本發(fā)明涉及裝載機領(lǐng)域，特別是一種平面三活動度電液可控正鏟裝載機器人。

背景技術(shù)：

裝載機是一種廣泛應用于農(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。

但是，在對可控裝載機構(gòu)進行工程應用研究的過程中，發(fā)現(xiàn)了一系列未曾涉及的工程問題。一方面，現(xiàn)有可控裝載機構(gòu)各構(gòu)件之間一般采用轉(zhuǎn)動副鏈接，相比含移動副的液壓式裝載機工作裝置，缺少有效的抗振能力和過載保護手段，在實際作業(yè)過程中，很容易造成結(jié)構(gòu)件的剛性破壞或變形；另一方面，現(xiàn)有可控裝載機構(gòu)為平面并聯(lián)機構(gòu)，兩主動桿在同時抬升動臂時，由于制造、加工、裝配等誤差，特別是在裝載機偏載的情形下，造成動臂兩并聯(lián)驅(qū)動支鏈受力不均，影響了舉升穩(wěn)定性，很容易造成部分構(gòu)件的過載損毀，影響可控裝載機構(gòu)的使用壽命。上述原因嚴重影響了可控裝載機構(gòu)的工程應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于已有技術(shù)存在的問題提供一種平面三活動度電液可控正鏟裝載機器人，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)缺少抗振能力、動臂升降機構(gòu)穩(wěn)定性差、缺乏有效的過載保護等工程問題，使該裝載機器人既具有較好的動力學性能及承載穩(wěn)定性，同時具有較強的抗振能力和過載保護性能。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來達到上述目的：本發(fā)明所述的一種平面三活動度電液可控正鏟裝載機器人，包括動臂升降機構(gòu)、鏟斗控制機構(gòu)以及機架。

所述動臂升降機構(gòu)包括動臂、第一主動桿、第二主動桿、第一缸體、第二缸體、第一活塞桿、第二活塞桿，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)動副與第一缸體一端連接，所述第一缸體另一端通過第一移動副與第一活塞桿一端連接，所述第一活塞桿另一端通過第三轉(zhuǎn)動副與動臂連接，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)動副與第二缸體一端連接，所述第二缸體另一端通過第二移動副與第二活塞桿一端連接，所述第二活塞桿另一端通過第六轉(zhuǎn)動副與動臂連接，所述動臂通過第七轉(zhuǎn)動副、第八轉(zhuǎn)動副與機架連接，所述第一主動桿、第二主動桿均有可控電機進行驅(qū)動控制。

在實際工程應用中，所述第一缸體、第一移動副、第一活塞桿可用一液壓缸取代，所述第二缸體、第二移動副與第二活塞桿可用另一液壓缸取代，在可控裝載機器人作業(yè)過程中，所述第一主動桿、第二主動桿由可控電機驅(qū)動控制，為動臂升降機構(gòu)提供動力。由于動臂升降機構(gòu)為平面并聯(lián)機構(gòu)，第一缸體與第二缸體通過液壓管線連接，實現(xiàn)兩缸體并聯(lián)，根據(jù)帕斯卡原理，兩缸體內(nèi)液體壓力相同，可以有效改善動臂兩升降支鏈受力不均的問題，提高動臂舉升穩(wěn)定性，延長動臂升降機構(gòu)各構(gòu)件的使用壽命。另外，液壓元件的引入可以有效提高動臂升降機構(gòu)的抗振能力，通過在動臂升降機構(gòu)第一缸體或第二缸體中引入泄壓閥等附屬裝置，可以輕易實現(xiàn)動臂升降機構(gòu)的過載保護功能。通過移動副的引入使該裝載機器人動臂升降支鏈多了一個額外活動度，當動臂兩升降支鏈承受的載荷在許用范圍內(nèi)時，第一移動副、第二移動副處于微調(diào)狀態(tài)，可將由第一缸體、第一移動副、第一活塞桿構(gòu)成的液壓缸和由第二缸體、第二移動副與第二活塞桿構(gòu)成的液壓缸視為二力桿，主要起傳遞動力的作用，此時動臂升降支鏈中因引入移動副而多出的活動度可視為失效狀態(tài)，當動臂兩升降支鏈承受的載荷超過許用載荷時，安裝在第一缸體或第二缸體上的泄壓閥打開，動臂兩升降支鏈中移動副處于激活狀態(tài)，動臂升降支鏈中因引入移動副而多出的活動度生效，通過泄壓閥實現(xiàn)動臂升降機構(gòu)兩升降運動鏈的過載保護功能。

