一种平面三活动度电液可控正铲装载机器人的制作方法

本发明涉及装载机领域，特别是一种平面三活动度电液可控正铲装载机器人。

背景技术：

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。

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。

技术实现要素：

本发明的目的在于已有技术存在的问题提供一种平面三活动度电液可控正铲装载机器人，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。

本发明通过以下技术方案来达到上述目的：本发明所述的一种平面三活动度电液可控正铲装载机器人，包括动臂升降机构、铲斗控制机构以及机架。

所述动臂升降机构包括动臂、第一主动杆、第二主动杆、第一缸体、第二缸体、第一活塞杆、第二活塞杆，所述第一主动杆一端通过第一转动副与机架连接，另一端通过第二转动副与第一缸体一端连接，所述第一缸体另一端通过第一移动副与第一活塞杆一端连接，所述第一活塞杆另一端通过第三转动副与动臂连接，所述第二主动杆一端通过第四转动副与机架连接，另一端通过第五转动副与第二缸体一端连接，所述第二缸体另一端通过第二移动副与第二活塞杆一端连接，所述第二活塞杆另一端通过第六转动副与动臂连接，所述动臂通过第七转动副、第八转动副与机架连接，所述第一主动杆、第二主动杆均有可控电机进行驱动控制。

在实际工程应用中，所述第一缸体、第一移动副、第一活塞杆可用一液压缸取代，所述第二缸体、第二移动副与第二活塞杆可用另一液压缸取代，在可控装载机器人作业过程中，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，第一缸体与第二缸体通过液压管线连接，实现两缸体并联，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。另外，液压元件的引入可以有效提高动臂升降机构的抗振能力，通过在动臂升降机构第一缸体或第二缸体中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。通过移动副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，第一移动副、第二移动副处于微调状态，可将由第一缸体、第一移动副、第一活塞杆构成的液压缸和由第二缸体、第二移动副与第二活塞杆构成的液压缸视为二力杆，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，安装在第一缸体或第二缸体上的泄压阀打开，动臂两升降支链中移动副处于激活状态，动臂升降支链中因引入移动副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。

所述铲斗控制机构包括第三主动杆、连杆、摇臂、拉杆、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连接，所述连杆通过第十一转动副与摇臂一端连接，所述摇臂另一端通过第十二转动副与动臂连接，所述拉杆一端通过第十三转动副与连杆连接，另一端通过第十四转动副与铲斗连接，所述铲斗通过第十五转动副、第十六转动副与动臂连接。所述第三主动杆由可控电机进行驱动控制，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。

所述一种平面三活动度电液可控正铲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。该平面三活动度电液可控正铲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。

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。

2、该装载机器人执行机构采用计算机编程控制的电传动系统进行驱动，不仅具有较高的智能化水平，实现了作业数控化，而且提高了传动效率，降低了能耗，并无尾气排放。在该机器人的设计中，液压缸主要用途并非像现有液压式工程机械，用来驱动工作装置做功，而是通过微小移动调节偏载，并作为连杆传递动力，因而避免了液压系统传动效率低等问题，减少了液压元件的磨损问题，相比液压式工程机械具有更长的使用寿命以及更高的可靠性。

3、相比现有可控装载机构，本发明所述装载机器人具有更好的动态性能和可靠性。液压缸等液压元件的引入不仅使该机器人具有了良好的抗振和缓冲性能，而且具有较好的过载保护功能。动臂升降机构通过缸体并联，实现了偏载作用下动臂两升降支链的受力平衡，改善了各构件受力不均的问题，提高了动臂的举升稳定性，延长了各构件的使用寿命，提高了装载机器人的可靠性。

相比现有可控装载机构，本发明所述装载机器人具有更多的过载保护手段，通过在动臂升降机构液压缸上引入泄压阀等附属装置，较易实现装载机器人的过载保护性能。

附图说明

图1为本发明所述的一种平面三活动度电液可控正铲装载机器人执行机构示意图。

图2为本发明所述的一种平面三活动度电液可控正铲装载机器人机架示意图。

图3为本发明所述的动臂升降机构示意图。

图4为本发明所述的铲斗控制机构示意图。

图5为本发明所述的一种平面三活动度电液可控正铲装载机器人平面视图。

图6为本发明所述的一种平面三活动度电液可控正铲装载机器人工作示意图。

具体实施方式

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。

对照图1，本发明所述的一种平面三活动度电液可控正铲装载机器人，包括动臂升降机构、铲斗控制机构以及机架1。

对照图1、图2、图3，所述动臂升降机构包括动臂2、第一主动杆8、第二主动杆24、第一缸体9、第二缸体10、第一活塞杆11、第二活塞杆19，所述第一主动杆8一端通过第一转动副13与机架1连接，另一端通过第二转动副14与第一缸体9一端连接，所述第一缸体9另一端通过第一移动副15与第一活塞杆11一端连接，所述第一活塞杆11另一端通过第三转动副31与动臂2连接，所述第二主动杆24一端通过第四转动副25与机架1连接，另一端通过第五转动副23与第二缸体10一端连接，所述第二缸体10另一端通过第二移动副20与第二活塞杆19一端连接，所述第二活塞杆19另一端通过第六转动副18与动臂2连接，所述动臂2通过第七转动副21、第八转动副22与机架1连接，所述第一主动杆8、第二主动杆24均有可控电机进行驱动控制。

在实际工程应用中，所述第一缸体9、第一移动副15、第一活塞杆11可用一液压缸取代，所述第二缸体10、第二移动副20与第二活塞杆19可用另一液压缸取代，在可控装载机器人作业过程中，所述第一主动杆8、第二主动杆24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，第一缸体9与第二缸体10通过液压管线连接，实现两缸体并联，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。另外，液压元件的引入可以有效提高动臂升降机构的抗振能力，通过在动臂升降机构第一缸体9或第二缸10体中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。通过移动副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，第一移动副15、第二移动副20处于微调状态，可将由第一缸体9、第一移动副15、第一活塞杆11构成的液压缸和由第二缸体10、第二移动副20与第二活塞杆19构成的液压缸视为二力杆，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，安装在第一缸体9或第二缸体10上的泄压阀打开，动臂两升降支链中移动副处于激活状态，动臂升降支链中因引入移动副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。

对照图1、图2、图4，所述铲斗控制机构包括第三主动杆7、连杆6、摇臂5、拉杆4、铲斗3，所述第三主动杆7一端通过第九转动副26与机架1连接，另一端通过第十转动副27与连杆6连接，所述连杆6通过第十一转动副28与摇臂5一端连接，所述摇臂5另一端通过第十二转动副16与动臂2连接，所述拉杆4一端通过第十三转动副29与连杆6连接，另一端通过第十四转动副30与铲斗3连接，所述铲斗3通过第十五转动副17、第十六转动副12与动臂2连接。所述第三主动杆7由可控电机进行驱动控制，铲斗控制机构在第三主动杆7的带动下实现铲斗3的翻转运动。

对照图1、图5、图6，所述一种平面三活动度电液可控正铲装载机器人的铲斗3输出运动由第一主动杆8、第二主动杆24、第三主动杆7共同决定，在计算机系统的协调控制下，完成装载作业。该平面三活动度电液可控正铲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。