一种低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置的制作方法

本实用新型涉及皮带式输送机领域，特别是一种低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置。

背景技术：

皮带式输送机具有输送量大、通用性强等优点，广泛应用于矿山、冶金、煤炭等行业，用来输送松散物料或成件物品。但是随着以计算机与通信为核心的信息技术的发展，以及随之而来的工业化生产模式的转型升级，传统皮带式输送机因智能化程度低、输送带支撑机构缺乏自由度等问题，很难适应数字工厂等柔性化生产线需要。平面多自由度连杆机构可以实现多运动输入，复杂可控、可调柔性轨迹输出，将可控机构技术和机器人技术引入到输送机的设计中，可以有效提高现有输送机的灵活性和智能化程度。

机构的构型不仅决定了机械装置的机械性能和适用范围，而且直接决定了机构控制的难易程度。由于采用可控支撑机构的皮带式输送机依赖数控编程实现姿态的柔性可控、可调，通常来说，可控支撑机构越复杂，越容易实现复杂的运动输出，但同时机构的耦合度也越高，越难进行运动学正、逆解计算，也就越难进行数控编程控制。虽然采用平面两自由度机构设计的新型输送装置可以实现输送带输送仰角、输送高度的两自由度柔性可调、可控，符合柔性化生产线的使用要求，但是，由于机构耦合度高，运动输入与输出存在非线性关系，运动学模型复杂，同时在数值迭代求解的过程中存在较大的误差，不仅增加了控制难度和控制系统成本，而且影响了输送装置的输送精度，特别不利于对精度要求极高的特种生产线。

机械产品创新是改善和克服已知产品问题和缺陷的根本方法，而机构构型创新既是机械产品创新的最根本途径，也是最重要、最核心的内容。如何基于拓扑综合方法，提出一种两自由度皮带式输送装置，在具有智能化程度高、灵活性好等特点，可以实现可控支撑机构两自由度柔性可控、可调运动输出等要求的前提下，具有机构耦合度低、运动学模型简单、容易控制等优势，已成为皮带式输送机领域一个亟需解决的工程问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置，在克服传统皮带式输送机已知问题，具有智能化程度高、适应性好等特点，可以实现可控支撑机构两自由度柔性可控、可调运动输出等要求的前提下，具有机构耦合度低、运动学模型简单、容易控制等优势。

本实用新型通过以下技术方案达到上述目的：

一种低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置包括可控支撑机构、输送带、主动滚筒、从动滚筒。

所述可控支撑机构为平面两自由度七杆机构，包括机架、第一构件、第二构件、第三构件、第四构件、第五构件、第六构件、支撑杆，托架，所述第一构件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二构件一端连接，所述第二构件另一端通过第三转动副与支撑杆连接，所述支撑杆通过复合铰链与机架连接，所述构件一端通过复合铰链与机架连接，另一端通过第四转动副与第四构件一端连接，所述第四构件另一端通过第五转动副与第五构件连接，所述第五构件通过第六转动副与支撑杆连接，所述第六构件一端通过第七转动副与第五构件连接，另一端通过第八转动副与托架连接，所述托架通过第九转动副安装在支撑杆上，所述第一构件和第三构件为主动杆，由安装在机架上的伺服电机驱动。

所述第一构件、第二构件、支撑杆、机架构成的运动链回路为平行四边形回路，从而保证了第一构件与支撑杆具有相同的角位置、角速度和角加速度。

所述第三构件、第四构件、第五构件、支撑杆构成的运动链回路为平行四边形回路，从而保证了第三构件与第五构件均由相同的角位置、角速度、角加速度。

所述支撑杆、第五构件、第六构件、托架构成的运动链回路为平行四边形回路，从而保证了托架与第五构件具有相同的角位置、角速度、角加速度。

由于所述可控支撑机构中因为各运动链回路均采用平行四边形设计，第一构件与支撑杆，第三构件与托架均具有相同的角位置、角速度、角加速度，由于第一构件与第三构件均为主动杆，因而，可控支撑机构的运动输入参数与输出参数呈线性关系，因而有效降低了机构的耦合度，简化了运动学模型简单，即不需数值迭代即可得到运动学正、逆精确解，不仅降低了控制难度和控制系统成本，而且保证了该种低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置的输送精度，特别适用于对精度要求极高的特种生产线。

所述主动滚筒通过第十转动副与托架连接，所述从动滚筒通过第十一转动副与托架连接，所述输送带安装在主动滚筒和从动滚筒上，所述主动滚筒由伺服电机驱动，通过对伺服电机进行数控编程，可以实现输送带的无级调速以及输送速度精确控制。

