本發(fā)明涉及裝載機領域，特別是一種多單元連桿驅動四活動度重型高負載裝載機器人。

背景技術：

裝載機是一種廣泛應用于農田、水利、能源、市政等施工領域，進行散裝物料裝卸的關鍵設備，對基礎設施建設起到了重要的作用，但是傳統(tǒng)液壓式裝載機存在著能耗高、噪音大、尾氣排放嚴重、智能化水平低等缺點?？煽貦C構是傳統(tǒng)機構與電子技術結合的產物，近年來開展的“數控一代”裝備創(chuàng)新工程，給傳統(tǒng)工程機械技術升級帶來了機遇，針對液壓式裝載機的缺點，將可控機構及機器人相關技術應用到裝載機工作裝置設計中，提出了一類可控機構式裝載機，該類裝載機構避免了液壓系統(tǒng)的使用，它由多自由度連桿機構和多個可控電機組成，其輸出運動由多臺計算機編程控制的可控電機共同決定，鏟斗的輸出軌跡是一個多自變量的函數，可以輕易實現復雜柔性軌跡輸出，因此可控裝載機構屬于施工機器人范疇。相比液壓式裝載機，可控裝載機構具有智能化程度高、靈活度好、高傳動效率等優(yōu)點，對于推動裝載機綠色化、智能化具有重要的意義。

但是，在對可控裝載機構進行工程應用研究的過程中，發(fā)現了一系列未曾涉及的工程問題。首先，現有可控裝載機構動臂升降支鏈和鏟斗控制支鏈均采用主動桿—連桿—動臂的構型設計形式，因主動桿由可控電傳動系統(tǒng)驅動，受制于可控電機成本高、輸出功率小、扭矩低等問題，造成現有可控裝載機構動力性能差、負載能力弱等問題，難以滿足裝載機的動力要求，所以現有可控裝載機構的構型設計形式僅適用于微小型裝載機；其次，現有可控裝載機構為平面并聯(lián)機構，兩主動桿在同時抬升動臂或者同時控制鏟斗鏟裝作業(yè)時，由于制造、加工、裝配等誤差，特別是在裝載機偏載的情形下，造成動臂兩并聯(lián)驅動支鏈和鏟斗兩并聯(lián)控制支鏈受力不均，影響了舉升穩(wěn)定性，很容易造成部分構件的過載損毀，影響可控裝載機構的使用壽命；另外，現有可控裝載機構各構件一般采用轉動副的連接形式，相比含移動副的液壓式裝載機的工作裝置，缺少有效的過載保護及吸振手段。上述原因嚴重影響了可控裝載機構的工程應用。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于已有技術存在的問題提供一種多單元連桿驅動四活動度重型高負載裝載機器人，既具有現有可控裝載機構智能化程度高、靈活度好、傳動效率高等優(yōu)點，同時解決現有可控裝載機構動力性能差、負載能力弱，動臂升降機構和鏟斗控制機構穩(wěn)定性差，缺乏有效的過載保護及吸振手段等工程問題，使該裝載機器人具有較好的動力學性能及承載穩(wěn)定性，同時具有較強的承載能力、抗振能力和過載保護性能。

