一種多單元直線驅動三活動度裝載機器人的制作方法
【專利摘要】一種多單元直線驅動三活動度裝載機器人，包括多單元直線驅動機構、動臂升降機構、鏟斗控制機構等。該裝載機器人的執行機構采用全桿件設計，由可控電機驅動電傳動系統提供動力，取消了現有液壓裝載機的液壓傳動系統，不僅傳動效率高、能耗低，而且具有較好的可靠性能，該機器人的多單元直線驅動機構在計算機控制下，實現了多臺小功率電機驅動，大功率、高扭矩的動力輸出，滿足了裝載機器人高負載作業動力要求。該裝載機器人不僅具有以往可控裝載機構傳動效率高、響應速度快、運動精度高、可控性好等特點，而且多單元直線驅動機構的引入使該裝載機器人具有更好的承載性能，可用于制造大、中型裝載機器人。
【專利說明】
一種多單元直線驅動三活動度裝載機器人
技術領域
[0001 ]本發明涉及裝載機領域，特別是一種多單元直線驅動三活動度裝載機器人。
【背景技術】
[0002]裝載機是一種廣泛應用于農田、水利、能源、市政等施工領域，進行散裝物料裝卸的關鍵設備，對基礎設施建設起到了重要的作用，但是傳統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。可控機構是傳統機構與電子技術結合的產物，近年來開展的“數控一代”裝備創新工程，給傳統工程機械技術升級帶來了機遇，針對液壓式裝載機的缺點，將可控機構及機器人相關技術應用到裝載機工作裝置設計中，提出了一類可控機構式裝載機，該類可控裝載機構避免了液壓系統的使用，它由多自由度連桿機構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，可以輕易實現復雜柔性軌跡輸出，因此可控裝載機構屬于施工機器人范疇。相比液壓式裝載機，可控裝載機構具有智能化程度高、靈活度好、高傳動效率等優點，對于推動裝載機綠色化、智能化具有重要的意義。
[0003]但是，在對可控裝載機構進行工程應用研究的過程中，發現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構工程應用的最突出的工程難題。由于現有可控裝載機構動臂升降支鏈采用主動桿一連桿一動臂的構型設計形式，因主動桿由可控電傳動系統驅動，受制于可控電機成本高、輸出功率小、扭矩低等問題，造成現有可控裝載機構動力性能差、負載能力弱等問題，難以滿足裝載機的動力要求，造成現有可控裝載機構的構型設計形式僅適用于微小型裝載機，嚴重影響了可控裝載機構的工程應用。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于已有技術存在的問題提供一種多單元直線驅動三活動度裝載機器人，既具有現有可控裝載機構智能化程度高、靈活度好、傳動效率高等優點，同時解決現有可控裝載機構動力性能差、負載能力弱等工程問題，使該裝載機器人具有較好的動力學性能及承載能力。
[0005]本發明通過以下技術方案來達到上述目的:本發明所述的一種多單元直線驅動三活動度裝載機器人，包括多單元直線驅動機構、動臂升降機構、鏟斗控制機構以及機架。
[0006]所述多單元直線驅動機構由第一直線驅動器、第二直線驅動器、曲軸組成，所述曲軸通過第一轉動副、第二轉動副與機架連接，所述第一直線驅動器一端通過第三轉動副與機架連接，另一端通過第四轉動副與曲軸連接，所述第二直線驅動器一端通過第五轉動副與機架連接，另一端通過第六轉動副與曲軸連接。所述第一直線驅動器、第二直線驅動器均為伺服電動缸。
[0007]所述多單元直線驅動機構在計算機系統的控制下，可以將多臺小功率直線驅動器的動力合成后，通過曲軸實現大功率、高扭矩動力輸出的目的，解決了傳統可控裝載機構可控電機成本高、功率小、驅動扭矩低等問題，提高了該裝載機器人的承載能力。根據裝載機器人的動力要求，所述曲軸可由兩組及以上直線驅動器進行驅動，可以方便選用四單元、六單元等多種動力單元形式，保證了該多單元直線驅動機構的輸出動力可滿足大、中、小型各類裝載機器人的動力需求。
[0008]所述動臂升降機構包括動臂、第一升降支鏈和第二升降支鏈，所述動臂通過第七轉動副、第八轉動副與機架連接，所述第一升降支鏈包括第一連桿、第二連桿，所述第一連桿一端通過鍵或者其它方式與曲軸固定連接，另一端通過第九轉動副與第二連桿一端連接，所述第二連桿另一端通過第十轉動副與動臂連接，所述第二升降支鏈包括第三連桿、第四連桿，所述第三連桿一端通過鍵或者其它方式與曲軸固定連接，另一端通過第十一轉動副與第四連桿一端連接，所述第四連桿另一端通過第十二轉動副與動臂連接。
