有重要的意义。
[0003]但是，在对可控装载机构进行工程应用研究的过程中，发现了一系列未曾涉及的工程问题。一方面，现有可控装载机构各构件之间一般采用转动副链接，相比含移动副的液压式装载机工作装置，缺少有效的抗振能力和过载保护手段，在实际作业过程中，很容易造成结构件的刚性破坏或变形;另一方面，现有可控装载机构为平面并联机构，两主动杆在同时抬升动臂时，由于制造、加工、装配等误差，特别是在装载机偏载的情形下，造成动臂两并联驱动支链受力不均，影响了举升稳定性，很容易造成部分构件的过载损毁，影响可控装载机构的使用寿命。上述原因严重影响了可控装载机构的工程应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于已有技术存在的问题提供一种含三副摇臂的平面三活动度装载机器人，既具有现有可控装载机构智能化程度高、灵活度好、传动效率高等优点，同时解决现有可控装载机构缺少抗振能力、动臂升降机构稳定性差、缺乏有效的过载保护等工程问题，使该装载机器人既具有较好的动力学性能及承载稳定性，同时具有较强的抗振能力和过载保护性能。
[0005]本发明通过以下技术方案来达到上述目的:本发明所述的一种含三副摇臂的平面三活动度装载机器人，包括动臂升降机构、铲斗控制机构以及机架。
[0006]所述动臂升降机构包括动臂、第一升降支链和第二升降支链，所述动臂通过第一转动副、第二转动副与机架连接，所述第一升降支链包括第一主动杆、第一液压缸，所述第一主动杆一端通过第三转动副机架连接，另一端通过第四转动副与第一液压缸一端连接，所述第一液压缸另一端通过第五转动副与动臂连接。所述第二升降支链包括第二主动杆、第二液压缸，所述第二主动杆一端通过第六转动副与机架连接，另一端通过第七转动副与第二液压缸一端连接，所述第二液压缸另一端通过第八转动副与动臂连接。所述第一主动杆、第二主动杆均由可控电机驱动。
[0007]当该装载机器人实际作业时，所述第一主动杆、第二主动杆由可控电机驱动控制，为动臂升降机构提供动力。由于动臂升降机构为平面并联机构，所述第一液压缸与第二液压缸的缸体通过液压管线连接，进而实现并联，根据帕斯卡原理，两缸体内液体压力相同，可以有效改善动臂两升降支链受力不均的问题，提高动臂举升稳定性，延长动臂升降机构各构件的使用寿命。通过液压元件的引入可以有效提高动臂升降机构的抗振能力，另外，通过在动臂升降机构两液压缸上引入泄压阀等附属装置，可以轻易实现动臂升降机构的过载保护功能。
[0008]通过第一液压缸与第二液压缸的引入使该装载机器人动臂升降支链多了一个额外活动度，当动臂两升降支链承受的载荷在许用范围内时，第一液压缸与第二液压缸处于微调状态，可视为二力杆，主要起传递动力的作用，此时动臂升降支链中因引入移动副而多出的活动度可视为失效状态，当动臂两升降支链承受的载荷超过许用载荷时，安装在液压缸缸体上的泄压阀打开，动臂两升降支链中因引入液压缸而多出的活动度生效，通过泄压阀实现动臂升降机构两升降运动链的过载保护功能。
[0009]所述铲斗控制机构包括第三主动杆、连杆、拉杆、摇臂、铲斗。所述第三主动杆一端通过第九转动副与机架连接，另一端通过第十转动副与连杆一端连接，所述连杆另一端通过第十一转动副与拉杆连接，所述拉杆通过第十二转动副与铲斗连接，所述摇臂一端通过第十三转动副与动臂连接，另一端通过第十四转动副与拉杆连接，所述铲斗通过第十五转动副、第十六转动副与动臂连接。所述铲斗控制机构在第三主动杆的带动下实现铲斗的翻转运动。