所述鏟斗控制機構(gòu)包括第三主動桿、連桿、搖臂、拉桿、鏟斗，所述第三主動桿一端通過第九轉(zhuǎn)動副與機架連接，另一端通過第十轉(zhuǎn)動副與連桿連接，所述連桿通過第十一轉(zhuǎn)動副與搖臂一端連接，所述搖臂另一端通過第十二轉(zhuǎn)動副與動臂連接，所述拉桿一端通過第十三轉(zhuǎn)動副與連桿連接，另一端通過第十四轉(zhuǎn)動副與鏟斗連接，所述鏟斗通過第十五轉(zhuǎn)動副、第十六轉(zhuǎn)動副與動臂連接。所述第三主動桿由可控電機進行驅(qū)動控制，鏟斗控制機構(gòu)在第三主動桿的帶動下實現(xiàn)鏟斗的翻轉(zhuǎn)運動。

所述一種平面三活動度電液可控正鏟裝載機器人的鏟斗輸出運動由第一主動桿、第二主動桿、第三主動桿共同決定，在計算機系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下，完成裝載作業(yè)。該平面三活動度電液可控正鏟裝載機器人不僅具有智能化程度高、低噪音、無尾氣排放、能耗低、維護保養(yǎng)簡單等特點，而且相比現(xiàn)有可控裝載機構(gòu)具有更好的動力學性能、承載穩(wěn)定性、抗振能力以及更長的使用壽命，并且較易實現(xiàn)過載保護功能，大幅提高了該裝載機器人的可靠性及實用性，使其能夠滿足施工環(huán)境比較惡劣的場合作業(yè), 適用于制造大、中、小型裝載機器人。

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，具有較好的運動學和動力學性能。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，同時具備液壓式裝載機工作裝置抗沖擊性能好、過載保護性能強、舉升穩(wěn)定性好等特點。

2、該裝載機器人執(zhí)行機構(gòu)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，液壓缸主要用途并非像現(xiàn)有液壓式工程機械，用來驅(qū)動工作裝置做功，而是通過微小移動調(diào)節(jié)偏載，并作為連桿傳遞動力，因而避免了液壓系統(tǒng)傳動效率低等問題，減少了液壓元件的磨損問題，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。

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好的動態(tài)性能和可靠性。液壓缸等液壓元件的引入不僅使該機器人具有了良好的抗振和緩沖性能，而且具有較好的過載保護功能。動臂升降機構(gòu)通過缸體并聯(lián)，實現(xiàn)了偏載作用下動臂兩升降支鏈的受力平衡，改善了各構(gòu)件受力不均的問題，提高了動臂的舉升穩(wěn)定性，延長了各構(gòu)件的使用壽命，提高了裝載機器人的可靠性。

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多的過載保護手段，通過在動臂升降機構(gòu)液壓缸上引入泄壓閥等附屬裝置，較易實現(xiàn)裝載機器人的過載保護性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的一種平面三活動度電液可控正鏟裝載機器人執(zhí)行機構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的一種平面三活動度電液可控正鏟裝載機器人機架示意圖。

圖3為本發(fā)明所述的動臂升降機構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明所述的鏟斗控制機構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明所述的一種平面三活動度電液可控正鏟裝載機器人平面視圖。

圖6為本發(fā)明所述的一種平面三活動度電液可控正鏟裝載機器人工作示意圖。

具體實施方式

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。

對照圖1，本發(fā)明所述的一種平面三活動度電液可控正鏟裝載機器人，包括動臂升降機構(gòu)、鏟斗控制機構(gòu)以及機架1。

對照圖1、圖2、圖3，所述動臂升降機構(gòu)包括動臂2、第一主動桿8、第二主動桿24、第一缸體9、第二缸體10、第一活塞桿11、第二活塞桿19，所述第一主動桿8一端通過第一轉(zhuǎn)動副13與機架1連接，另一端通過第二轉(zhuǎn)動副14與第一缸體9一端連接，所述第一缸體9另一端通過第一移動副15與第一活塞桿11一端連接，所述第一活塞桿11另一端通過第三轉(zhuǎn)動副31與動臂2連接，所述第二主動桿24一端通過第四轉(zhuǎn)動副25與機架1連接，另一端通過第五轉(zhuǎn)動副23與第二缸體10一端連接，所述第二缸體10另一端通過第二移動副20與第二活塞桿19一端連接，所述第二活塞桿19另一端通過第六轉(zhuǎn)動副18與動臂2連接，所述動臂2通過第七轉(zhuǎn)動副21、第八轉(zhuǎn)動副22與機架1連接，所述第一主動桿8、第二主動桿24均有可控電機進行驅(qū)動控制。