本發(fā)明通過以下技術方案來達到上述目的：一種多單元連桿驅動四活動度重型高負載裝載機器人，包括多單元連桿驅動機構、動臂升降機構、鏟斗控制機構以及機架。

所述多單元連桿驅動機構包括動臂多單元連桿驅動機構和鏟斗多單元連桿驅動機構，所述動臂多單元連桿驅動機構包括第一驅動支鏈、第二驅動支鏈、機架、第一曲軸，所述第一驅動支鏈包括第一主動桿、第一連桿，所述第一主動桿一端通過第一轉動副與機架連接，另一端通過第二轉動副與第一連桿一端連接，所述第一連桿另一端通過第三轉動副與第一曲軸連接，所述第二驅動支鏈包括第二主動桿、第二連桿，所述第二主動桿一端通過第四轉動副與機架連接，另一端通過第五轉動副與第二連桿一端連接，所述第二連桿另一端通過第六轉動副與第一曲軸連接，所述第一曲軸通過第七轉動副、第八轉動副與機架連接。所述鏟斗多單元連桿驅動機構包括第三驅動支鏈、第四驅動支鏈、第二曲軸，所述第三驅動支鏈包括第三主動桿、第三連桿，所述第三主動桿一端通過第九轉動副與機架連接，另一端通過第十轉轉動副與第三連桿一端連接，所述第三連桿另一端通過第十一轉動副與第二曲軸連接，所述第四驅動支鏈包括第四主動桿、第四連桿，所述第四主動桿一端通過第十二轉動副與機架連接，另一端通過第十三轉動副與第四連桿一端連接，所述第四連桿另一端通過第十四轉動副與第二曲軸連接，所述第二曲軸通過第十五轉動副、第十七轉動副與機架連接。

所述第一主動桿、第二主動桿、第三主動桿、第四主動桿均由可控電機通過電傳動系統(tǒng)進行驅動控制，所述多單元連桿驅動機構在計算機系統(tǒng)的控制下，可以將多個動力單元的動力合成后通過第一曲軸、第二曲軸輸出，從而使該多單元連桿驅動機構實現了由多臺小功率可控電機輸入，大功率、高扭矩動力輸出的目的，解決了傳統(tǒng)可控裝載機構伺服電機功率輸出小、驅動扭矩低等問題，通過該設計有效提高了該裝載機器人的承載能力，另外，根據不同的動力需要，可以方便選用四單元、六單元等不同數量的驅動支鏈進行驅動，使該多單元連桿驅動機構具有較強的動力適應性，可滿足大、中、小型裝載機器人動力要求。

所述動臂升降機構包括動臂、第一升降支鏈和第二升降支鏈，所述動臂通過第十七轉動副、第十八轉動副與機架連接，所述第一升降支鏈包括第五連桿、第一缸體、第一活塞桿，所述第五連桿一端通過鍵或者其它連接方式與第一曲軸固定連接，另一端通過第十九轉動副與第一缸體連接，所述第一缸體通過第一移動副與第一活塞桿一端連接，所述第一活塞桿另一端通過第二十轉動副與動臂連接，所述第二升降支鏈包括第六連桿、第二缸體、第二活塞桿，所述第六連桿一端通過健或者其它連接方式與第一曲軸固定連接，另一端通過第二十一轉動副與第二缸體連接，所述第二缸體通過第二移動副與第二活塞桿一端連接，第二活塞桿另一端通過第二十二轉動副與動臂連接。

在實際工程應用中，所述第一缸體、第一移動副、第一活塞桿可用一液壓缸取代，所述第二缸體、第二移動副與第二活塞桿可用另一液壓缸取代，在裝載機器人作業(yè)過程中，動臂多單元連桿驅動機構通過第一曲軸為動臂升降機構提供動力。由于可控裝載機構由于動臂升降機構為平面并聯(lián)機構，因為制造、加工、裝配等誤差，特別是在裝載機偏載的情形下，造成動臂兩并聯(lián)驅動支鏈受力不均，影響了舉升穩(wěn)定性，很容易造成部分構件的過載損毀，影響執(zhí)行機構的使用壽命。所述多單元連桿驅動四活動度重型高負載裝載機器人通過引入第一移動副、第二移動副，保證了動臂升降機構第一、第二動臂升降支鏈具有可調節(jié)的活動度，根據帕斯卡原理，利用液壓管線將第一缸體與第二缸體并聯(lián)，通過第一移動副、第二移動副的自動調節(jié)，可實現兩缸體內液體壓力相同，進而實現偏載作用下兩動臂升降支鏈的受力平衡，改善了動臂兩升降支鏈受力不均的問題，提高動臂24舉升穩(wěn)定性，延長動臂升降機構各構件的使用壽命。另外，液壓元件的引入有效提高動臂升降機構的抗振能力，并且通過在第一缸體或第二缸體中引入泄壓閥等附屬裝置，可以輕易實現動臂升降機構的過載保護功能。

