专利名称：多功能高空作业机械臂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工程机械，具体涉及一种在高空进行作业的多功能高空作业机械 臂；是一种在电力、园林、市政等领域进行高空作业的装置。最适合高空电力设施及市政设 施的安装、维护、检测等，园林高大树木的修枝、喷洒、清洗、检测等。
背景技术：
目前，高空作业多是将人员及工具，通过可升降移动的工作平台送至高空作业处 进行施工。受工作平台自身载荷和人员力量的限制，高空工作人员无法携带重量较大的工 具设备进行施工，在很多情况下只能通过人力作业，施工作业效率低、劳动强度大。而由于 受到工作平台外形尺寸的影响，使得这种高空作业方式无法进入狭小空间进行作业，限制 了高空作业平台的适用领域。另外，载人高空作业对安全性要求非常高，但目前的系统中虽 有多重保护却也不能完全解决人员在高空中施工危险性大的问题，无法完全避免可能出现 的车毁人亡的安全事故。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种多功能高空作业机械臂，该 机械臂方便快捷、安全可靠、功能强大的能够代替工作人员高空施工的自动化无人高空作 业设备。本发明是以如下技术方案实现的一种多功能高空作业机械臂，在运载动力车的 车架上，安装有三自由度宏动作业装置(相当于现有技术中的普通机械臂)，其特征在于， 在所述的三自由度宏动作业装置的顶端，还安装有多自由度微动作业装置；在该多自由度 微动作业装置的顶端，设有选择搭载各种工具单元的工具连接架。以上方案中所述的三自由度宏动作业装置(简称宏动装置)，具有回转、变幅和伸 缩等自由度。具体地说，所述的宏动作业装置，是一个包括有带回转支撑的转台、伸缩臂、变幅 油缸及伸缩油缸的基本机械臂。例如，可以是采用以下结构的基本机械臂设有带回转支撑 的转台；伸缩臂用铰轴与该带回转支撑的转台铰接；变幅油缸底座用铰轴与该带回转支撑 的转台铰接；所述变幅油缸端部用铰轴与伸缩臂的基本臂铰接，伸缩油缸底部固定于该基 本臂上，伸缩油缸端部用铰轴与伸缩臂的二级臂铰接。所述的宏动作业装置也可以采用现有技术中的、与该举例的结构不同的其他基本 机械臂结构。以上方案中所述微动作业装置(简称微动装置)由多自由度的多关节串联机械臂 构成，可进行水平伸缩、水平旋转、垂直摆动和轴向旋转，独立的四轴运动。具体地说，所述的多自由度微动作业装置，是一个设置在上述基本机械臂顶端的、 包括托架、垂直摆动油缸、水平滑动架、伸缩油缸、水平回转马达、轴向旋转马达及工具连接 架的工作端机械臂。例如，可以采用以下结构托架用铰轴与伸缩臂二级臂端部进行铰接，垂直摆动油缸底部用铰轴与伸缩臂二级臂端部进行铰接，垂直摆动油缸端部用铰轴与托架 进行铰接，水平滑动架置于托架的滑道内，伸缩油缸底部用铰轴与托架进行铰接，伸缩油缸 端部用铰轴与水平滑动架进行铰接，水平回转马达与水平滑动架连接，轴向旋转马达与水 平回转马达连接，工具连接架连接在轴向旋转马达，作业工具可连接在工具连接架的固定 孔处。所述的多自由度微动作业装置，也可以采用现有技术中的、与该举例的结构不同 的其他基本机械臂结构。所述的可选择搭载的各种工具单元，是指可以选择搭载液压油锯、液压油钻、液 压钳、液压剪、等液压工具单元。在微动作业装置上，通过选择搭载一种液压工具单元，连接上液压动力接口后，进 行工作，可选择搭载液压油锯、液压油钻、液压钳、液压剪、等液压工具单元。在宏动装置上 布设管路则可扩展搭载水泡、喷枪等装置进行喷涂、清洗的工作，在微动作业装置上搭载摄 影像设备则可在地面对高空中物体进行多角度的观察检测，所述微动作业装置由多自由度 的多关节串联机械臂构成，可进行水平伸缩、水平旋转、垂直摆动和轴向旋转，独立的四轴 运动。