[0010]所述一种含三副摇臂的平面三活动度装载机器人的铲斗输出运动由第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆共同决定，在计算机系统的协调控制下，完成装载作业。该含三副摇臂的平面三活动度装载机器人不仅具有智能化程度高、低噪音、无尾气排放、能耗低、维护保养简单等特点，而且相比现有可控装载机构具有更好的动力学性能、承载稳定性、抗振能力以及更长的使用寿命，并且较易实现过载保护功能，大幅提高了该装载机器人的可靠性及实用性，使其能够满足施工环境比较恶劣的场合作业，适用于制造大、中、小型装载机器人。
[0011]本发明突出优点在于:
1、该装载机器人采用全新的构型设计，在满足装载作业所需自由度和工作空间要求下，具有较好的运动学和动力学性能。该装载机器人既具有可控机构式装载机能耗低、传动效率高、智能化程度高、可靠性好等特点，同时具备液压式装载机工作装置抗冲击性能好、过载保护性能强、举升稳定性好等特点。
[0012]2、在保证满足装载机性能要求的前提下，由电传动系统驱动的连杆传动取代了传统液压装载机的液压传动系统，避免了液压系统传动效率低、可靠性差等问题，大幅降低了能耗。另外，装载机器人的动力系统由于采用了计算机编程控制的电传动系统，相比现有液压式工程机械，不仅噪音低、无尾气排放，而且自动化和智能化程度高，非常适用于人口密集区域施工作业。
[0013]3、相比现有可控装载机构，该种装载机器人的构型设计具有更好的动力性能和更强的适应性。相比现有可控装载机构，该装载机器人具有更好的承载稳定性、更佳的抗振性能以及更长的使用寿命。该装载机器人的动臂升降机构引入了液压元件，通过液压管线使两缸体并联，进而实现两缸体内液体压力平衡，有效解决了平面并联可控装载机构动臂的两升降支链受力不均的问题，提高了承载稳定性和抗振性能，改善了各构件的受力情况，延长了使用寿命。
[0014]4、相比现有可控装载机构，该装载机器人具有更多的过载保护手段，由于动臂升降机构引入了液压元件，可通过在动臂升降机构中引入泄压阀等附属装置，较易实现该装载机器人的过载保护性能，避免因过载造成的执行机构各构件变形及刚性破坏。
【附图说明】
[0015]图1为本发明所述的一种含三副摇臂的平面三活动度装载机器人执行机构示意图。
[0016]图2为本发明所述的一种含三副摇臂的平面三活动度装载机器人机架示意图。
[0017]图3为本发明所述的动臂升降机构示意图。
[0018]图4为本发明所述的铲斗控制机构示意图。
[0019]图5为本发明所述的一种含三副摇臂的平面三活动度装载机器人平面视图。
[0020]图6为本发明所述的一种含三副摇臂的平面三活动度装载机器人工作示意图。
【具体实施方式】
[0021]以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
[0022]对照图1，本发明所述的一种含三副摇臂的平面三活动度装载机器人，包括动臂升降机构、铲斗控制机构以及机架I。
[0023]对照图1、图2、图3，所述动臂升降机构包括动臂10、第一升降支链和第二升降支链，所述动臂10通过第一转动副17、第二转动副15与机架I连接，所述第一升降支链包括第一主动杆6、第一液压缸8，所述第一主动杆6—端通过第三转动副5机架I连接，另一端通过第四转动副7与第一液压缸8—端连接，所述第一液压缸8另一端通过第五转动副9与动臂10连接。所述第二升降支链包括第二主动杆3、第二液压缸16，所述第二主动杆3—端通过第六转动副2与机架I连接，另一端通过第七转动副4与第二液压缸16—端连接，所述第二液压缸16另一端通过第八转动副14与动臂10连接。所述第一主动杆6、第二主动杆3均由可控电机驱动。
