一種多單元直線驅(qū)動平面兩活動度簡易裝載機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】一種多單元直線驅(qū)動平面兩活動度簡易裝載機(jī)器人，包括多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)、動臂升降機(jī)構(gòu)、鏟斗控制機(jī)構(gòu)等。該裝載機(jī)器人動臂升降機(jī)構(gòu)采用多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)，該多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)由多組直線驅(qū)動器構(gòu)成，通過對各直線驅(qū)動器的編程控制，實(shí)現(xiàn)大功率、高扭矩的動力輸出，滿足高負(fù)載作業(yè)需求。該裝載機(jī)器人不僅具有機(jī)械效率高、響應(yīng)速度快、運(yùn)動精度高、可控性好等特點(diǎn)，而且鏟斗控制機(jī)構(gòu)的平面并聯(lián)設(shè)計及多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)的引入大幅提高了其承載能力，特別適用于制造中、大型高負(fù)載裝載機(jī)器人。
【專利說明】
一種多單元直線驅(qū)動平面兩活動度簡易裝載機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及裝載機(jī)領(lǐng)域，特別是一種多單元直線驅(qū)動平面兩活動度簡易裝載機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]裝載機(jī)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(jìn)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(jī)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(diǎn)。可控機(jī)構(gòu)是傳統(tǒng)機(jī)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(jī)械技術(shù)升級帶來了機(jī)遇，針對液壓式裝載機(jī)的缺點(diǎn)，將可控機(jī)構(gòu)及機(jī)器人相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到裝載機(jī)工作裝置設(shè)計中，提出了一類可控機(jī)構(gòu)式裝載機(jī)，該類裝載機(jī)構(gòu)避免了液壓系統(tǒng)的使用，它由多自由度連桿機(jī)構(gòu)和多個可控電機(jī)組成，其輸出運(yùn)動由多臺計算機(jī)編程控制的可控電機(jī)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜柔性軌跡輸出，因此可控裝載機(jī)構(gòu)屬于施工機(jī)器人范疇。相比液壓式裝載機(jī)，可控裝載機(jī)構(gòu)具有智能化程度高、靈活度好、高傳動效率等優(yōu)點(diǎn)，對于推動裝載機(jī)綠色化、智能化具有重要的意義。
[0003]但是，在對可控裝載機(jī)構(gòu)進(jìn)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(jī)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(jī)構(gòu)動臂升降支鏈均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(jī)成本高、輸出功率小、扭矩低等問題，造成現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)動力性能差、負(fù)載能力弱等問題，難以滿足裝載機(jī)的動力要求，造成現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計形式僅適用于微小型裝載機(jī)，嚴(yán)重影響了可控裝載機(jī)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直線驅(qū)動平面兩活動度簡易裝載機(jī)器人，既具有現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)智能化程度高、靈活度好、傳動效率高等優(yōu)點(diǎn)，同時解決現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)動力性能差、負(fù)載能力弱等工程問題，使該裝載機(jī)器人具有較強(qiáng)的承載能力，滿足重型裝載機(jī)器人動力要求。
[0005]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來達(dá)到上述目的:一種多單元直線驅(qū)動平面兩活動度簡易裝載機(jī)器人，包括多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)、動臂升降機(jī)構(gòu)、鏟斗控制機(jī)構(gòu)以及機(jī)架。
