本發(fā)明涉及曲臂式舉升機(jī)領(lǐng)域，特別是一種數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人。

背景技術(shù)：

曲臂式舉升機(jī)相比剪叉式升降臺(tái),不僅可以實(shí)現(xiàn)豎直舉升作業(yè)，也可跨越障礙進(jìn)行高空作業(yè)，不僅作業(yè)更靈活，而且具有更大的工作空間，廣泛用于市政建設(shè)維護(hù)、路燈維修、園林修剪、電路檢修、高速公路維護(hù)、廠房維護(hù)、工業(yè)安裝、物業(yè)管理、航空器維護(hù)以及倉(cāng)庫(kù)、港口、機(jī)場(chǎng)、車站、體育場(chǎng)、展覽館等許多行業(yè)和場(chǎng)所，是一種通過(guò)工作臺(tái)往特定高度和位置輸送人或貨物的高空作業(yè)設(shè)備。

現(xiàn)有曲臂式舉升機(jī)無(wú)論車載式還是固定式，均采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，雖然采用液壓系統(tǒng)的曲臂式舉升機(jī)已獲得了普遍應(yīng)用，但在使用過(guò)程中也存在諸多問(wèn)題，首先，液壓驅(qū)動(dòng)曲臂式舉升機(jī)可靠性差、維護(hù)保養(yǎng)成本高，液壓系統(tǒng)中液壓元件精度高，不僅對(duì)維護(hù)保養(yǎng)依賴度高，而且對(duì)維護(hù)技術(shù)要求高，保養(yǎng)不徹底易發(fā)生液壓油受污染，工作過(guò)程中易發(fā)生油液過(guò)熱現(xiàn)象，油封損壞易混入空氣，液壓缸和管道連接部位容易松動(dòng)，發(fā)生油液泄露，不僅大幅提高了維護(hù)保養(yǎng)成本，而且影響了工作效率；其次，現(xiàn)有液壓驅(qū)動(dòng)曲臂式舉升機(jī)多采用柴油機(jī)作為動(dòng)力，通過(guò)機(jī)械操縱裝置或者簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，存在著智能化程度低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)差等問(wèn)題，特別是液壓系統(tǒng)的采用使很難實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)位姿、移動(dòng)速度的高精度控制，很難適應(yīng)航空器維護(hù)等現(xiàn)代化高空作業(yè)對(duì)升降設(shè)備高精度、高柔性化的要求；再次，現(xiàn)有液壓驅(qū)動(dòng)曲臂式舉升機(jī)的液壓系統(tǒng)能耗高，機(jī)械效率低，不利于日益嚴(yán)苛的環(huán)保要求，同時(shí)液壓系統(tǒng)因受液壓油溫的影響，導(dǎo)致操縱時(shí)工作臺(tái)響應(yīng)速度差，傳動(dòng)動(dòng)作遲緩和回油閥易發(fā)生卡死等問(wèn)題，大幅降低了液壓驅(qū)動(dòng)曲臂式舉升機(jī)的作業(yè)效率；最后，現(xiàn)有液壓驅(qū)動(dòng)曲臂式舉升機(jī)因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，很難實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的快速組裝和拆卸，不僅影響超大型液壓式車載舉升機(jī)快速轉(zhuǎn)場(chǎng)，而且因?yàn)橐簤汗芫€等影響很難實(shí)現(xiàn)底盤(pán)的快速更換，現(xiàn)有液壓驅(qū)動(dòng)曲臂式舉升機(jī)基本不具備快速可重構(gòu)能力。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等發(fā)展，為液壓驅(qū)動(dòng)曲臂式舉升機(jī)的綠色化、智能化、精密化提供了技術(shù)基礎(chǔ)，如何提出一種曲臂式舉升機(jī)，使其具有可靠性高、維護(hù)保養(yǎng)成本低、智能化程度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、作業(yè)精度高等特點(diǎn)，使其舉升機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)兩自由度運(yùn)動(dòng)，既能實(shí)現(xiàn)垂直升降作業(yè)，又能實(shí)現(xiàn)大距離水平移動(dòng)作業(yè)，具有工作空間大、靈活度高、跨障能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能滿足以航空器維護(hù)為代表的精確化、高效化、智能化高空作業(yè)要求，已成為曲臂式舉升機(jī)領(lǐng)域一個(gè)亟需解決的工程問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人，具有可靠性高、維護(hù)保養(yǎng)成本低、智能化程度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、作業(yè)精度高等特點(diǎn)，其舉升機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)兩自由度運(yùn)動(dòng)，既能實(shí)現(xiàn)垂直升降作業(yè)，又能實(shí)現(xiàn)大距離水平移動(dòng)作業(yè)，具有工作空間大、靈活度高、跨障能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能更好滿足以航空器維護(hù)為代表的精確化、高效化、智能化高空作業(yè)要求。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的：