全部操作皆是在运载动力车上的操作台上或无线遥操作进行，所以无需人员在高空 中作业，由于采用宏动装置先将工具送入工作区，再由微动装置进行精确定位，该装置具有 安全、可靠、快捷、方便的特点。工作过程是多功能高空作业机器臂到达需工作的地面位置。该设备的宏动装置 通过转台的回转，臂架的伸缩、变幅，使微动装置接近工作区域内，即进行初步定位。操纵微 动装置进行水平伸缩，水平摆动、垂直摆动及轴向旋转，可进行上、下、左、右、前、后位置的 变化，即可完成在笛卡尔空间坐标系的三维旋转与伸缩动作，对工具进行精确定位，到达指 定的工作位置，工具进行工作。本发明的有益效果是自动化程度高，安全性好，方便快捷，工作效率高、适应范围
图1是本发明总体结构示意图；图2是宏动装置结构示意图；图3是微动装置结构示意图；图4是微动装置右视图。图中1、运载动力车，2、宏动作业装置，3、微动作业装置，4、车架，2-1、带回转支撑 的转台，2-2、伸缩臂，2-3、变幅油缸，2-4、伸缩油缸，3-1、托架，3_2、垂直摆动油缸，3_3、水 平伸缩架，3-4、伸缩油缸，3-5、水平回转马达，3-6、轴向旋转马达、3-7、工具连接架。
具体实施例方式实施例1，如图1所示，多功能高空作业机器臂有运载动力车1，在运载动力车车 架2上装设有能在车架4上能回转、变幅和伸缩的三自由度宏动作业装置3和可搭载工具 进行水平伸缩、水平摆动、垂直摆动和轴向旋转，多自由度的微动作业装置4。运载动力车 1可采用二类汽车底盘或自行式底盘，图1只给出二类汽车底盘的连接，自行式底盘的连接亦相同。如图2所示，宏动作业装置包括带回转支撑的转台2-1，伸缩臂2-2，变幅油缸2-3， 伸缩油缸2-4。带回转支撑的转台2-1与车架2连接，伸缩臂2-2用铰轴与带回转支撑的转 台2-1铰接，变幅油缸2-3底座用铰轴与带回转支撑的转台2-1铰接，变幅油缸2-3端部用 铰轴与伸缩臂2-2基本臂铰接，伸缩油缸2-4底部固定于基本臂上，伸缩油缸2-4端部用铰 轴与伸缩臂2-1 二级臂铰接。如图3、图4所示，微动作业装置包括托架3-1，垂直摆动油缸3-2，水平滑动架 3-3，伸缩油缸3-4，水平回转马达3-5，轴向旋转马达3-6，工具连接架3_7。托架3_1用铰 轴与伸缩臂2-2 二级臂端部进行铰接，垂直摆动油缸3-2底部用铰轴与伸缩臂2-2 二级臂 端部进行铰接，垂直摆动油缸3-2端部用铰轴与托架3-1进行铰接，水平滑动架3-3置于托 架3-1的滑道内，伸缩油缸3-4底部用铰轴与托架3-1进行铰接，伸缩油缸3-4端部用铰轴 与水平滑动架3-3进行铰接，水平回转马达3-5与水平滑动架3-3连接，轴向旋转马达3-6 与水平回转马达3-5连接，工具连接架3-7连接在轴向旋转马达3-6，作业工具(未给图) 可连接在工具连接架3-7的固定孔处。本发明的工作原理如下多功能高空作业机器臂到达需工作的地面位置，宏动装置上带回转支撑的转台
2-1可以作360度的回转，带动装有工具的微动装置从任何角度接近高空中的作业目标，变 幅油缸2-3的伸缩可以带动伸缩臂2-2，以调整微动装置的高度和工作幅度，伸缩油缸2-4 的伸缩可以带动伸缩臂2-2伸长或缩短，可以调整微动装置的高度和幅度。当宏动装置将微动装置送入工作区域后，启动微动工作装置，进行精确定位，垂直 摆动油缸3-2的伸缩可以调节托架3-1对于水平面的角度，带动工具连接架3-7对水平面 的角度亦进行调整，伸缩油缸3-4的伸缩通过水平滑动架3-3的位移可以调节工具连接架