所述鏟斗控制機構包括鏟斗、第一控制支鏈和第二控制支鏈，所述鏟斗通過第二十三轉動副、第二十四轉動副與動臂連接，所述第一控制支鏈包括第七連桿、第三缸體、第三活塞桿、第一搖臂、第一拉桿，所述第七連桿一端通過鍵或者其它連接方式與第二曲軸固定連接，另一端通過第二十五轉動副與第三缸體連接，所述第三缸體通過第三移動副與第三活塞桿連接，所述第三活塞桿通過第二十六轉動副與第一搖臂連接，所述第一搖臂通過第二十七轉動副與動臂24連接，所述第一拉桿一端通過第二十八轉動副與第一搖臂連接，另一端通過第二十九轉動副與鏟斗連接，所述第二控制支鏈包括第八連桿、第四缸體、第四活塞桿、第二搖臂、第二拉桿，所述第八連桿一端通過健或者其它連接方式與第二曲軸固定連接，另一端通過第三十轉動副與第四缸體連接，所述第四缸體通過第四移動副與第四活塞桿連接，所述第四活塞桿通過第三十一轉動副與第二搖臂連接，所述第二搖臂通過第三十二轉動副與動臂連接，所述第二拉桿一端通過第三十三轉動副與第二搖臂連接，另一端通過第三十四轉動副與鏟斗連接。

在實際工程應用中，所述第三缸體、第三移動副、第三活塞桿可用一液壓缸取代，所述第四缸體、第四移動副與第四活塞桿可用另一液壓缸取代，在裝載機器人作業(yè)過程中，鏟斗多單元連桿驅動機構通過第二曲軸為動臂升降機構提供動力。一方面為了提高鏟裝穩(wěn)定性，改善動態(tài)性能，另一方面為了提高該裝載機器人的負載能力，所述鏟斗控制機構采用平面并聯(lián)機構設計形式，并由動臂多單元連桿驅動機構提供動力，大幅提升了該裝載機器人鏟斗的鏟掘能力和承載能力。為了避免因為制造、加工、裝配等誤差，特別是在裝載機偏載的情形下，造成兩鏟斗控制支鏈受力不均的問題，通過引入第三移動副、第四移動副，保證了鏟斗控制機構第一、第二控制支鏈具有可調節(jié)的活動度，根據帕斯卡原理，利用液壓管線將第三缸體與第四缸體并聯(lián)，通過第三移動副、第四移動副的自動調節(jié)，可實現兩缸體內液體壓力相同，進而實現偏載作用下兩控制支鏈的受力平衡，改善了鏟斗控制機構兩控制支鏈受力不均的問題，提高裝載機器人作業(yè)穩(wěn)定性，延長了鏟斗控制機構各構件的使用壽命。另外，液壓元件的引入有效提高鏟斗控制機構的抗振能力，并且通過在第三缸體或第四缸體中引入泄壓閥等附屬裝置，可以輕易實現鏟斗控制機構的過載保護功能。

所述一種多單元連桿驅動四活動度重型高負載裝載機器人在各電傳動系統(tǒng)可控電機的編程控制下，完成裝載作業(yè)。在裝載機器人鏟裝作業(yè)過程中，當執(zhí)行機構承受的載荷在許用范圍時，動臂升降機構和鏟斗控制機構中的移動副僅通過微調的方式平衡第一、第二升降支鏈或第一、第二控制支鏈的受力，由各支鏈中缸體、移動副、活塞桿構成的桿組可視為一個不可伸縮的傳力構件，若該裝載機器人承受的載荷超過許用范圍時，通過打開缸體上的泄壓閥，起到過載保護作用?；谏鲜鎏攸c，所述的多單元連桿驅動四活動度重型高負載裝載機器人相比現有可控裝載機構具有更好的動力學性能、承載穩(wěn)定性、可靠性，以及更高的負載能力和抗振能力，本發(fā)明所述的技術方案特別適用于設計制造大噸位高負載的重型裝載機器人。

本發(fā)明突出優(yōu)點在于：

1、在保證滿足裝載作業(yè)要求的前提下，由電傳動系統(tǒng)驅動的連桿傳動取代了傳統(tǒng)裝載機工作裝置的液壓傳動系統(tǒng)，避免了液壓系統(tǒng)機械效率低、可靠性差等問題，大幅降低了能耗。另外，該裝載機器人的動力系統(tǒng)采用了計算機編程控制的可控電傳動系統(tǒng)，相比現有液壓式工程機械，不僅噪音低、無尾氣排放，而且自動化和智能化程度高。

