一种数控机构式三自由度曲臂式举升机器人的制作方法

本发明涉及曲臂式举升机领域，特别是一种数控机构式三自由度曲臂式举升机器人。

背景技术：

曲臂式举升机相比剪叉式升降台,不仅可以实现竖直举升作业，也可跨越障碍进行高空作业，不仅作业更灵活，而且具有更大的工作空间，广泛用于市政建设维护、路灯维修、园林修剪、电路检修、高速公路维护、厂房维护、工业安装、物业管理、航空器维护以及仓库、港口、机场、车站、体育场、展览馆等许多行业和场所，是一种通过工作台往特定高度和位置输送人或货物的高空作业设备。

现有曲臂式举升机无论车载式还是固定式，均采用液压系统驱动，虽然采用液压系统的曲臂式举升机已获得了普遍应用，但在使用过程中也存在诸多问题，首先，液压驱动曲臂式举升机可靠性差、维护保养成本高，液压系统中液压元件精度高，不仅对维护保养依赖度高，而且对维护技术要求高，保养不彻底易发生液压油受污染，工作过程中易发生油液过热现象，油封损坏易混入空气，液压缸和管道连接部位容易松动，发生油液泄露，不仅大幅提高了维护保养成本，而且影响了工作效率；其次，现有液压驱动曲臂式举升机多采用柴油机作为动力，通过机械操纵装置或者简单控制系统进行控制，存在着智能化程度低、动态响应差等问题，特别是液压系统的采用使很难实现工作台位姿、移动速度的高精度控制，很难适应航空器维护等现代化高空作业对升降设备高精度、高柔性化的要求；再次，现有液压驱动曲臂式举升机的液压系统能耗高，机械效率低，不利于日益严苛的环保要求，同时液压系统因受液压油温的影响，导致操纵时工作台响应速度差，传动动作迟缓和回油阀易发生卡死等问题，大幅降低了液压驱动曲臂式举升机的作业效率；最后，现有液压驱动曲臂式举升机因结构设计问题，很难实现机构的快速组装和拆卸，不仅影响超大型液压式车载举升机快速转场，而且因为液压管线等影响很难实现底盘的快速更换，现有液压驱动曲臂式举升机基本不具备快速可重构能力。

随着计算机技术、控制技术、机器人技术等发展，为液压驱动曲臂式举升机的绿色化、智能化、精密化提供了技术基础，将平面两自由度数控举升机构应用于举升机领域提出的数控机构式两自由度曲臂式举升机器人虽然具有智能化程度高、动态反应快、能耗低、作业精度高等诸优点，但由于受所采用的数控举升机构自由度小的影响，高空作业避障能力相对较弱。

如何提出一种曲臂式举升机器人，使其在具有可靠性高、维护保养成本低、智能化程度高、动态响应快、作业精度高等特点的前提下，使其举升机构能实现平面内三自由度运动，相比两自由度数控举升机构，既能实现大距离竖直和水平移动作业，又具有较强的避障能力，能更好得满足环境复杂的高空作业要求，并能实现快速组装和拆卸，已成为曲臂式举升机领域一个亟需解决的工程问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种数控机构式三自由度曲臂式举升机器人，使其在具有可靠性高、维护保养成本低、智能化程度高、动态响应快、作业精度高等特点的前提下，使其举升机构能实现平面内三自由度运动，既能实现大距离竖直和水平移动作业，又具有较强的避障能力，能更好得满足环境复杂的高空作业要求，并能实现快速组装和拆卸。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

一种数控机构式三自由度曲臂式举升机器人，包含机架1、数控举升机构，

所述数控举升机构为平面三自由度连杆机构，包括大臂举升机构、中臂摆动支链、小臂摆动支链、平动维持支链、工作台。

所述大臂举升机构为平面四杆机构，包含第一主动杆、第一连杆、大臂，所述第一主动杆一端通过转动副与机架连接，另一端通过转动副与第一连杆一端连接，第一连杆另一端通过转动副与大臂连接，所述大臂通过转动副与机架连接。

所述中臂摆动支链包含第二主动杆、第二连杆、中臂，所述第二主动杆一端通过转动副与机架连接，另一端通过转动副与第二连杆一端连接，所述第二连杆另一端通过转动副与中臂连接，所述中臂通过转动副与大臂连接。

所述小臂摆动支链包含小臂、直线驱动器，所述小臂通过转动副与中臂连接，所述直线驱动器一端通过转动副与中臂连接，另一端通过转动副与小臂连接。

所述工作台通过转动副与小臂连接。

所述平动维持支链包含第三连杆、第一摇臂、第四连杆、第二摇臂、第五连杆，所述第三连杆一端通过转动副与机架连接，另一端通过转动副与第一摇臂连接，所述第一摇臂通过转动副与大臂连接，所述第四连杆一端通过转动副与第一摇臂连接，另一端通过转动副与第二摇臂连接，所述第二摇臂通过转动副与中臂连接，所述第五连杆一端通过转动副与第二摇臂连接，另一端通过转动副与工作台连接。

所述机架安装在车架上，所述数控举升机构所含的第一主动杆、第二主动杆均由伺服电机系统驱动控制，所述直线驱动器为伺服电动缸。

与现有技术相比，本发明突出优点在于：

1.本发明所述的数控机构式三自由度曲臂式举升机器人，其数控举升机构采用平面三自由度连杆机构，相比两自由度数控举升机构具有较强的灵活度，三自由度数控举升机构的采用不仅大幅提高了工作台可达工作空间，而且极大的提高了曲臂式举升机器人的作业灵活性和避障能力，能更好的满足环境复杂的高空作业要求。