[0006]所述多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括機(jī)架，曲軸，第一直線驅(qū)動器和第二直線驅(qū)動器，所述第一直線驅(qū)動器一端通過第一轉(zhuǎn)動副與機(jī)架連接，另一端通過第二轉(zhuǎn)動副與曲軸連接，所述第二直線驅(qū)動器一端通過第三轉(zhuǎn)動副與機(jī)架連接，另一端通過第四轉(zhuǎn)動副與曲軸連接，所述曲軸通過第二十三轉(zhuǎn)動副、第二十四轉(zhuǎn)動副與機(jī)架連接。
[0007]所述第一直線驅(qū)動器、第二直線驅(qū)動器均為伺服電動缸，所述多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)在計算機(jī)系統(tǒng)的控制下，可以將多個直線驅(qū)動器的動力合成后通過第一曲軸輸出，從而使該多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了由多臺小功率直線驅(qū)動器動力輸入，大功率、高扭矩動力輸出的目的，解決了傳統(tǒng)可控裝載機(jī)構(gòu)可控電機(jī)功率輸出小、驅(qū)動扭矩低等問題，通過該設(shè)計有效提高了該裝載機(jī)器人的承載能力，改善了動力性，另外，根據(jù)不同的動力需要，多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)可以方便選用四單元、六單元等不同數(shù)量的直線驅(qū)動器，具有較強(qiáng)的動力適應(yīng)性，可滿足大、中、小型裝載機(jī)器人動力要求。
[0008]所述動臂升降機(jī)構(gòu)包括動臂，第一連桿，第二連桿，第三連桿，第四連桿，所述動臂通過第五轉(zhuǎn)動副，第六轉(zhuǎn)動副與機(jī)架連接，所述第三連桿一端通過鍵或其它方式與曲軸固定連接，另一端通過第七轉(zhuǎn)動副與第二連桿一端連接，所述第二連桿另一端通過第八轉(zhuǎn)動副與動臂連接。所述第四連桿一端通過鍵或其它方式與曲軸固定連接，另一端通過第九轉(zhuǎn)動副與第一連桿一端連接，所述第一連桿另一端通過第十轉(zhuǎn)動副與動臂連接。
[0009]所述鏟斗控制機(jī)構(gòu)包括第三直線驅(qū)動器，第四直線驅(qū)動器，第一拉桿，第二拉桿，第一搖臂，第二搖臂，鏟斗。所述第一搖臂通過第十一轉(zhuǎn)動副與動臂連接，所述第一拉桿一端通過第十二轉(zhuǎn)動副與第一搖臂連接，另一端通過第十三轉(zhuǎn)動副與鏟斗連接。所述第三直線驅(qū)動器一端通過第十四轉(zhuǎn)動副與動臂連接，另一端通過第十五轉(zhuǎn)動副與第一搖臂連接。所述第二搖臂通過第十六轉(zhuǎn)動副與動臂連接，所述第二拉桿一端通過第十七轉(zhuǎn)動副與第二搖臂連接，另一端通過第十八轉(zhuǎn)動副與鏟斗連接。所述第四直線驅(qū)動器一端通過第十九轉(zhuǎn)動副與動臂連接，另一端通過第二十轉(zhuǎn)動副與第二搖臂連接。所述鏟斗通過第二十一轉(zhuǎn)動副，第二十二轉(zhuǎn)動副與動臂連接。所述第三直線驅(qū)動器、第四直線驅(qū)動器均為伺服電動缸，在計算機(jī)編程控制下，實(shí)現(xiàn)鏟斗的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動。
[0010]該種多單元直線驅(qū)動平面兩活動度簡易裝載機(jī)器人的動臂升降機(jī)構(gòu)和鏟斗控制機(jī)構(gòu)通過采用平面并聯(lián)設(shè)計，不僅大幅提高了該裝載機(jī)器人的承載能力，而且大幅提升了裝載機(jī)器人的剛性，使其具有較好的動力學(xué)性能。該裝載機(jī)器人動臂升降機(jī)構(gòu)由安裝在機(jī)架上的多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)提供動力，鏟斗控制機(jī)構(gòu)由安裝在動臂上的第三直線驅(qū)動器、第四直線驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，該裝載機(jī)器人的運(yùn)動作業(yè)由計算機(jī)編程控制，智能化程度高，操縱控制簡單。該裝載機(jī)器人采用全新的桿件設(shè)計，構(gòu)型簡單緊湊，多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)的引入，可以將多各小功率直線驅(qū)動器的動力合成后，通過曲軸實(shí)現(xiàn)大扭矩、高功率扭矩輸出，大幅提高了該機(jī)器人的承載能力，因此該發(fā)明提供的技術(shù)方案特別適用于設(shè)計制造中、大型裝載機(jī)器人。
[0011]本發(fā)明突出優(yōu)點(diǎn)在于:
1、該裝載機(jī)器人采用全新的構(gòu)型設(shè)計，桿件及運(yùn)動副相對較少，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(yùn)動學(xué)和動力學(xué)性能。該類型裝載機(jī)器人采用由電傳動系統(tǒng)驅(qū)動的連桿傳動取代了傳統(tǒng)裝載機(jī)工作裝置的液壓傳動系統(tǒng)，避免了液壓系統(tǒng)機(jī)械效率低、可靠性差等問題，相比液壓式裝載機(jī)，該裝載機(jī)器人具有低能耗、低噪音、無尾氣排放等特點(diǎn)。另外，該裝載機(jī)器人的動力系統(tǒng)采用了計算機(jī)編程控制的可控電傳動系統(tǒng)，相比現(xiàn)有液壓式工程機(jī)械，具有自動化和智能化程度高等優(yōu)點(diǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)操縱控制簡單，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化作業(yè)。