[0009]當該裝載機器人實際作業時，動臂升降機構由多單元直線驅動機構驅動，因為多單元直線驅動機構將多臺小功率可控電機動力合成后通過曲軸為動臂升級機構提供動力，大幅提高了動臂升降機構的承載能力，滿足了該裝載機器人設計制造大、中型裝載機器人的動力要求，相比現有液壓式裝載機的動力系統，具有較好的可靠性。
[0010]所述鏟斗控制機構包括主動桿、拉桿、鏟斗。所述主動桿一端通過第十三轉動副與機架連接，另一端通過第十四轉動副與拉桿一端連接，所述拉桿另一端通過第十五轉動副與鏟斗連接，所述鏟斗通過第十六轉動副、第十七轉動副與動臂連接。所述主動桿由可控電機通過電傳動系統進行驅動控制，鏟斗在主動桿的帶動下實現翻轉運動。
[0011]所述一種多單元直線驅動三活動度裝載機器人的鏟斗輸出運動由主動桿、第一直線驅動器、第二直線驅動器共同決定，在計算機系統的協調控制下，完成裝載作業。該裝載機器人不僅具有智能化程度高、能耗低、維護保養簡單等特點，而且相比現有可控裝載機構，具有更好的動力學性能、承載能力以及帶來的更好的可靠性，適用于制造大、中、小型各類裝載機器人。
[0012]本發明突出優點在于:
1、該裝載機器人采用全新的構型設計，在滿足裝載作業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，動臂升降機構通過采用平面并聯設計，大幅提升了裝載機器人的剛性。該裝載機器人既具有可控機構式裝載機能耗低、傳動效率高、智能化程度高、可靠性好等特點，同時解決了可控裝載機構電傳動系統輸出功率小、扭矩低等工程難題。
[0013]2、該裝載機器人采用計算機編程控制的電傳動系統進行驅動，不僅具有較高的智能化水平，實現了作業數控化，而且提高了傳動效率，降低了能耗，并無尾氣排放。在該機器人的設計中，采用連桿傳遞動力，避免了液壓系統傳動效率低等問題，減少了液壓元件的易發生故障、維護保養費用高等問題，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。
[0014]3、相比現有可控裝載機構，本發明所述裝載機器人具有更強的承載能力和適應性。多單元直線驅動機構的引入，大幅提高了該裝載機器人的承載能力，特別適用于制造大、中型工程施工機器人;該多單元直線驅動機構具有較強的動力適應性，可根據不同的動力要求，選用四單元、六單元等不同數量的驅動支鏈驅動，滿足各類裝載機器人動力要求。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明所述的一種多單元直線驅動三活動度裝載機器人示意圖。
[0016]圖2為本發明所述的一種多單元直線驅動三活動度裝載機器人機架示意圖。
[0017]圖3為本發明所述的多單元直線驅動機構示意圖之一。
[0018]圖4為本發明所述的多單元直線驅動機構示意圖之二。
[0019]圖5為本發明所述的多單元直線驅動機構曲軸示意圖。
[0020]圖6為本發明所述的動臂升降機構示意圖。
[0021 ]圖7為本發明所述的鏟斗控制機構示意圖。
[0022]圖8為本發明所述的一種多單元直線驅動三活動度裝載機器人平面視圖。
[0023]圖9為本發明所述的一種多單元直線驅動三活動度裝載機器人工作示意圖。
【具體實施方式】
[0024]以下通過附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步說明。
[0025]對照圖1，本發明所述的一種多單元直線驅動三活動度裝載機器人，包括多單元直線驅動機構、動臂升降機構、鏟斗控制機構以及機架I。
[0026]對照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，所述多單元直線驅動機構由第一直線驅動器3、第二直線驅動器7、曲軸5組成，所述曲軸5通過第一轉動副9、第二轉動副10與機架I連接，所述第一直線驅動器3—端通過第三轉動副2與機架I連接，另一端通過第四轉動副4與曲軸5連接，所述第二直線驅動器7—端通過第五轉動副8與機架I連接，另一端通過第六轉動副6與曲軸5連接。所述第一直線驅動器3、第二直線驅動器7均為伺服電動缸。
