一种多单元直线驱动三活动度装载机器人的制作方法
【专利摘要】一种多单元直线驱动三活动度装载机器人，包括多单元直线驱动机构、动臂升降机构、铲斗控制机构等。该装载机器人的执行机构采用全杆件设计，由可控电机驱动电传动系统提供动力，取消了现有液压装载机的液压传动系统，不仅传动效率高、能耗低，而且具有较好的可靠性能，该机器人的多单元直线驱动机构在计算机控制下，实现了多台小功率电机驱动，大功率、高扭矩的动力输出，满足了装载机器人高负载作业动力要求。该装载机器人不仅具有以往可控装载机构传动效率高、响应速度快、运动精度高、可控性好等特点，而且多单元直线驱动机构的引入使该装载机器人具有更好的承载性能，可用于制造大、中型装载机器人。
【专利说明】
一种多单元直线驱动三活动度装载机器人
技术领域
[0001 ]本发明涉及装载机领域，特别是一种多单元直线驱动三活动度装载机器人。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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，其中，承载能力差是制约可控装载机构工程应用的最突出的工程难题。由于现有可控装载机构动臂升降支链采用主动杆一连杆一动臂的构型设计形式，因主动杆由可控电传动系统驱动，受制于可控电机成本高、输出功率小、扭矩低等问题，造成现有可控装载机构动力性能差、负载能力弱等问题，难以满足装载机的动力要求，造成现有可控装载机构的构型设计形式仅适用于微小型装载机，严重影响了可控装载机构的工程应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于已有技术存在的问题提供一种多单元直线驱动三活动度装载机器人，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动力性能差、负载能力弱等工程问题，使该装载机器人具有较好的动力学性能及承载能力。
[0005]本发明通过以下技术方案来达到上述目的:本发明所述的一种多单元直线驱动三活动度装载机器人，包括多单元直线驱动机构、动臂升降机构、铲斗控制机构以及机架。
[0006]所述多单元直线驱动机构由第一直线驱动器、第二直线驱动器、曲轴组成，所述曲轴通过第一转动副、第二转动副与机架连接，所述第一直线驱动器一端通过第三转动副与机架连接，另一端通过第四转动副与曲轴连接，所述第二直线驱动器一端通过第五转动副与机架连接，另一端通过第六转动副与曲轴连接。所述第一直线驱动器、第二直线驱动器均为伺服电动缸。
[0007]所述多单元直线驱动机构在计算机系统的控制下，可以将多台小功率直线驱动器的动力合成后，通过曲轴实现大功率、高扭矩动力输出的目的，解决了传统可控装载机构可控电机成本高、功率小、驱动扭矩低等问题，提高了该装载机器人的承载能力。根据装载机器人的动力要求，所述曲轴可由两组及以上直线驱动器进行驱动，可以方便选用四单元、六单元等多种动力单元形式，保证了该多单元直线驱动机构的输出动力可满足大、中、小型各类装载机器人的动力需求。
[0008]所述动臂升降机构包括动臂、第一升降支链和第二升降支链，所述动臂通过第七转动副、第八转动副与机架连接，所述第一升降支链包括第一连杆、第二连杆，所述第一连杆一端通过键或者其它方式与曲轴固定连接，另一端通过第九转动副与第二连杆一端连接，所述第二连杆另一端通过第十转动副与动臂连接，所述第二升降支链包括第三连杆、第四连杆，所述第三连杆一端通过键或者其它方式与曲轴固定连接，另一端通过第十一转动副与第四连杆一端连接，所述第四连杆另一端通过第十二转动副与动臂连接。
[0009]当该装载机器人实际作业时，动臂升降机构由多单元直线驱动机构驱动，因为多单元直线驱动机构将多台小功率可控电机动力合成后通过曲轴为动臂升级机构提供动力，大幅提高了动臂升降机构的承载能力，满足了该装载机器人设计制造大、中型装载机器人的动力要求，相比现有液压式装载机的动力系统，具有较好的可靠性。
[0010]所述铲斗控制机构包括主动杆、拉杆、铲斗。所述主动杆一端通过第十三转动副与机架连接，另一端通过第十四转动副与拉杆一端连接，所述拉杆另一端通过第十五转动副与铲斗连接，所述铲斗通过第十六转动副、第十七转动副与动臂连接。所述主动杆由可控电机通过电传动系统进行驱动控制，铲斗在主动杆的带动下实现翻转运动。
[0011]所述一种多单元直线驱动三活动度装载机器人的铲斗输出运动由主动杆、第一直线驱动器、第二直线驱动器共同决定，在计算机系统的协调控制下，完成装载作业。该装载机器人不仅具有智能化程度高、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、承载能力以及带来的更好的可靠性，适用于制造大、中、小型各类装载机器人。
[0012]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，动臂升降机构通过采用平面并联设计，大幅提升了装载机器人的刚性。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，同时解决了可控装载机构电传动系统输出功率小、扭矩低等工程难题。
[0013]2、该装载机器人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，采用连杆传递动力，避免了液压系统传动效率低等问题，减少了液压元件的易发生故障、维护保养费用高等问题，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。
[0014]3、相比现有可控装载机构，本发明所述装载机器人具有更强的承载能力和适应性。多单元直线驱动机构的引入，大幅提高了该装载机器人的承载能力，特别适用于制造大、中型工程施工机器人;该多单元直线驱动机构具有较强的动力适应性，可根据不同的动力要求，选用四单元、六单元等不同数量的驱动支链驱动，满足各类装载机器人动力要求。
