一种平面十杆三活动度电液可控装载机器人的制作方法

本发明涉及装载机领域，特别是一种平面十杆三活动度电液可控装载机器人。

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十杆三活动度电液可控装载机器人，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十杆三活动度电液可控装载机器人，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、第一升降支链和第二升降支链，所述动臂通过第一转动副、第二转动副与机架连接，所述第一升降支链包括第一主动杆、第一缸体、第一活塞杆，所述第一主动杆一端通过第十五转动副与机架连接，另一端通过第十六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，所述第二升降支链包括第二主动杆、第二缸体、第二活塞杆，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，所述第一缸体与第二缸体并联，所述第一主动杆、第二主动杆均由可控电机驱动。

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。通过液压元件的引入可以有效提高动臂升降机构的抗振能力，另外，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。

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七转动副与机架连接，另一端通过第八转动副与连杆一端连接，所述连杆另一端通过第九转动副与摇臂连接，所述摇臂通过第十转动副与动臂连接，所述拉杆一端通过第十一转动副与摇臂连接，另一端通过第十二转动副与铲斗连接，所述铲斗通过第十三转动副、第十四转动副与动臂连接。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。

所述一种平面十杆三活动度电液可控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。该平面十杆三活动度电液可控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。

本发明突出优点在于：

1、在保证满足装载机性能要求的前提下，由电传动系统驱动的连杆传动取代了传统液压装载机的液压传动系统，避免了液压系统机械效率低、可靠性差等问题，大幅降低了能耗。另外，装载机器人的动力系统由于采用了计算机编程控制的电传动系统，相比现有液压式工程机械，不仅噪音低、无尾气排放，而且自动化和智能化程度高，非常适用于人口密集区域施工作业。

2、相比现有可控装载机构，该种装载机器人的构型设计具有更好的动力性能和更强的适应性。相比现有可控装载机构，该装载机器人具有更好的承载稳定性、更佳的抗振性能以及更长的使用寿命。该装载机器人的动臂升降机构引入了液压元件，通过液压管线使两缸体并联，进而实现两缸体内液体压力平衡，有效解决了平面并联可控装载机构动臂的两升降支链受力不均的问题，提高了承载稳定性和抗振性能，改善了各构件的受力情况，延长了使用寿命。

3、相比现有可控装载机构，该装载机器人具有更多的过载保护手段，由于动臂升降机构引入了液压元件，可通过在动臂升降机构中引入泄压阀等附属装置，较易实现该装载机器人的过载保护性能，避免因过载造成的执行机构各构件变形及刚性破坏。

附图说明

图1为本发明所述的一种平面十杆三活动度电液可控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十杆三活动度电液可控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十杆三活动度电液可控装载机器人平面视图。

图6为本发明所述的一种平面十杆三活动度电液可控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十杆三活动度电液可控装载机器人，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5、第一升降支链和第二升降支链，所述动臂5通过第一转动副21、第二转动副22与机架1连接，所述第一升降支链包括第一主动杆2、第一缸体3、第一活塞杆4，所述第一主动杆2一端通过第十五转动副19与机架1连接，另一端通过第十六转动副30与第一缸体3一端连接，所述第一缸体3另一端通过第一移动副30与第一活塞杆4一端连接，所述第一活塞杆4另一端通过第三转动副29与动臂5连接，所述第二升降支链包括第二主动杆24、第二缸体23、第二活塞杆27，所述第二主动杆24一端通过第四转动副20与机架1连接，另一端通过第五转动副25与第二缸体23连接，所述第二缸体23另一端通过第二移动副26与第二活塞杆27一端连接，所述第二活塞杆27另一端通过第六转动副28与动臂5连接，所述第一缸体3与第二缸体23并联，所述第一主动杆2、第二主动杆24均由可控电机驱动。

在实际工程应用中，所述第一缸体3、第一移动副30、第一活塞杆4可用一液压缸取代，所述第二缸体23、第二移动副26与第二活塞杆27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2、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3与第二缸体23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。通过液压元件的引入可以有效提高动臂升降机构的抗振能力，另外，通过在动臂升降机构第一缸体3或第二缸体23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。

对照图1、图2、图4，所述铲斗控制机构包括第三主动杆10、连杆9、摇臂8、拉杆7、铲斗6。所述第三主动杆10一端通过第七转动副11与机架1连接，另一端通过第八转动副12与连杆9一端连接，所述连杆9另一端通过第九转动副13与摇臂8连接，所述摇臂8通过第十转动副17与动臂5连接，所述拉杆7一端通过第十一转动副18与摇臂8连接，另一端通过第十二转动副14与铲斗6连接，所述铲斗6通过第十三转动副15、第十四转动副16与动臂5连接。所述第三主动杆10由可控电机进行驱动控制，铲斗控制机构在第三主动杆10的带动下实现铲斗6的翻转运动。

对照图1、图5、图6，所述一种平面十杆三活动度电液可控装载机器人的铲斗6输出运动由第一主动杆2、第二主动杆24、第三主动杆10共同决定，在计算机系统的协调控制下，完成装载作业。该平面十杆三活动度电液可控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。