[0027]所述多單元直線驅動機構在計算機系統的控制下，可以將多臺小功率直線驅動器的動力合成后，通過曲軸5實現大功率、高扭矩動力輸出的目的，解決了傳統可控裝載機構可控電機成本高、功率小、驅動扭矩低等問題，提高了該裝載機器人的承載能力。根據裝載機器人的動力要求，所述曲軸5可由兩組及以上直線驅動器進行驅動，可以方便選用四單元、六單元等多種動力單元形式，保證了該多單元直線驅動機構的輸出動力可滿足大、中、小型各類裝載機器人的動力需求。
[0028]對照圖1、圖2、圖6，所述動臂升降機構包括動臂15、第一升降支鏈和第二升降支鏈，所述動臂15通過第七轉動副22、第八轉動副23與機架I連接，所述第一升降支鏈包括第一連桿11、第二連桿13，所述第一連桿11 一端通過鍵或者其它方式與曲軸5固定連接，另一端通過第九轉動副12與第二連桿13—端連接，所述第二連桿13另一端通過第十轉動副14與動臂15連接，所述第二升降支鏈包括第三連桿21、第四連桿19，所述第三連桿21 一端通過鍵或者其它方式與曲軸5固定連接，另一端通過第十一轉動副20與第四連桿19 一端連接，所述第四連桿19另一端通過第十二轉動副18與動臂15連接。
[0029]當該裝載機器人實際作業時，動臂升降機構由多單元直線驅動機構驅動，因為多單元直線驅動機構將多臺小功率可控電機動力合成后通過曲軸5為動臂升級機構提供動力，大幅提高了動臂升降機構的承載能力，滿足了該裝載機器人設計制造大、中型裝載機器人的動力要求，相比現有液壓式裝載機的動力系統，具有較好的可靠性。
[0030]對照圖1、圖2、圖7，所述鏟斗控制機構包括主動桿25、拉桿27、鏟斗29。所述主動桿25—端通過第十三轉動副24與機架I連接，另一端通過第十四轉動副26與拉桿27—端連接，所述拉桿27另一端通過第十五轉動副28與鏟斗29連接，所述鏟斗29通過第十六轉動副16、第十七轉動副17與動臂15連接。所述主動桿25由可控電機通過電傳動系統進行驅動控制，鏟斗29在主動桿25的帶動下實現翻轉運動。
[0031]對照圖1、圖8、圖9，所述一種多單元直線驅動三活動度裝載機器人的鏟斗29輸出運動由主動桿25、第一直線驅動器3、第二直線驅動器7共同決定，在計算機系統的協調控制下，完成裝載作業。該裝載機器人不僅具有智能化程度高、能耗低、維護保養簡單等特點，而且相比現有可控裝載機構，具有更好的動力學性能、承載能力以及帶來的更好的可靠性，適用于制造大、中、小型各類裝載機器人。
【主權項】
1.一種多單元直線驅動三活動度裝載機器人，包括多單元直線驅動機構、動臂升降機構、鏟斗控制機構以及機架，其特征在于: 所述多單元直線驅動機構由第一直線驅動器、第二直線驅動器、曲軸組成，所述曲軸通過第一轉動副、第二轉動副與機架連接，所述第一直線驅動器一端通過第三轉動副與機架連接，另一端通過第四轉動副與曲軸連接，所述第二直線驅動器一端通過第五轉動副與機架連接，另一端通過第六轉動副與曲軸連接， 所述動臂升降機構包括動臂、第一升降支鏈和第二升降支鏈，所述動臂通過第七轉動副、第八轉動副與機架連接，所述第一升降支鏈包括第一連桿、第二連桿，所述第一連桿一端與曲軸固定連接，另一端通過第九轉動副與第二連桿一端連接，所述第二連桿另一端通過第十轉動副與動臂連接，所述第二升降支鏈包括第三連桿、第四連桿，所述第三連桿一端與曲軸固定連接，另一端通過第十一轉動副與第四連桿一端連接，所述第四連桿另一端通過第十二轉動副與動臂連接， 所述鏟斗控制機構包括主動桿、拉桿、鏟斗，所述主動桿一端通過第十三轉動副與機架連接，另一端通過第十四轉動副與拉桿一端連接，所述拉桿另一端通過第十五轉動副與鏟斗連接，所述鏟斗通過第十六轉動副、第十七轉動副與動臂連接。2.根據權利要求1，所述一種多單元直線驅動三活動度裝載機器人，其特征在于:所述主動桿由可控電機進行驅動控制，所述第一直線驅動器、第二直線驅動器均為伺服電動缸。
【文檔編號】B25J9/12GK105945935SQ201610463317
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】張 林, 魯光陽
【申請人】山東交通學院