通过数控编程，可以使可控支撑机构实现两自由度柔性可控、可调运动输出，进而满足该种低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置实现输送带输送仰角、输送高度的两自由度柔性可控、可调，克服了传统输送机智能化程度低、适用性差等问题。

本实用新型的突出优点在于：

1. 本实用新型所述可控支撑机构采用了平面两自由度七杆机构设计，由伺服电机系统驱动控制，可以实现两自由度柔性可调、可控运动输出，确保了该种低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置在数控程序的控制下，能够实现输送带输送仰角、输送高度的两自由度柔性可控、可调，克服了传统输送机智能化程度低、适用性差等问题。

2. 本实用新型所述可控支撑机构采用了平行四边形设计，有效降低了机构的耦合度，使运动输入与输出呈现线性关系，运动学模型简单，不需数值迭代即可得到运动学正、逆精确解，不仅降低了控制难度和控制系统成本，而且保证了该种低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置的输送精度，特别适用于对精度要求极高的特种生产线。

附图说明

图1为本实用新型所述低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置示意图。

图2为本实用新型所述可控支撑机构示意图。

图3为本实用新型所述可控支撑机构运动链拓扑图。

图4为本实用新型所述低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置的托架示意图。

图5为本实用新型所述低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置托架部分装配示意图。

图6为本实用新型所述低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置三维示意图之一。

图7为本实用新型所述低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置三维示意图之二。

图8为本实用新型所述低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置的输送带两自由度柔性可控、可调示意图。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。

对照图1、图2、图3、图4、图5、图6，一种低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置包括可控支撑机构、输送带17、主动滚筒16、从动滚筒13。

对照图1、图2、图3、图4，所述可控支撑机构为平面两自由度七杆机构，包括机架1、第一构件3、第二构件5、第三构件23、第四构件21、第五构件8、第六构件10、支撑杆7，托架12，所述第一构件3一端通过第一转动副2与机架1连接，另一端通过第二转动副4与第二构件5一端连接，所述第二构件5另一端通过第三转动副6与支撑杆7连接，所述支撑杆7通过复合铰链24与机架1连接，所述构件23一端通过复合铰链24与机架连接，另一端通过第四转动副22与第四构件21一端连接，所述第四构件21另一端通过第五转动副20与第五构件5连接，所述第五构件8通过第六转动副19与支撑杆7连接，所述第六构件10一端通过第七转动副9与第五构件8连接，另一端通过第八转动副11与托架12连接，所述托架12通过第九转动副18安装在支撑杆7上，所述第一构件3和第三构件23为主动杆，由安装在机架上的伺服电机驱动。

所述第一构件3、第二构件5、支撑杆7、机架1构成的运动链回路为平行四边形回路，从而保证了第一构件3与支撑杆7具有相同的角位置、角速度和角加速度。

所述第三构件23、第四构件21、第五构件8、支撑杆7构成的运动链回路为平行四边形回路，从而保证了第三构件23与第五构件8均由相同的角位置、角速度、角加速度。

所述支撑杆7、第五构件8、第六构件10、托架12构成的运动链回路为平行四边形回路，从而保证了托架12与第五构件8具有相同的角位置、角速度、角加速度。

由于所述可控支撑机构中因为各运动链回路均采用平行四边形设计，第一构件3与支撑杆7，第三构件23与托架12均具有相同的角位置、角速度、角加速度，由于第一构件3与第三构件23均为主动杆，因而，可控支撑机构的运动输入参数与输出参数呈线性关系，因而有效降低了机构的耦合度，简化了运动学模型简单，即不需数值迭代即可得到运动学正、逆精确解，不仅降低了控制难度和控制系统成本，而且保证了该种低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置的输送精度，特别适用于对精度要求极高的特种生产线。

对照图1、图2、图4、图5、图6，所述主动滚筒16通过第十转动副15与托架12连接，所述从动滚筒13通过第十一转动副14与托架12连接，所述输送带25安装在主动滚筒16和从动滚筒13上，所述主动滚筒16由伺服电机驱动，通过对伺服电机进行数控编程，可以实现输送带25的无级调速以及输送速度精确控制。

对照图1、图6、图7、图8，通过数控编程，可以使可控支撑机构实现两自由度柔性可控、可调运动输出，进而满足该种低耦合度易控制型两自由度皮带式输送装置实现输送带输送仰角、输送高度的两自由度柔性可控、可调，克服了传统输送机智能化程度低、适用性差等问题。