本實(shí)用新型涉及皮帶式輸送機(jī)領(lǐng)域，特別是一種低耦合度易控制型兩自由度皮帶式輸送裝置。

背景技術(shù)：

皮帶式輸送機(jī)具有輸送量大、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、煤炭等行業(yè)，用來輸送松散物料或成件物品。但是隨著以計(jì)算機(jī)與通信為核心的信息技術(shù)的發(fā)展，以及隨之而來的工業(yè)化生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)型升級，傳統(tǒng)皮帶式輸送機(jī)因智能化程度低、輸送帶支撐機(jī)構(gòu)缺乏自由度等問題，很難適應(yīng)數(shù)字工廠等柔性化生產(chǎn)線需要。平面多自由度連桿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)多運(yùn)動輸入，復(fù)雜可控、可調(diào)柔性軌跡輸出，將可控機(jī)構(gòu)技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)引入到輸送機(jī)的設(shè)計(jì)中，可以有效提高現(xiàn)有輸送機(jī)的靈活性和智能化程度。

機(jī)構(gòu)的構(gòu)型不僅決定了機(jī)械裝置的機(jī)械性能和適用范圍，而且直接決定了機(jī)構(gòu)控制的難易程度。由于采用可控支撐機(jī)構(gòu)的皮帶式輸送機(jī)依賴數(shù)控編程實(shí)現(xiàn)姿態(tài)的柔性可控、可調(diào)，通常來說，可控支撐機(jī)構(gòu)越復(fù)雜，越容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動輸出，但同時機(jī)構(gòu)的耦合度也越高，越難進(jìn)行運(yùn)動學(xué)正、逆解計(jì)算，也就越難進(jìn)行數(shù)控編程控制。雖然采用平面兩自由度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的新型輸送裝置可以實(shí)現(xiàn)輸送帶輸送仰角、輸送高度的兩自由度柔性可調(diào)、可控，符合柔性化生產(chǎn)線的使用要求，但是，由于機(jī)構(gòu)耦合度高，運(yùn)動輸入與輸出存在非線性關(guān)系，運(yùn)動學(xué)模型復(fù)雜，同時在數(shù)值迭代求解的過程中存在較大的誤差，不僅增加了控制難度和控制系統(tǒng)成本，而且影響了輸送裝置的輸送精度，特別不利于對精度要求極高的特種生產(chǎn)線。

機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新是改善和克服已知產(chǎn)品問題和缺陷的根本方法，而機(jī)構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新既是機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新的最根本途徑，也是最重要、最核心的內(nèi)容。如何基于拓?fù)渚C合方法，提出一種兩自由度皮帶式輸送裝置，在具有智能化程度高、靈活性好等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)可控支撐機(jī)構(gòu)兩自由度柔性可控、可調(diào)運(yùn)動輸出等要求的前提下，具有機(jī)構(gòu)耦合度低、運(yùn)動學(xué)模型簡單、容易控制等優(yōu)勢，已成為皮帶式輸送機(jī)領(lǐng)域一個亟需解決的工程問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種低耦合度易控制型兩自由度皮帶式輸送裝置，在克服傳統(tǒng)皮帶式輸送機(jī)已知問題，具有智能化程度高、適應(yīng)性好等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)可控支撐機(jī)構(gòu)兩自由度柔性可控、可調(diào)運(yùn)動輸出等要求的前提下，具有機(jī)構(gòu)耦合度低、運(yùn)動學(xué)模型簡單、容易控制等優(yōu)勢。

本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的：

一種低耦合度易控制型兩自由度皮帶式輸送裝置包括可控支撐機(jī)構(gòu)、輸送帶、主動滾筒、從動滾筒。

所述可控支撐機(jī)構(gòu)為平面兩自由度七桿機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架、第一構(gòu)件、第二構(gòu)件、第三構(gòu)件、第四構(gòu)件、第五構(gòu)件、第六構(gòu)件、支撐桿，托架，所述第一構(gòu)件一端通過第一轉(zhuǎn)動副與機(jī)架連接，另一端通過第二轉(zhuǎn)動副與第二構(gòu)件一端連接，所述第二構(gòu)件另一端通過第三轉(zhuǎn)動副與支撐桿連接，所述支撐桿通過復(fù)合鉸鏈與機(jī)架連接，所述構(gòu)件一端通過復(fù)合鉸鏈與機(jī)架連接，另一端通過第四轉(zhuǎn)動副與第四構(gòu)件一端連接，所述第四構(gòu)件另一端通過第五轉(zhuǎn)動副與第五構(gòu)件連接，所述第五構(gòu)件通過第六轉(zhuǎn)動副與支撐桿連接，所述第六構(gòu)件一端通過第七轉(zhuǎn)動副與第五構(gòu)件連接，另一端通過第八轉(zhuǎn)動副與托架連接，所述托架通過第九轉(zhuǎn)動副安裝在支撐桿上，所述第一構(gòu)件和第三構(gòu)件為主動桿，由安裝在機(jī)架上的伺服電機(jī)驅(qū)動。