2. 本发明所述的数控机构式三自由度曲臂式举升机器人，其数控举升机构各主要杆件之间均采用转动副连接，相比现有技术采用的含移动副的液压传动连杆机构，具有可靠性高、成本低，不易出现故障等优势，因为数控举升机构采用纯机械连接，结构简单、可快速拆装和装配，重构能力强，使该种数控机构式三自由度曲臂式举升机器人特别适合远距离长途搬运。

3.本发明所述的数控机构式三自由度曲臂式举升机器人相比液压驱动的现有曲臂式举升机器人，具有机械效率高、能耗低、运动精度高等特点。所述数控举升机构中各构件采用转动副连接，相比采用液压缸的连杆机构，具有关节误差小，运动精度高等特点；因为采用伺服电机系统驱动和连杆传动系统取代了液压驱动系统和液压传动系统，有效克服了液压驱动系统可靠性差、能耗高、易产生漏油故障等问题，具有可靠性高、机械效率高、动态响应快、能耗低、使用维护成本低等优点。

4.本发明所述的数控机构式三自由度曲臂式举升机器人通过对伺服电机系统进行编程实现工作台三自由度柔性可控、高精度运动，相比采用机械操作装置和简易自动化控制的现有曲臂式举升机器人，智能化程度高、操纵强度低，在较为苛刻的高空作业环境下，该种数控机构式三自由度曲臂式举升机器人可以很轻易通过远程遥控以及轨迹再现进行复杂运动轨迹的操作，相比两自由度曲臂式机器人，可以完成更为复杂的高空环境作业，避免人工操纵失误引起的作业事故。

附图说明

图1为本发明所述数控机构式三自由度曲臂式举升机器人平面示意图。

图2为本发明所述数控机构式三自由度曲臂式举升机器人大臂举升机构示意图。

图3为本发明所述数控机构式三自由度曲臂式举升机器人中臂摆动支链示意图。

图4为本发明所述数控机构式三自由度曲臂式举升机器人小臂摆动支链示意图。

图5为本发明所述数控机构式三自由度曲臂式举升机器人平动维持支链示意图。

图6为本发明所述数控机构式三自由度曲臂式举升机器人机架示意图。

图7为本发明所述数控机构式三自由度曲臂式举升机器人三维示意图。

图8为本发明所述数控机构式三自由度曲臂式举升机器人高空作业示意图之一。

图9为本发明所述数控机构式三自由度曲臂式举升机器人高空作业示意图之二。

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、图6、图7，一种数控机构式三自由度曲臂式举升机器人，包含机架1、数控举升机构。

对照图1、图2、图3、图4、图5，所述数控举升机构为平面三自由度连杆机构，包括大臂举升机构、中臂摆动支链、小臂摆动支链、平动维持支链、工作台32。

对照图1、图2，所述大臂举升机构为平面四杆机构，包含第一主动杆3、第一连杆5、大臂7，所述第一主动杆3一端通过转动副2与机架1连接，另一端通过转动副4与第一连杆5一端连接，第一连杆5另一端通过转动副6与大臂7连接，所述大臂7通过转动副8与机架1连接。

对照图1、图3，所述中臂摆动支链包含第二主动杆10、第二连杆12、中臂15，所述第二主动杆10一端通过转动副8与机架1连接，另一端通过转动副11与第二连杆12一端连接，所述第二连杆12另一端通过转动副13与中臂15连接，所述中臂15通过转动副9与大臂7连接。

对照图1、图4，所述小臂摆动支链包含小臂33、直线驱动器31，所述小臂33通过转动副17与中臂15连接，所述直线驱动器31一端通过转动副16与中臂15连接，另一端通过转动副29与小臂33连接。

对照图1、图4，所述工作台32通过转动副30与小臂33连接。

对照图1、图5，所述平动维持支链包含第三连杆19、第一摇臂21、第四连杆23、第二摇臂25、第五连杆27，所述第三连杆19一端通过转动副18与机架1连接，另一端通过转动副20与第一摇臂21连接，所述第一摇臂21通过转动副9与大臂7连接，所述第四连杆23一端通过转动副22与第一摇臂21连接，另一端通过转动副24与第二摇臂25连接，所述第二摇臂25通过转动副17与中臂15连接，所述第五连杆27一端通过转动副26与第二摇臂25连接，另一端通过转动副28与工作台32连接。

对照图1、图7、图8、图9，所述机架安装在车架14上，所述数控举升机构所含的第一主动杆、第二主动杆均由伺服电机系统驱动控制，所述直线驱动器31为伺服电动缸。通过对伺服电机系统的数控编程控制，即可实现该种数控机构式三自由度曲臂式举升机器人三自由度柔性可控、高精度运动，既能实现工作台32高精度大距离竖直和水平移动作业，又具有较强的避障能力，能更好得满足环境复杂的高空作业要求。

对照图1、图2、图3、图4、图5、图7、图8、图9，所述大臂举升机构、中臂摆动支链、小臂摆动支链结构简单，各主要构件之间均采用转动副连接，相比液压驱动的液压连杆机构，具有可靠性高、故障率低、拆卸方便，关节能耗、误差小等特点。所述平动维持支链所含的各构件均由转动副连接，通过平动维持支链的引入，可以使工作台32随数控举升机构运动时一直维持平动。通过对伺服电机系统的数控编程控制，所述数控机构式三自由度曲臂式举升机器人在大臂举升机构、中臂摆动支链、小臂摆动支链以及平动维持支链的作用下，使工作台32实现大空间三自由度高精度柔性可控运动，在较为苛刻的高空作业环境下，该种数控机构式三自由度曲臂式举升机器人可以很轻易通过远程遥控以及轨迹再现进行复杂运动轨迹的操作，相比两自由度曲臂式机器人，可以完成更为复杂的高空环境作业，避免人工操纵失误引起的作业事故。