一種數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人，包含機(jī)架、數(shù)控舉升機(jī)構(gòu)。

所述數(shù)控舉升機(jī)構(gòu)為平面兩自由度連桿機(jī)構(gòu)，包括大臂舉升機(jī)構(gòu)、小臂擺動(dòng)支鏈、平動(dòng)維持支鏈、工作臺(tái)。

所述大臂舉升機(jī)構(gòu)為平面四桿機(jī)構(gòu)，包含第一主動(dòng)桿、第一連桿、大臂，所述第一主動(dòng)桿一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)架連接，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第一連桿一端連接，第一連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與大臂連接，所述大臂通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)架連接。

所述小臂擺動(dòng)支鏈包含第二主動(dòng)桿、第二連桿、小臂，所述第二主動(dòng)桿一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)架連接，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二連桿一端連接，所述第二連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與小臂連接，所述小臂通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與大臂連接。

所述平動(dòng)維持支鏈包含第三連桿、搖臂、第四連桿，所述第三連桿一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)架連接，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與搖臂連接，所述搖臂通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與大臂連接，所述第四連桿一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與搖臂連接，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與工作臺(tái)連接。通過(guò)平動(dòng)維持支鏈的引入，可以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)在隨數(shù)控舉升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終平動(dòng)。

所述工作臺(tái)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與小臂連接。

所述機(jī)架安裝在車架上。

所述數(shù)控舉升機(jī)構(gòu)所含的第一主動(dòng)桿、第二主動(dòng)桿均由伺服電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制，通過(guò)對(duì)伺服電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)控編程控制，即可實(shí)現(xiàn)該種數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人兩自由度柔性可控、高精度運(yùn)動(dòng)，滿足以航空器維護(hù)為代表的精確化、高效化、智能化高空作業(yè)要求。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明突出優(yōu)點(diǎn)在于：

1.本發(fā)明所述的數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人，其數(shù)控舉升機(jī)構(gòu)采用平面兩自由度連桿機(jī)構(gòu)，具有桿件數(shù)量少，造價(jià)低，機(jī)構(gòu)耦合度低、運(yùn)動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)容易等優(yōu)勢(shì)。數(shù)控舉升機(jī)構(gòu)各主要桿件之間均采用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，相比現(xiàn)有技術(shù)采用的含移動(dòng)副的液壓傳動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，具有可靠性高、成本低，不易出現(xiàn)故障等優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閿?shù)控舉升機(jī)構(gòu)采用純機(jī)械連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可快速拆裝和裝配，重構(gòu)能力強(qiáng)，使該種數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人特別適合遠(yuǎn)距離長(zhǎng)途搬運(yùn)。

2.本發(fā)明所述的數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人相比液壓驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)有曲臂式舉升機(jī)器人，具有機(jī)械效率高、能耗低、運(yùn)動(dòng)精度高等特點(diǎn)。所述數(shù)控舉升機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件采用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，相比采用液壓缸的連桿機(jī)構(gòu)，具有關(guān)節(jié)誤差小，運(yùn)動(dòng)精度高等特點(diǎn)；因?yàn)椴捎盟欧姍C(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和連桿傳動(dòng)系統(tǒng)取代了液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，有效克服了液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性差、能耗高、易產(chǎn)生漏油故障等問(wèn)題，具有可靠性高、機(jī)械效率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、能耗低、使用維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。

3.本發(fā)明所述的數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人通過(guò)對(duì)伺服電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)兩自由度柔性可控、高精度運(yùn)動(dòng)，相比采用機(jī)械操作裝置和簡(jiǎn)易自動(dòng)化控制的現(xiàn)有曲臂式舉升機(jī)器人，智能化程度高、操縱強(qiáng)度低，在較為苛刻的工作環(huán)境下，該種數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人可以很輕易通過(guò)遠(yuǎn)程遙控以及軌跡再現(xiàn)進(jìn)行操作，避免人工操縱失誤引起的作業(yè)事故。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人平面示意圖。

圖2為本發(fā)明所述數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人大臂舉升機(jī)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明所述數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人小臂擺動(dòng)支鏈?zhǔn)疽鈭D。

圖4為本發(fā)明所述數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人平動(dòng)維持支鏈?zhǔn)疽鈭D。

圖5為本發(fā)明所述數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人工作臺(tái)示意圖。

圖6為本發(fā)明所述數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人三維示意圖。

圖7為本發(fā)明所述數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人大距離垂直舉升示意圖。

圖8為本發(fā)明所述數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人大距離水平移動(dòng)示意圖。

