一种多单元直线驱动平面三自由度滑移式装载机器人制造技术

一种多单元直线驱动平面三自由度滑移式装载机器人，包括多单元直线驱动机构、动臂升降机构、铲斗控制机构等。多单元直线驱动机构在计算机控制下，实现了多台小功率直线驱动器驱动，大功率、高扭矩的动力输出，满足了滑移装载机器人动力要求。将液压缸作为连杆应用到装载机器人的构型设计中，通过引入液压元件，有效改善以往可控滑移装载机构抬升动臂的两驱动链受力不均衡的问题，提高承载稳定性。该滑移装载机器人不仅具有以往可控滑移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，而且新的构型设计使其具有更好的承载、抗振性能，以及举升举升平移性，并易实现过载保护功能，非常适用于制造大、中、小型滑移装载机器人。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及滑移装载机领域，特别是一种多单元直线驱动平面三自由度滑移式装载机器人。
技术介绍
滑移装载机是一种主要应用于建筑、市政等施工领域，进行建材等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，但是传统滑移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，将与随着人们环保意识的增加，以城市施工为主的滑移装载机，越来越难以适应苛刻的市场环境。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，针对液压式滑移装载机的缺点，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，该类可控滑移式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。相比液压式滑移装载机，可控滑移式装载机构具有智能化程度高、灵活度好、高传动效率等优点，对于推动滑移装载机绿色化、智能化具有重要的意义。但是，在对可控滑移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。首先，现有可控滑移装载机构动臂升降支链均采用主动杆—连杆—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，造成现有可控滑移装载机构动力性能差、负载能力弱等问题，难以满足滑移装载机的动力要求，所以现有可控滑移装载机构的构型设计形式仅适用于部分微小型滑移装载机；其次，现有可控滑移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，特别是在滑移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，影响可控滑移装载机构的使用寿命；另外，现有可控滑移装载机构各构件一般采用转动副的连接形式，相比含移动副的液压式滑移装载机的工作装置，缺少有效的过载保护及吸振手段。上述原因严重影响了可控滑移装载机构的工程应用。
技术实现思路
本专利技术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平面三自由度滑移式装载机器人，既具有现有可控滑移装载机构智能化程度高、灵活度好、传动效率高等优点，同时解决现有可控滑移装载机构动力性能差、负载能力弱、动臂升降机构稳定性差、缺乏有效的过载保护及吸振手段等工程问题，使该滑移装载机器人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、过载保护性能以及良好的举升平移性。本专利技术通过以下技术方案来达到上述目的：本专利技术所述的一种多单元直线驱动平面三自由度滑移式装载机器人，包括动臂升降机构、多单元直线驱动机构、铲斗控制机构以及机架。所述动臂抬升机构包括第一升降支链、第二升降支链、动臂。所述第一升降支链包括第一连杆、第一液压缸、所述第一连杆一端通过键或其它方式与曲轴固定连接，另一端通过第一转动副与第一液压缸一端连接。所述第一液压缸另一端通过第二转动副与动臂连接。第二升降机构包括第二连杆、第二液压缸。所述第二连杆一端通过键或其它方式与曲轴固定连接，另一端通过第三转动副与第二液压缸一端连接。所述第二液压缸另一端通过第四转动副与动臂连接。所述动臂通过第五转动副、第六转动副与机架连接。由于动臂升降机构为平面并联机构，所述第一液压缸与第二液压缸的缸体通过液压管线连接，进而实现并联，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两液压缸上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。所述多单元驱动机构包括第一直线驱动器、第二直线驱动器、曲轴。所述第一直线驱动器一端通过第七转动副与曲轴连接，另一端通过第八转动副与机架连接。所述第二直线驱动器一端通过第九转动副与曲轴连接，另一端通过第十转动副与机架连接。所述曲轴通过第十一转动副、第十二转动副与机架连接。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，提高了该滑移装载机器人的承载能力。根据滑移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、小型各类滑移装载机器人的动力需求。所述铲斗控制机构包括第三连杆、第四连杆、第一摇臂、第三直线驱动器、铲斗、第四直线驱动器、第二摇臂。