[0012]2、相比現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)，本發(fā)明所述裝載機(jī)器人具有更強(qiáng)的承載能力和適應(yīng)性。動臂升降機(jī)構(gòu)通過引入多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)，大幅提高了該裝載機(jī)器人的承載能力，特別適用于制造中、大型工程施工機(jī)器人;該多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)具有較強(qiáng)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，滿足大、中、小型裝載機(jī)器人動力要求。
[0013]3、動臂升降機(jī)構(gòu)和鏟斗控制機(jī)構(gòu)通過采用平面并聯(lián)設(shè)計，不僅大幅提高了該裝載機(jī)器人的承載能力，而且大幅提升了裝載機(jī)器人的剛性。使該裝載機(jī)器人非常適用于制造重型裝載機(jī)器人。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明所述的一種多單元直線驅(qū)動平面兩活動度簡易裝載機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明所述的一種多單元直線驅(qū)動平面兩活動度簡易裝載機(jī)器人機(jī)架示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明所述的多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)示意圖之一。
[0017]圖4為本發(fā)明所述的多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)示意圖之二。
[0018]圖5為本發(fā)明所述的多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)曲軸示意圖。
[0019]圖6為本發(fā)明所述的動臂升降機(jī)構(gòu)示意圖。
[0020]圖7為本發(fā)明所述的鏟斗控制機(jī)構(gòu)示意圖。
[0021]圖8為本發(fā)明所述的一種多單元直線驅(qū)動平面兩活動度簡易裝載機(jī)器人平面視圖。
[0022]圖9為本發(fā)明所述的一種多單元直線驅(qū)動平面兩活動度簡易裝載機(jī)器人工作示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下通過附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0024]對照圖1，本發(fā)明所述的一種多單元直線驅(qū)動平面兩活動度簡易裝載機(jī)器人，包括多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)、動臂升降機(jī)構(gòu)、鏟斗控制機(jī)構(gòu)以及機(jī)架I。
[0025]對照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，所述多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括機(jī)架I，曲軸31，第一直線驅(qū)動器32和第二直線驅(qū)動器34，所述第一直線驅(qū)動器32—端通過第一轉(zhuǎn)動副33與機(jī)架I連接，另一端通過第二轉(zhuǎn)動副36與曲軸31連接，所述第二直線驅(qū)動器34—端通過第三轉(zhuǎn)動副28與機(jī)架I連接，另一端通過第四轉(zhuǎn)動副35與曲軸31連接，所述曲軸31通過第二十三轉(zhuǎn)動畐Ij 26、第二十四轉(zhuǎn)動副27與機(jī)架I連接。
[0026]所述第一直線驅(qū)動器32、第二直線驅(qū)動器34均為伺服電動缸，所述多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)在計算機(jī)系統(tǒng)的控制下，可以將多個直線驅(qū)動器的動力合成后通過第一曲軸31輸出，從而使該多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了由多臺小功率直線驅(qū)動器動力輸入，大功率、高扭矩動力輸出的目的，解決了傳統(tǒng)可控裝載機(jī)構(gòu)可控電機(jī)功率輸出小、驅(qū)動扭矩低等問題，通過該設(shè)計有效提高了該裝載機(jī)器人的承載能力，改善了動力性，另外，根據(jù)不同的動力需要，多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)可以方便選用四單元、六單元等不同數(shù)量的直線驅(qū)動器，具有較強(qiáng)的動力適應(yīng)性，可滿足大、中、小型裝載機(jī)器人動力要求。
[0027]對照圖1、圖2、圖6，所述動臂升降機(jī)構(gòu)包括動臂24，第一連桿15，第二連桿16，第三連桿37，第四連桿38，所述動臂24通過第五轉(zhuǎn)動副25，第六轉(zhuǎn)動副12與機(jī)架I連接，所述第三連桿37—端通過鍵或其它方式與曲軸31固定連接，另一端通過第七轉(zhuǎn)動副13與第二連桿16一端連接，所述第二連桿16另一端通過第八轉(zhuǎn)動副22與動臂24連接。所述第四連桿38—端通過鍵或其它方式與曲軸31固定連接，另一端通過第九轉(zhuǎn)動副14與第一連桿15—端連接，所述第一連桿15另一端通過第十轉(zhuǎn)動副18與動臂24連接。