2、相比現有可控裝載機構，本發(fā)明所述裝載機器人具有更強的承載能力和適應性。鏟斗控制機構和動臂升降機構通過引入多單元連桿驅動機構，大幅提高了該裝載機器人的承載能力，特別適用于制造重型工程施工機器人；該多單元連桿驅動機構具有較強的動力適應性，可根據不同的動力要求，選用四單元、六單元等不同數量的驅動支鏈驅動，滿足大、中、小型裝載機器人動力要求。

3、相比現有可控裝載機構，本發(fā)明所述裝載機器人具有更好的動態(tài)性能和可靠性。通過在動臂升降機構和鏟斗控制機構引入液壓元件，使裝載機器人獲得了較佳的抗振性能和承載穩(wěn)定性。動臂升降機構和鏟斗控制機構通過缸體并聯(lián)，實現了偏載作用下動臂兩升降支鏈和鏟斗兩控制支鏈的受力平衡，改善了各構件受力不均的問題，提高了動臂的舉升穩(wěn)定性和鏟斗的鏟掘穩(wěn)定性，延長了各構件的使用壽命，提高了裝載機器人的可靠性。另外，動臂升降機構和鏟斗控制機構通過采用平面并聯(lián)設計，大幅提升了裝載機器人的剛性。

4、相比現有可控裝載機構，本發(fā)明所述裝載機器人具有更多的過載保護手段，通過在動臂升降機構、鏟斗控制機構中液壓缸上引入泄壓閥等附屬裝置，較易實現裝載機器人的過載保護性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的一種多單元連桿驅動四活動度重型高負載裝載機器人執(zhí)行機構示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的一種多單元連桿驅動四活動度重型高負載裝載機器人機架示意圖。

圖3為本發(fā)明所述的動臂多單元連桿驅動機構示意圖之一。

圖4為本發(fā)明所述的動臂多單元連桿驅動機構示意圖之二。

圖5為本發(fā)明所述的動臂多單元連桿驅動機構曲軸示意圖。

圖6為本發(fā)明所述的鏟斗多單元連桿驅動機構示意圖之一。

圖7為本發(fā)明所述的鏟斗多單元連桿驅動機構示意圖之二。

圖8為本發(fā)明所述的鏟斗多單元連桿驅動機構曲軸示意圖。

圖9為本發(fā)明所述的動臂升降機構示意圖。

圖10為本發(fā)明所述的鏟斗控制機構示意圖。

圖11為本發(fā)明所述的一種多單元連桿驅動四活動度重型高負載裝載機器人平面視圖。

圖12為本發(fā)明所述的多單元連桿驅動四活動度重型高負載裝載機器人工作示意圖。

具體實施方式

以下通過附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步說明。

對照圖1，本發(fā)明所述的一種多單元連桿驅動四活動度重型高負載裝載機器人，包括多單元連桿驅動機構、動臂升降機構、鏟斗控制機構以及機架1。

對照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8，所述多單元連桿驅動機構包括動臂多單元連桿驅動機構和鏟斗多單元連桿驅動機構，所述動臂多單元連桿驅動機構包括第一驅動支鏈、第二驅動支鏈、機架1、第一曲軸55，所述第一驅動支鏈包括第一主動桿2、第一連桿4，所述第一主動桿2一端通過第一轉動副10與機架1連接，另一端通過第二轉動副3與第一連桿4一端連接，所述第一連桿4另一端通過第三轉動副5與第一曲軸55連接，所述第二驅動支鏈包括第二主動桿8、第二連桿7，所述第二主動桿8一端通過第四轉動副9與機架1連接，另一端通過第五轉動副13與第二連桿7一端連接，所述第二連桿7另一端通過第六轉動副6與第一曲軸55連接，所述第一曲軸55通過第七轉動副11、第八轉動副12與機架1連接。所述鏟斗多單元連桿驅動機構包括第三驅動支鏈、第四驅動支鏈、第二曲軸60，所述第三驅動支鏈包括第三主動桿67、第三連桿58，所述第三主動桿67一端通過第九轉動副66與機架1連接，另一端通過第十轉轉動副57與第三連桿58一端連接，所述第三連桿58另一端通過第十一轉動副59與第二曲軸60連接，所述第四驅動支鏈包括第四主動桿64、第四連桿62，所述第四主動桿64一端通過第十二轉動副65與機架1連接，另一端通過第十三轉動副63與第四連桿62一端連接，所述第四連桿62另一端通過第十四轉動副61與第二曲軸60連接，所述第二曲軸60通過第十五轉動副16、第十六轉動副17與機架1連接。