所述第一構(gòu)件、第二構(gòu)件、支撐桿、機(jī)架構(gòu)成的運(yùn)動鏈回路為平行四邊形回路，從而保證了第一構(gòu)件與支撐桿具有相同的角位置、角速度和角加速度。

所述第三構(gòu)件、第四構(gòu)件、第五構(gòu)件、支撐桿構(gòu)成的運(yùn)動鏈回路為平行四邊形回路，從而保證了第三構(gòu)件與第五構(gòu)件均由相同的角位置、角速度、角加速度。

所述支撐桿、第五構(gòu)件、第六構(gòu)件、托架構(gòu)成的運(yùn)動鏈回路為平行四邊形回路，從而保證了托架與第五構(gòu)件具有相同的角位置、角速度、角加速度。

由于所述可控支撐機(jī)構(gòu)中因?yàn)楦鬟\(yùn)動鏈回路均采用平行四邊形設(shè)計(jì)，第一構(gòu)件與支撐桿，第三構(gòu)件與托架均具有相同的角位置、角速度、角加速度，由于第一構(gòu)件與第三構(gòu)件均為主動桿，因而，可控支撐機(jī)構(gòu)的運(yùn)動輸入?yún)?shù)與輸出參數(shù)呈線性關(guān)系，因而有效降低了機(jī)構(gòu)的耦合度，簡化了運(yùn)動學(xué)模型簡單，即不需數(shù)值迭代即可得到運(yùn)動學(xué)正、逆精確解，不僅降低了控制難度和控制系統(tǒng)成本，而且保證了該種低耦合度易控制型兩自由度皮帶式輸送裝置的輸送精度，特別適用于對精度要求極高的特種生產(chǎn)線。

所述主動滾筒通過第十轉(zhuǎn)動副與托架連接，所述從動滾筒通過第十一轉(zhuǎn)動副與托架連接，所述輸送帶安裝在主動滾筒和從動滾筒上，所述主動滾筒由伺服電機(jī)驅(qū)動，通過對伺服電機(jī)進(jìn)行數(shù)控編程，可以實(shí)現(xiàn)輸送帶的無級調(diào)速以及輸送速度精確控制。

通過數(shù)控編程，可以使可控支撐機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩自由度柔性可控、可調(diào)運(yùn)動輸出，進(jìn)而滿足該種低耦合度易控制型兩自由度皮帶式輸送裝置實(shí)現(xiàn)輸送帶輸送仰角、輸送高度的兩自由度柔性可控、可調(diào)，克服了傳統(tǒng)輸送機(jī)智能化程度低、適用性差等問題。

本實(shí)用新型的突出優(yōu)點(diǎn)在于：

1. 本實(shí)用新型所述可控支撐機(jī)構(gòu)采用了平面兩自由度七桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，由伺服電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動控制，可以實(shí)現(xiàn)兩自由度柔性可調(diào)、可控運(yùn)動輸出，確保了該種低耦合度易控制型兩自由度皮帶式輸送裝置在數(shù)控程序的控制下，能夠?qū)崿F(xiàn)輸送帶輸送仰角、輸送高度的兩自由度柔性可控、可調(diào)，克服了傳統(tǒng)輸送機(jī)智能化程度低、適用性差等問題。

2. 本實(shí)用新型所述可控支撐機(jī)構(gòu)采用了平行四邊形設(shè)計(jì)，有效降低了機(jī)構(gòu)的耦合度，使運(yùn)動輸入與輸出呈現(xiàn)線性關(guān)系，運(yùn)動學(xué)模型簡單，不需數(shù)值迭代即可得到運(yùn)動學(xué)正、逆精確解，不僅降低了控制難度和控制系統(tǒng)成本，而且保證了該種低耦合度易控制型兩自由度皮帶式輸送裝置的輸送精度，特別適用于對精度要求極高的特種生產(chǎn)線。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型所述低耦合度易控制型兩自由度皮帶式輸送裝置示意圖。

圖2為本實(shí)用新型所述可控支撐機(jī)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型所述可控支撐機(jī)構(gòu)運(yùn)動鏈拓?fù)鋱D。

圖4為本實(shí)用新型所述低耦合度易控制型兩自由度皮帶式輸送裝置的托架示意圖。

圖5為本實(shí)用新型所述低耦合度易控制型兩自由度皮帶式輸送裝置托架部分裝配示意圖。

圖6為本實(shí)用新型所述低耦合度易控制型兩自由度皮帶式輸送裝置三維示意圖之一。

圖7為本實(shí)用新型所述低耦合度易控制型兩自由度皮帶式輸送裝置三維示意圖之二。

圖8為本實(shí)用新型所述低耦合度易控制型兩自由度皮帶式輸送裝置的輸送帶兩自由度柔性可控、可調(diào)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下通過附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。