[0024]当该装载机器人实际作业时，所述第一主动杆6、第二主动杆3由可控电机驱动控制，为动臂升降机构提供动力。由于动臂升降机构为平面并联机构，所述第一液压缸8与第二液压缸16的缸体通过液压管线连接，进而实现并联，根据帕斯卡原理，两缸体内液体压力相同，可以有效改善动臂10两升降支链受力不均的问题，提高动臂举升稳定性，延长动臂升降机构各构件的使用寿命。通过液压元件的引入可以有效提高动臂升降机构的抗振能力，另外，通过在动臂升降机构两液压缸上引入泄压阀等附属装置，可以轻易实现动臂升降机构的过载保护功能。
[0025]通过第一液压缸8与第二液压缸16的引入使该装载机器人动臂升降支链多了一个额外活动度，当动臂两升降支链承受的载荷在许用范围内时，第一液压缸8与第二液压缸16处于微调状态，可视为二力杆，主要起传递动力的作用，此时动臂升降支链中因引入移动副而多出的活动度可视为失效状态，当动臂两升降支链承受的载荷超过许用载荷时，安装在液压缸缸体上的泄压阀打开，动臂两升降支链中因引入液压缸而多出的活动度生效，通过泄压阀实现动臂升降机构两升降运动链的过载保护功能。
[0026]对照图1、图2、图4，所述铲斗控制机构包括第三主动杆19、连杆21、拉杆23、摇臂26、铲斗25。所述第三主动杆19 一端通过第九转动副18与机架I连接，另一端通过第十转动副20与连杆21 —端连接，所述连杆21另一端通过第^^一转动副22与拉杆23连接，所述拉杆23通过第十二转动副24与铲斗25连接，所述摇臂26—端通过第十三转动副12与动臂10连接，另一端通过第十四转动副27与拉杆23连接，所述铲斗25通过第十五转动副11、第十六转动副13与动臂10连接。所述铲斗控制机构在第三主动杆19的带动下实现铲斗25的翻转运动。
[0027]对照图1、图5、图6，所述一种含三副摇臂的平面三活动度装载机器人的铲斗25输出运动由第一主动杆6、第二主动杆3、第三主动杆19共同决定，在计算机系统的协调控制下，完成装载作业。该含三副摇臂的平面三活动度装载机器人不仅具有智能化程度高、低噪音、无尾气排放、能耗低、维护保养简单等特点，而且相比现有可控装载机构具有更好的动力学性能、承载稳定性、抗振能力以及更长的使用寿命，并且较易实现过载保护功能，大幅提高了该装载机器人的可靠性及实用性，使其能够满足施工环境比较恶劣的场合作业，适用于制造大、中、小型装载机器人。
【主权项】
1.一种含三副摇臂的平面三活动度装载机器人，包括动臂升降机构、铲斗控制机构以及机架，其特征在于: 所述动臂升降机构包括动臂、第一升降支链和第二升降支链，所述动臂通过第一转动副、第二转动副与机架连接，所述第一升降支链包括第一主动杆、第一液压缸，所述第一主动杆一端通过第三转动副机架连接，另一端通过第四转动副与第一液压缸一端连接，所述第一液压缸另一端通过第五转动副与动臂连接，所述第二升降支链包括第二主动杆、第二液压缸，所述第二主动杆一端通过第六转动副与机架连接，另一端通过第七转动副与第二液压缸一端连接，所述第二液压缸另一端通过第八转动副与动臂连接， 所述铲斗控制机构包括第三主动杆、连杆、拉杆、摇臂、铲斗，所述第三主动杆一端通过第九转动副与机架连接，另一端通过第十转动副与连杆一端连接，所述连杆另一端通过第十一转动副与拉杆连接，所述拉杆通过第十二转动副与铲斗连接，所述摇臂一端通过第十三转动副与动臂连接，另一端通过第十四转动副与拉杆连接，所述铲斗通过第十五转动副、第十六转动副与动臂连接。2.根据权利要求1，所述一种含三副摇臂的平面三活动度装载机器人，其特征在于:所述第一液压缸与第二液压缸并联，所述第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆均由可控电机驱动。
【文档编号】E02F3/28GK106049571SQ201610463349
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】吴承格, 单绍福, 张 林, 张萌萌, 王晓
【申请人】山东交通学院