圖9為本發(fā)明所述數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人作業(yè)示意圖。

圖10為本發(fā)明所述數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人回轉(zhuǎn)作業(yè)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。

對(duì)照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖4，一種數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人，包含機(jī)架1、數(shù)控舉升機(jī)構(gòu)。

對(duì)照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖4、圖5，所述數(shù)控舉升機(jī)構(gòu)為平面兩自由度連桿機(jī)構(gòu)，包括大臂舉升機(jī)構(gòu)、小臂擺動(dòng)支鏈、平動(dòng)維持支鏈、工作臺(tái)21。

對(duì)照?qǐng)D1、圖2，所述大臂舉升機(jī)構(gòu)為平面四桿機(jī)構(gòu)，包含第一主動(dòng)桿3、第一連桿5、大臂7，所述第一主動(dòng)桿3一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副2與機(jī)架1連接，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副4與第一連桿5一端連接，第一連桿5另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副6與大臂7連接，所述大臂7通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副9與機(jī)架1連接。

對(duì)照?qǐng)D1、圖3，所述小臂擺動(dòng)支鏈包含第二主動(dòng)桿12、第二連桿14、小臂17，所述第二主動(dòng)桿12一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副9與機(jī)架1連接，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副13與第二連桿14一端連接，所述第二連桿14另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副15與小臂17連接，所述小臂17通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副8與大臂7連接。

對(duì)照?qǐng)D1、圖4，所述平動(dòng)維持支鏈包含第三連桿19、搖臂16、第四連桿23，所述第三連桿19一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副10與機(jī)架1連接，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副20與搖臂16連接，所述搖臂16通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副8與大臂7連接，所述第四連桿23一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副22與搖臂16連接，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副24與工作臺(tái)21連接。通過(guò)平動(dòng)維持支鏈的引入，可以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)21在隨數(shù)控舉升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終平動(dòng)。

對(duì)照?qǐng)D1、圖3、圖5，所述工作臺(tái)21通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副18與小臂17連接。

對(duì)照?qǐng)D1、圖10，所述機(jī)架1安裝在車架11上。當(dāng)機(jī)架1與車架11采用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接時(shí)，工作臺(tái)21可以實(shí)現(xiàn)三自由度空間內(nèi)的作業(yè)要求。

對(duì)照?qǐng)D1、圖6、圖7、圖8、圖9，所述數(shù)控舉升機(jī)構(gòu)所含的第一主動(dòng)桿3、第二主動(dòng)桿12均由伺服電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制，通過(guò)對(duì)伺服電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)控編程控制，即可實(shí)現(xiàn)該種數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人兩自由度柔性可控、高精度運(yùn)動(dòng)，既能實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)21高精度垂直升降，又可實(shí)現(xiàn)大距離水平移動(dòng)。

對(duì)照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖6、圖7、圖8、圖9，所述大臂舉升機(jī)構(gòu)、小臂擺動(dòng)支鏈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，各構(gòu)件之間均采用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，相比液壓驅(qū)動(dòng)的液壓連桿機(jī)構(gòu)，具有可靠性高、故障率低、拆卸方便，關(guān)節(jié)能耗、誤差小等特點(diǎn)。所述第一主動(dòng)桿3、第二主動(dòng)桿12均由伺服電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制，所述大臂7在第一主動(dòng)桿3的帶動(dòng)下，可以繞機(jī)架1的高精度擺動(dòng)作業(yè)，所述小臂17在第二主動(dòng)桿12的帶動(dòng)下，以大臂7為支點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)。所述平動(dòng)維持支鏈所含的各構(gòu)件均由轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，通過(guò)平動(dòng)維持支鏈的引入，可以使工作臺(tái)21隨數(shù)控舉升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)一直維持平動(dòng)。通過(guò)對(duì)伺服電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)控編程控制，所述數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人在大臂舉升機(jī)構(gòu)、小臂擺動(dòng)支鏈以及平動(dòng)維持支鏈的作用下，使工作臺(tái)21實(shí)現(xiàn)兩自由度高精度柔性可控運(yùn)動(dòng)，在較為苛刻的工作環(huán)境下，通過(guò)對(duì)伺服電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控編程控制，該種數(shù)控機(jī)構(gòu)式兩自由度曲臂式舉升機(jī)器人可以很輕易通過(guò)遠(yuǎn)程遙控以及軌跡再現(xiàn)進(jìn)行操作，避免人工操縱失誤引起的作業(yè)事故。進(jìn)而滿足以航空器維護(hù)為代表的精確化、高效化、智能化高空作業(yè)要求。