3-7相对于托架3-1的前后位置，水平回转马达3-5可以作360度的回转，带动装有工具连 接架的从任何角度接近作业目标，轴向旋转马达3-6作360度的回转，使工具连接架3-7上 搭载的工具从不同的轴向方位接近作业目标进行工作。其多自由度动作，可进行上、下、左、 右、前、后位置的变化，即可完成在笛卡尔空间坐标系的三维旋转与伸缩动作。装设在运载动力车上的液压系统为上述各种动作的油缸、回转马达和液压工具输 送液压动力，安装在运载动力车上的操作台控制宏动装置、微动装置和工具的启闭。
权利要求
一种多功能高空作业机械臂，在运载动力车的车架上，安装有三自由度宏动作业装置，其特征在于，在所述的三自由度宏动作业装置的顶端，还安装有多自由度微动作业装置；在该多自由度微动作业装置的顶端，设有选择搭载各种工具单元的工具连接架。
2.根据权利要求1所述的多功能高空作业机械臂，其特征在于，所述的宏动作业装置， 是一个包括有带回转支撑的转台、伸缩臂、变幅油缸及伸缩油缸的基本机械臂。
3.根据权利要求2所述的多功能高空作业机械臂，其特征在于，所述的宏动作业装置 是采用以下结构的基本机械臂设有带回转支撑的转台；伸缩臂用铰轴与该带回转支撑的 转台铰接；变幅油缸底座用铰轴与该带回转支撑的转台铰接；所述变幅油缸端部用铰轴与 伸缩臂的基本臂铰接，伸缩油缸底部固定于该基本臂上，伸缩油缸端部用铰轴与伸缩臂的 二级臂铰接。
4.根据权利要求1所述的多功能高空作业机械臂，其特征在于，所述的多自由度微动 作业装置，是一个设置在上述基本机械臂顶端的、包括托架、垂直摆动油缸、水平滑动架、伸 缩油缸、水平回转马达、轴向旋转马达及工具连接架的工作端机械臂。
5.根据权利要求4所述的多功能高空作业机械臂，其特征在于，所述的多自由度微动 作业装置采用以下结构托架用铰轴与伸缩臂二级臂端部进行铰接，垂直摆动油缸底部用 铰轴与伸缩臂二级臂端部进行铰接，垂直摆动油缸端部用铰轴与托架进行铰接，水平滑动 架置于托架的滑道内，伸缩油缸底部用铰轴与托架进行铰接，伸缩油缸端部用铰轴与水平 滑动架进行铰接，水平回转马达与水平滑动架连接，轴向旋转马达与水平回转马达连接，工 具连接架连接在轴向旋转马达，作业工具可连接在工具连接架的固定孔处。
6.根据权利要求1 5之一所述的多功能高空作业机械臂，其特征在于，所述的可选 择搭载的各种工具单元是指选择搭载液压油锯、液压油钻、液压钳或液压剪等液压工具单兀。
7.根据权利要求1 5之一所述的多功能高空作业机械臂，其特征在于，所述的可选择 搭载的各种工具单元是指选择搭载摄影像设备。
8.根据权利要求1 5之一所述的多功能高空作业机械臂，其特征在于，所述的在宏动 装置上布设管路可扩展搭载的各种工具单元是指扩展搭载水泡、喷枪。
全文摘要
多功能高空作业机械臂，在运载动力车的车架上安装有三自由度宏动作业装置，特征是在宏动作业装置的顶端还安装有多自由度微动作业装置；在多自由度微动作业装置的顶端设有选择搭载各种工具单元的工具连接架。宏动作业装置是包括有带回转支撑的转台、伸缩臂、变幅油缸及伸缩油缸的基本机械臂。宏动作业装置是采用以下结构的基本机械臂设有带回转支撑的转台；伸缩臂用铰轴与带回转支撑的转台铰接；变幅油缸底座用铰轴与该带回转支撑的转台铰接；变幅油缸端部用铰轴与伸缩臂的基本臂铰接，伸缩油缸底部固定于该基本臂上，伸缩油缸端部用铰轴与伸缩臂的二级臂铰接。本发明自动化程度高，安全性好，方便快捷，工作效率高、适应范围广。
文档编号B25J9/08GK101947783SQ20101018767
公开日2011年1月19日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者张秀伟, 张铂, 胡景清 申请人:徐州海伦哲专用车辆股份有限公司