對照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6，一種低耦合度易控制型兩自由度皮帶式輸送裝置包括可控支撐機(jī)構(gòu)、輸送帶17、主動滾筒16、從動滾筒13。

對照圖1、圖2、圖3、圖4，所述可控支撐機(jī)構(gòu)為平面兩自由度七桿機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架1、第一構(gòu)件3、第二構(gòu)件5、第三構(gòu)件23、第四構(gòu)件21、第五構(gòu)件8、第六構(gòu)件10、支撐桿7，托架12，所述第一構(gòu)件3一端通過第一轉(zhuǎn)動副2與機(jī)架1連接，另一端通過第二轉(zhuǎn)動副4與第二構(gòu)件5一端連接，所述第二構(gòu)件5另一端通過第三轉(zhuǎn)動副6與支撐桿7連接，所述支撐桿7通過復(fù)合鉸鏈24與機(jī)架1連接，所述構(gòu)件23一端通過復(fù)合鉸鏈24與機(jī)架連接，另一端通過第四轉(zhuǎn)動副22與第四構(gòu)件21一端連接，所述第四構(gòu)件21另一端通過第五轉(zhuǎn)動副20與第五構(gòu)件5連接，所述第五構(gòu)件8通過第六轉(zhuǎn)動副19與支撐桿7連接，所述第六構(gòu)件10一端通過第七轉(zhuǎn)動副9與第五構(gòu)件8連接，另一端通過第八轉(zhuǎn)動副11與托架12連接，所述托架12通過第九轉(zhuǎn)動副18安裝在支撐桿7上，所述第一構(gòu)件3和第三構(gòu)件23為主動桿，由安裝在機(jī)架上的伺服電機(jī)驅(qū)動。

所述第一構(gòu)件3、第二構(gòu)件5、支撐桿7、機(jī)架1構(gòu)成的運(yùn)動鏈回路為平行四邊形回路，從而保證了第一構(gòu)件3與支撐桿7具有相同的角位置、角速度和角加速度。

所述第三構(gòu)件23、第四構(gòu)件21、第五構(gòu)件8、支撐桿7構(gòu)成的運(yùn)動鏈回路為平行四邊形回路，從而保證了第三構(gòu)件23與第五構(gòu)件8均由相同的角位置、角速度、角加速度。

所述支撐桿7、第五構(gòu)件8、第六構(gòu)件10、托架12構(gòu)成的運(yùn)動鏈回路為平行四邊形回路，從而保證了托架12與第五構(gòu)件8具有相同的角位置、角速度、角加速度。

由于所述可控支撐機(jī)構(gòu)中因?yàn)楦鬟\(yùn)動鏈回路均采用平行四邊形設(shè)計(jì)，第一構(gòu)件3與支撐桿7，第三構(gòu)件23與托架12均具有相同的角位置、角速度、角加速度，由于第一構(gòu)件3與第三構(gòu)件23均為主動桿，因而，可控支撐機(jī)構(gòu)的運(yùn)動輸入?yún)?shù)與輸出參數(shù)呈線性關(guān)系，因而有效降低了機(jī)構(gòu)的耦合度，簡化了運(yùn)動學(xué)模型簡單，即不需數(shù)值迭代即可得到運(yùn)動學(xué)正、逆精確解，不僅降低了控制難度和控制系統(tǒng)成本，而且保證了該種低耦合度易控制型兩自由度皮帶式輸送裝置的輸送精度，特別適用于對精度要求極高的特種生產(chǎn)線。

對照圖1、圖2、圖4、圖5、圖6，所述主動滾筒16通過第十轉(zhuǎn)動副15與托架12連接，所述從動滾筒13通過第十一轉(zhuǎn)動副14與托架12連接，所述輸送帶25安裝在主動滾筒16和從動滾筒13上，所述主動滾筒16由伺服電機(jī)驅(qū)動，通過對伺服電機(jī)進(jìn)行數(shù)控編程，可以實(shí)現(xiàn)輸送帶25的無級調(diào)速以及輸送速度精確控制。

對照圖1、圖6、圖7、圖8，通過數(shù)控編程，可以使可控支撐機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩自由度柔性可控、可調(diào)運(yùn)動輸出，進(jìn)而滿足該種低耦合度易控制型兩自由度皮帶式輸送裝置實(shí)現(xiàn)輸送帶輸送仰角、輸送高度的兩自由度柔性可控、可調(diào)，克服了傳統(tǒng)輸送機(jī)智能化程度低、適用性差等問題。