[0028]對照圖1、圖2、圖7，所述鏟斗控制機(jī)構(gòu)包括第三直線驅(qū)動器3，第四直線驅(qū)動器10，第一拉桿4，第二拉桿9，第一搖臂2，第二搖臂11，鏟斗6。所述第一搖臂2通過第十一轉(zhuǎn)動副17與動臂24連接，所述第一拉桿4 一端通過第十二轉(zhuǎn)動副30與第一搖臂2連接，另一端通過第十三轉(zhuǎn)動副7與鏟斗6連接。所述第三直線驅(qū)動器3—端通過第十四轉(zhuǎn)動副19與動臂24連接，另一端通過第十五轉(zhuǎn)動副40與第一搖臂2連接。所述第二搖臂11通過第十六轉(zhuǎn)動副23與動臂24連接，所述第二拉桿9一端通過第十七轉(zhuǎn)動副29與第二搖臂11連接，另一端通過第十八轉(zhuǎn)動副8與鏟斗6連接。所述第四直線驅(qū)動器10—端通過第十九轉(zhuǎn)動副37與動臂24連接，另一端通過第二十轉(zhuǎn)動副39與第二搖臂11連接。所述鏟斗6通過第二十一轉(zhuǎn)動副5，第二十二轉(zhuǎn)動副20與動臂24連接。所述第三直線驅(qū)動器3、第四直線驅(qū)動器10均為伺服電動缸，在計算機(jī)編程控制下，實(shí)現(xiàn)鏟斗6的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動。
[0029]該種多單元直線驅(qū)動平面兩活動度簡易裝載機(jī)器人的動臂升降機(jī)構(gòu)和鏟斗控制機(jī)構(gòu)通過采用平面并聯(lián)設(shè)計，不僅大幅提高了該裝載機(jī)器人的承載能力，而且大幅提升了裝載機(jī)器人的剛性，使其具有較好的動力學(xué)性能。該裝載機(jī)器人動臂升降機(jī)構(gòu)由安裝在機(jī)架上的多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)提供動力，鏟斗控制機(jī)構(gòu)由安裝在動臂上的第三直線驅(qū)動器3、第四直線驅(qū)動器10進(jìn)行驅(qū)動，該裝載機(jī)器人的運(yùn)動作業(yè)由計算機(jī)編程控制，智能化程度高，操縱控制簡單。該裝載機(jī)器人采用全新的桿件設(shè)計，構(gòu)型簡單緊湊，多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)的引入，可以將多各小功率直線驅(qū)動器的動力合成后，通過曲軸實(shí)現(xiàn)大扭矩、高功率扭矩輸出，大幅提高了該機(jī)器人的承載能力，因此該發(fā)明提供的技術(shù)方案特別適用于設(shè)計制造中、大型裝載機(jī)器人。
【主權(quán)項】
1.一種多單元直線驅(qū)動平面兩活動度簡易裝載機(jī)器人，包括多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)、動臂升降機(jī)構(gòu)、鏟斗控制機(jī)構(gòu)以及機(jī)架，其特征在于: 所述多單元直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、曲軸、第一直線驅(qū)動器和第二直線驅(qū)動器，所述第一直線驅(qū)動器一端通過第一轉(zhuǎn)動副與機(jī)架連接，另一端通過第二轉(zhuǎn)動副與曲軸連接，所述第二直線驅(qū)動器一端通過第三轉(zhuǎn)動副與機(jī)架連接，另一端通過第四轉(zhuǎn)動副與曲軸連接，所述曲軸通過第二十三轉(zhuǎn)動副、第二十四轉(zhuǎn)動副與機(jī)架連接， 所述動臂升降機(jī)構(gòu)包括動臂，第一連桿，第二連桿，第三連桿，第四連桿，所述動臂通過第五轉(zhuǎn)動副，第六轉(zhuǎn)動副與機(jī)架連接，所述第三連桿一端與曲軸固定連接，另一端通過第七轉(zhuǎn)動副與第二連桿一端連接，所述第二連桿另一端通過第八轉(zhuǎn)動副與動臂連接，所述第四連桿一端與曲軸固定連接，另一端通過第九轉(zhuǎn)動副與第一連桿一端連接，所述第一連桿另一端通過第十轉(zhuǎn)動副與動臂連接， 所述鏟斗控制機(jī)構(gòu)包括第三直線驅(qū)動器，第四直線驅(qū)動器，第一拉桿，第二拉桿，第一搖臂，第二搖臂，鏟斗，所述第一搖臂通過第十一轉(zhuǎn)動副與動臂連接，所述第一拉桿一端通過第十二轉(zhuǎn)動副與第一搖臂連接，另一端通過第十三轉(zhuǎn)動副與鏟斗連接，所述第三直線驅(qū)動器一端通過第十四轉(zhuǎn)動副與動臂連接，另一端通過第十五轉(zhuǎn)動副與第一搖臂連接，所述第二搖臂通過第十六轉(zhuǎn)動副與動臂連接，所述第二拉桿一端通過第十七轉(zhuǎn)動副與第二搖臂連接，另一端通過第十八轉(zhuǎn)動副與鏟斗連接，所述第四直線驅(qū)動器一端通過第十九轉(zhuǎn)動副與動臂連接，另一端通過第二十轉(zhuǎn)動副與第二搖臂連接，所述鏟斗通過第二十一轉(zhuǎn)動副，第二十二轉(zhuǎn)動副與動臂連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多單元直線驅(qū)動平面兩活動度簡易裝載機(jī)器人，其特征在于:所述第一直線驅(qū)動器、第二直線驅(qū)動器、第三直線驅(qū)動器、第四直線驅(qū)動器均為伺服電動缸。
【文檔編號】E02F3/42GK106013290SQ201610463378
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】張 林, 王洋
【申請人】山東交通學(xué)院