在實際工程應用中，所述第一缸體9、第一移動副15、第一活塞桿11可用一液壓缸取代，所述第二缸體10、第二移動副20與第二活塞桿19可用另一液壓缸取代，在可控裝載機器人作業(yè)過程中，所述第一主動桿8、第二主動桿24由可控電機驅(qū)動控制，為動臂升降機構(gòu)提供動力。由于動臂升降機構(gòu)為平面并聯(lián)機構(gòu)，第一缸體9與第二缸體10通過液壓管線連接，實現(xiàn)兩缸體并聯(lián)，根據(jù)帕斯卡原理，兩缸體內(nèi)液體壓力相同，可以有效改善動臂兩升降支鏈受力不均的問題，提高動臂舉升穩(wěn)定性，延長動臂升降機構(gòu)各構(gòu)件的使用壽命。另外，液壓元件的引入可以有效提高動臂升降機構(gòu)的抗振能力，通過在動臂升降機構(gòu)第一缸體9或第二缸10體中引入泄壓閥等附屬裝置，可以輕易實現(xiàn)動臂升降機構(gòu)的過載保護功能。通過移動副的引入使該裝載機器人動臂升降支鏈多了一個額外活動度，當動臂兩升降支鏈承受的載荷在許用范圍內(nèi)時，第一移動副15、第二移動副20處于微調(diào)狀態(tài)，可將由第一缸體9、第一移動副15、第一活塞桿11構(gòu)成的液壓缸和由第二缸體10、第二移動副20與第二活塞桿19構(gòu)成的液壓缸視為二力桿，主要起傳遞動力的作用，此時動臂升降支鏈中因引入移動副而多出的活動度可視為失效狀態(tài)，當動臂兩升降支鏈承受的載荷超過許用載荷時，安裝在第一缸體9或第二缸體10上的泄壓閥打開，動臂兩升降支鏈中移動副處于激活狀態(tài)，動臂升降支鏈中因引入移動副而多出的活動度生效，通過泄壓閥實現(xiàn)動臂升降機構(gòu)兩升降運動鏈的過載保護功能。

對照圖1、圖2、圖4，所述鏟斗控制機構(gòu)包括第三主動桿7、連桿6、搖臂5、拉桿4、鏟斗3，所述第三主動桿7一端通過第九轉(zhuǎn)動副26與機架1連接，另一端通過第十轉(zhuǎn)動副27與連桿6連接，所述連桿6通過第十一轉(zhuǎn)動副28與搖臂5一端連接，所述搖臂5另一端通過第十二轉(zhuǎn)動副16與動臂2連接，所述拉桿4一端通過第十三轉(zhuǎn)動副29與連桿6連接，另一端通過第十四轉(zhuǎn)動副30與鏟斗3連接，所述鏟斗3通過第十五轉(zhuǎn)動副17、第十六轉(zhuǎn)動副12與動臂2連接。所述第三主動桿7由可控電機進行驅(qū)動控制，鏟斗控制機構(gòu)在第三主動桿7的帶動下實現(xiàn)鏟斗3的翻轉(zhuǎn)運動。

對照圖1、圖5、圖6，所述一種平面三活動度電液可控正鏟裝載機器人的鏟斗3輸出運動由第一主動桿8、第二主動桿24、第三主動桿7共同決定，在計算機系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下，完成裝載作業(yè)。該平面三活動度電液可控正鏟裝載機器人不僅具有智能化程度高、低噪音、無尾氣排放、能耗低、維護保養(yǎng)簡單等特點，而且相比現(xiàn)有可控裝載機構(gòu)具有更好的動力學性能、承載穩(wěn)定性、抗振能力以及更長的使用壽命，并且較易實現(xiàn)過載保護功能，大幅提高了該裝載機器人的可靠性及實用性，使其能夠滿足施工環(huán)境比較惡劣的場合作業(yè), 適用于制造大、中、小型裝載機器人。