所述第三连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第二摇臂连接。所述第二摇臂通过第十五转动副与动臂连接，所述第四直线驱动器一端通过第十六转动副与第二摇臂连接，另一端通过第十七转动副与铲斗连接。所述第四连杆一端通过第十八转动副与机架连接，另一端通过第十九转动副与第一摇臂连接。所述第一摇臂通过第二十转动副与动臂连接，所述第三直线驱动器一端通过第二十一转动副与第一摇臂连接，另一端通过第二十二转动副与铲斗连接。所述铲斗通过第二十三转动副、第二十四转动副与动臂连接。所述铲斗控制机构采用了全新机构设计，使其具有了良好的铲斗举升平移性。所述第一直线驱动器、第二直线驱动器、第三直线驱动器、第四直线驱动器均为伺服电动缸，所述一种多单元直线驱动平面三自由度滑移式装载机器人在各电传动系统的编程控制下，完成装载作业。该种滑移式装载机器人既具有可控滑移装载机构智能化程度高、能耗低、动态性能好、可靠性好等特点，同时由于液压元件的引入，使其具有液压式滑移装载机的诸多优点，具体表现在：（1）所述动臂升降机构的第一升降支链和第二升降支链引入液压元件后，所述第一液压缸与第二液压缸的缸体通过液压管线连接，进而实现并联，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28两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；（2）所述动臂升降机构的第一升降支链和第二升降支链引入液压元件后，可以有效提高滑移装载机器人的抗振性能；（3）所述动臂升降机构的第一升降支链和第二升降支链引入液压缸后，在滑移装载机器人铲装作业过程中，当承受的载荷在许用范围时，液压缸可视为一个不可伸缩的二力杆起传递力的作用，若承受的载荷超过许用范围时，液压缸上的泄压阀打开，起到过载保护作用。基于上述特点，所述的多单元直线驱动平面三自由度滑移式装载机器人相比现有可控滑移装载机构具有更好的动力学性能、承载稳定性、抗振能力以及随之带来的更长使用寿命，并且较易实现过载保护功能，适用于大、中、小型各类滑移装载机使用。本专利技术突出优点在于：1、该滑移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、动力学性能以及良好的举升平移性，动臂升降机构、铲斗控制机构通过采用平面并联设计，大幅提升了滑移装载机器人的刚性。该滑移装载机器人既具有可控机构式滑移装载机能耗低、传动效率高、智能化程度高、可靠性好等特点，同时具备液压式滑移装载机工作装置抗冲击性能好、过载保护本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多单元直线驱动平面三自由度滑移式装载机器人，包括动臂升降机构、多单元直线驱动机构、铲斗控制机构以及机架，其特征在于：所述动臂抬升机构包括第一升降支链、第二升降支链、动臂，所述第一升降支链包括第一连杆、第一液压缸、所述第一连杆一端通过键或其它方式与曲轴固定连接，另一端通过第一转动副与第一液压缸一端连接，所述第一液压缸另一端通过第二转动副与动臂连接，第二升降机构包括第二连杆、第二液压缸，所述第二连杆一端通过键或其它方式与曲轴固定连接，另一端通过第三转动副与第二液压缸一端连接，所述第二液压缸另一端通过第四转动副与动臂连接，所述动臂通过第五转动副、第六转动副与机架连接，所述多单元驱动机构包括第一直线驱动器、第二直线驱动器、曲轴，所述第一直线驱动器一端通过第七转动副与曲轴连接，另一端通过第八转动副与机架连接，所述第二直线驱动器一端通过第九转动副与曲轴连接，另一端通过第十转动副与机架连接，所述曲轴通过第十一转动副、第十二转动副与机架连接，所述铲斗控制机构包括第三连杆、第四连杆、第一摇臂、第三直线驱动器、铲斗、第四直线驱动器、第二摇臂，所述第三连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第二摇臂连接，所述第二摇臂通过第十五转动副与动臂连接，所述第四直线驱动器一端通过第十六转动副与第二摇臂连接，另一端通过第十七转动副与铲斗连接，所述第四连杆一端通过第十八转动副与机架连接，另一端通过第十九转动副与第一摇臂连接，所述第一摇臂通过第二十转动副与动臂连接，所述第三直线驱动器一端通过第二十一转动副与第一摇臂连接，另一端通过第二十二转动副与铲斗连接，所述铲斗通过第二十三转动副、第二十四转动副与动臂连接。...

【技术特征摘要】
1.一种多单元直线驱动平面三自由度滑移式装载机器人，包括动臂升降机构、多单元直线驱动机构、铲斗控制机构以及机架，其特征在于：所述动臂抬升机构包括第一升降支链、第二升降支链、动臂，所述第一升降支链包括第一连杆、第一液压缸、所述第一连杆一端通过键或其它方式与曲轴固定连接，另一端通过第一转动副与第一液压缸一端连接，所述第一液压缸另一端通过第二转动副与动臂连接，第二升降机构包括第二连杆、第二液压缸，所述第二连杆一端通过键或其它方式与曲轴固定连接，另一端通过第三转动副与第二液压缸一端连接，所述第二液压缸另一端通过第四转动副与动臂连接，所述动臂通过第五转动副、第六转动副与机架连接，所述多单元驱动机构包括第一直线驱动器、第二直线驱动器、曲轴，所述第一直线驱动器一端通过第七转动副与曲轴连接，另一端通过第八转动副与机架连接，所述第二直线驱动器一端通过第九转动副与曲轴连接，另一端通过第十转动副与机架连接，所述曲轴通过第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张林，索昊，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：山东;37