所述第一主動桿2、第二主動桿8、第三主動桿67、第四主動桿64均由可控電機通過電傳動系統(tǒng)進行驅動控制，所述多單元連桿驅動機構在計算機系統(tǒng)的控制下，可以將多個動力單元的動力合成后通過第一曲軸55、第二曲軸60輸出，從而使該多單元連桿驅動機構實現了由多臺小功率可控電機輸入，大功率、高扭矩動力輸出的目的，解決了傳統(tǒng)可控裝載機構伺服電機功率輸出小、驅動扭矩低等問題，通過該設計有效提高了該裝載機器人的承載能力，另外，根據不同的動力需要，可以方便選用四單元、六單元等不同數量的驅動支鏈進行驅動，使該多單元連桿驅動機構具有較強的動力適應性，可滿足大、中、小型裝載機器人動力要求。

對照圖1、圖2、圖9，所述動臂升降機構包括動臂24、第一升降支鏈和第二升降支鏈，所述動臂24通過第十七轉動副14、第十八轉動副15與機架1連接，所述第一升降支鏈包括第五連桿18、第一缸體20、第一活塞桿22，所述第五連桿18一端通過鍵或者其它連接方式與第一曲軸55固定連接，另一端通過第十九轉動副19與第一缸體20連接，所述第一缸體20通過第一移動副21與第一活塞桿22一端連接，所述第一活塞桿22另一端通過第二十轉動副56與動臂24連接，所述第二升降支鏈包括第六連桿32、第二缸體31、第二活塞桿29，所述第六連桿32一端通過健或者其它連接方式與第一曲軸55固定連接，另一端通過第二十一轉動副33與第二缸體31連接，所述第二缸體31通過第二移動副30與第二活塞桿29一端連接，第二活塞桿29另一端通過第二十二轉動副28與動臂24連接。

在實際工程應用中，所述第一缸體20、第一移動副21、第一活塞桿22可用一液壓缸取代，所述第二缸體31、第二移動副30與第二活塞桿29可用另一液壓缸取代，在裝載機器人作業(yè)過程中，動臂多單元連桿驅動機構通過第一曲軸55為動臂升降機構提供動力。由于可控裝載機構由于動臂升降機構為平面并聯(lián)機構，因為制造、加工、裝配等誤差，特別是在裝載機偏載的情形下，造成動臂兩并聯(lián)驅動支鏈受力不均，影響了舉升穩(wěn)定性，很容易造成部分構件的過載損毀，影響執(zhí)行機構的使用壽命。所述多單元連桿驅動四活動度重型高負載裝載機器人通過引入第一移動副21、第二移動副30，保證了動臂升降機構第一、第二動臂升降支鏈具有可調節(jié)的活動度，根據帕斯卡原理，利用液壓管線將第一缸體20與第二缸體31并聯(lián)，通過第一移動副21、第二移動副30的自動調節(jié)，可實現兩缸體內液體壓力相同，進而實現偏載作用下兩動臂升降支鏈的受力平衡，改善了動臂24兩升降支鏈受力不均的問題，提高動臂24舉升穩(wěn)定性，延長動臂升降機構各構件的使用壽命。另外，液壓元件的引入有效提高動臂升降機構的抗振能力，并且通過在第一缸體20或第二缸體31中引入泄壓閥等附屬裝置，可以輕易實現動臂升降機構的過載保護功能。