【附图说明】
[0015]图1为本发明所述的一种多单元直线驱动三活动度装载机器人示意图。
[0016]图2为本发明所述的一种多单元直线驱动三活动度装载机器人机架示意图。
[0017]图3为本发明所述的多单元直线驱动机构示意图之一。
[0018]图4为本发明所述的多单元直线驱动机构示意图之二。
[0019]图5为本发明所述的多单元直线驱动机构曲轴示意图。
[0020]图6为本发明所述的动臂升降机构示意图。
[0021 ]图7为本发明所述的铲斗控制机构示意图。
[0022]图8为本发明所述的一种多单元直线驱动三活动度装载机器人平面视图。
[0023]图9为本发明所述的一种多单元直线驱动三活动度装载机器人工作示意图。
【具体实施方式】
[0024]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。
[0025]对照图1，本发明所述的一种多单元直线驱动三活动度装载机器人，包括多单元直线驱动机构、动臂升降机构、铲斗控制机构以及机架I。
[0026]对照图1、图2、图3、图4、图5，所述多单元直线驱动机构由第一直线驱动器3、第二直线驱动器7、曲轴5组成，所述曲轴5通过第一转动副9、第二转动副10与机架I连接，所述第一直线驱动器3—端通过第三转动副2与机架I连接，另一端通过第四转动副4与曲轴5连接，所述第二直线驱动器7—端通过第五转动副8与机架I连接，另一端通过第六转动副6与曲轴5连接。所述第一直线驱动器3、第二直线驱动器7均为伺服电动缸。
[0027]所述多单元直线驱动机构在计算机系统的控制下，可以将多台小功率直线驱动器的动力合成后，通过曲轴5实现大功率、高扭矩动力输出的目的，解决了传统可控装载机构可控电机成本高、功率小、驱动扭矩低等问题，提高了该装载机器人的承载能力。根据装载机器人的动力要求，所述曲轴5可由两组及以上直线驱动器进行驱动，可以方便选用四单元、六单元等多种动力单元形式，保证了该多单元直线驱动机构的输出动力可满足大、中、小型各类装载机器人的动力需求。
[0028]对照图1、图2、图6，所述动臂升降机构包括动臂15、第一升降支链和第二升降支链，所述动臂15通过第七转动副22、第八转动副23与机架I连接，所述第一升降支链包括第一连杆11、第二连杆13，所述第一连杆11 一端通过键或者其它方式与曲轴5固定连接，另一端通过第九转动副12与第二连杆13—端连接，所述第二连杆13另一端通过第十转动副14与动臂15连接，所述第二升降支链包括第三连杆21、第四连杆19，所述第三连杆21 一端通过键或者其它方式与曲轴5固定连接，另一端通过第十一转动副20与第四连杆19 一端连接，所述第四连杆19另一端通过第十二转动副18与动臂15连接。
[0029]当该装载机器人实际作业时，动臂升降机构由多单元直线驱动机构驱动，因为多单元直线驱动机构将多台小功率可控电机动力合成后通过曲轴5为动臂升级机构提供动力，大幅提高了动臂升降机构的承载能力，满足了该装载机器人设计制造大、中型装载机器人的动力要求，相比现有液压式装载机的动力系统，具有较好的可靠性。
[0030]对照图1、图2、图7，所述铲斗控制机构包括主动杆25、拉杆27、铲斗29。所述主动杆25—端通过第十三转动副24与机架I连接，另一端通过第十四转动副26与拉杆27—端连接，所述拉杆27另一端通过第十五转动副28与铲斗29连接，所述铲斗29通过第十六转动副16、第十七转动副17与动臂15连接。所述主动杆25由可控电机通过电传动系统进行驱动控制，铲斗29在主动杆25的带动下实现翻转运动。
[0031]对照图1、图8、图9，所述一种多单元直线驱动三活动度装载机器人的铲斗29输出运动由主动杆25、第一直线驱动器3、第二直线驱动器7共同决定，在计算机系统的协调控制下，完成装载作业。该装载机器人不仅具有智能化程度高、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、承载能力以及带来的更好的可靠性，适用于制造大、中、小型各类装载机器人。
【主权项】
1.一种多单元直线驱动三活动度装载机器人，包括多单元直线驱动机构、动臂升降机构、铲斗控制机构以及机架，其特征在于: 所述多单元直线驱动机构由第一直线驱动器、第二直线驱动器、曲轴组成，所述曲轴通过第一转动副、第二转动副与机架连接，所述第一直线驱动器一端通过第三转动副与机架连接，另一端通过第四转动副与曲轴连接，所述第二直线驱动器一端通过第五转动副与机架连接，另一端通过第六转动副与曲轴连接， 所述动臂升降机构包括动臂、第一升降支链和第二升降支链，所述动臂通过第七转动副、第八转动副与机架连接，所述第一升降支链包括第一连杆、第二连杆，所述第一连杆一端与曲轴固定连接，另一端通过第九转动副与第二连杆一端连接，所述第二连杆另一端通过第十转动副与动臂连接，所述第二升降支链包括第三连杆、第四连杆，所述第三连杆一端与曲轴固定连接，另一端通过第十一转动副与第四连杆一端连接，所述第四连杆另一端通过第十二转动副与动臂连接， 所述铲斗控制机构包括主动杆、拉杆、铲斗，所述主动杆一端通过第十三转动副与机架连接，另一端通过第十四转动副与拉杆一端连接，所述拉杆另一端通过第十五转动副与铲斗连接，所述铲斗通过第十六转动副、第十七转动副与动臂连接。2.根据权利要求1，所述一种多单元直线驱动三活动度装载机器人，其特征在于:所述主动杆由可控电机进行驱动控制，所述第一直线驱动器、第二直线驱动器均为伺服电动缸。
【文档编号】B25J9/12GK105945935SQ201610463317
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】张 林, 鲁光阳
【申请人】山东交通学院