對照圖1、圖2、圖10，所述鏟斗控制機構包括鏟斗39、第一控制支鏈和第二控制支鏈，所述鏟斗39通過第二十三轉動副25、第二十四轉動副26與動臂24連接，所述第一控制支鏈包括第七連桿47、第三缸體45、第三活塞桿43、第一搖臂36、第一拉桿38，所述第七連桿47一端通過鍵或者其它連接方式與第二曲軸60固定連接，另一端通過第二十五轉動副46與第三缸體45連接，所述第三缸體45通過第三移動副44與第三活塞桿43連接，所述第三活塞桿43通過第二十六轉動副54與第一搖臂36連接，所述第一搖臂36通過第二十七轉動副23與動臂24連接，所述第一拉桿38一端通過第二十八轉動副37與第一搖臂36連接，另一端通過第二十九轉動副40與鏟斗39連接，所述第二控制支鏈包括第八連桿48、第四缸體50、第四活塞桿52、第二搖臂34、第二拉桿42，所述第八連桿48一端通過健或者其它連接方式與第二曲軸60固定連接，另一端通過第三十轉動副49與第四缸體50連接，所述第四缸體50通過第四移動副51與第四活塞桿52連接，所述第四活塞桿52通過第三十一轉動副53與第二搖臂34連接，所述第二搖臂34通過第三十二轉動副27與動臂24連接，所述第二拉桿42一端通過第三十三轉動副35與第二搖臂34連接，另一端通過第三十四轉動副41與鏟斗39連接。

在實際工程應用中，所述第三缸體45、第三移動副44、第三活塞桿43可用一液壓缸取代，所述第四缸體50、第四移動副51與第四活塞桿52可用另一液壓缸取代，在裝載機器人作業(yè)過程中，鏟斗多單元連桿驅動機構通過第二曲軸60為動臂升降機構提供動力。一方面為了提高鏟裝穩(wěn)定性，改善動態(tài)性能，另一方面為了提高該裝載機器人的負載能力，所述鏟斗控制機構采用平面并聯(lián)機構設計形式，并由動臂多單元連桿驅動機構提供動力，大幅提升了該裝載機器人鏟斗的鏟掘能力和承載能力。為了避免因為制造、加工、裝配等誤差，特別是在裝載機偏載的情形下，造成兩鏟斗控制支鏈受力不均的問題，通過引入第三移動副44、第四移動副51，保證了鏟斗控制機構第一、第二控制支鏈具有可調節(jié)的活動度，根據帕斯卡原理，利用液壓管線將第三缸體45與第四缸體50并聯(lián)，通過第三移動副44、第四移動副51的自動調節(jié)，可實現兩缸體內液體壓力相同，進而實現偏載作用下兩控制支鏈的受力平衡，改善了鏟斗控制機構兩控制支鏈受力不均的問題，提高裝載機器人作業(yè)穩(wěn)定性，延長了鏟斗控制機構各構件的使用壽命。另外，液壓元件的引入有效提高鏟斗控制機構的抗振能力，并且通過在第三缸體45或第四缸體50中引入泄壓閥等附屬裝置，可以輕易實現鏟斗控制機構的過載保護功能。

對照圖1、圖11、圖12，所述一種多單元連桿驅動四活動度重型高負載裝載機器人在各電傳動系統(tǒng)可控電機的編程控制下，完成裝載作業(yè)。在裝載機器人鏟裝作業(yè)過程中，當執(zhí)行機構承受的載荷在許用范圍時，動臂升降機構和鏟斗控制機構中的移動副僅通過微調的方式平衡第一、第二升降支鏈或第一、第二控制支鏈的受力，由各支鏈中缸體、移動副、活塞桿構成的桿組可視為一個不可伸縮的傳力構件，若該裝載機器人承受的載荷超過許用范圍時，通過打開缸體上的泄壓閥，起到過載保護作用。基于上述特點，所述的多單元連桿驅動四活動度重型高負載裝載機器人相比現有可控裝載機構具有更好的動力學性能、承載穩(wěn)定性、可靠性，以及更高的負載能力和抗振能力，本發(fā)明所述的技術方案特別適用于設計制造大噸位高負載的重型裝載機器人。