CN101666104A - 一种平面三自由度可控挖掘机构 - Google Patents

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Abstract

一种平面三自由度可控挖掘机构，包括挖掘手臂，铲斗翻转机构，反铲式铲斗和机架，所述挖掘机构的挖掘手臂为平面二自由度可控机构。所述平面二自由度可控机构的主动杆(1)一端通过铰孔(9)与从动杆(2)铰接，另一端通过铰孔(8)铰接在机架(26)上，主动杆(4)一端通过铰孔(12)与传动杆(3)铰接，另一端铰接在机架(26)的铰孔(11)上，所述从动杆(2)为弯杆，中间弯折部分有铰孔(10)，通过铰孔(10)与传动杆(3)铰接。采用本发明能够解决传统单自由度机械式挖掘机实现动作简单，而液压式挖掘机易出现漏油等问题。

Description

一种平面三自由度可控挖掘机构
技术领域
本发明涉及工程机械领域，特别是一种平面三自由度可控挖掘机构。
背景技术
挖掘机是一种重要的工程机械，广泛应用于工业、交通、能源、农田改造、水利、民用建筑、矿山采掘以及现代化军事工程等机械化施工方面。至今，挖掘机主要有机械式和液压式两种类型。机械式挖掘机已经有100多年的历史，是利用机械传动件实现挖掘动作，具有坚固耐用等优点。但是传统的单自由度机械式挖掘机不能完成复杂动作，即使仅用于采矿，也常常遇到困难，如：在挖掘较高台面时斗齿不能产生更大的切削力；对于倾斜矿层的清理根底，向装载车中卸载高度偏小等等。液压式挖掘机具有结构简单，重量轻、可实现很多复杂动作等优点，被广泛采用。但是液压式挖掘机是以液压油为传递动力的介质，其起动性较差，容易因内部元件磨损后产生泄漏，而且涉及的元件较多，泄漏的液压油会造成环境的污染。同时出现过热，工作无力等现象。随着挖掘机功能的增加，其液压系统越来越复杂，造成其故障出现更具有突发性、隐蔽性。因为液压系统的缺陷和局限性，液压式挖掘机多为中、小型挖掘机。至今许多大型挖掘机还不得不采用电力驱动的机械式挖掘机。当前，工程机械领域具有这样的共识：机械式挖掘机所能完成的动作简单、难以变化，许多动作不能实现；液压式挖掘机可以灵活地执行各种工程动作，但又存在液压系统零部件要求高、寿命不长、漏油等缺陷。这是工程机械领域一个十分棘手的问题，也是长期未能取得突破的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种平面三自由度可控挖掘机构，它能克服传统机械式挖掘机动作简单，挖掘速度难控制等不足，又能克服液压式挖掘机液压元件要求高、易产生漏油、可靠度难保证等缺点。
本发明通过以下技术方案达到上述目的：
一种平面三自由度可控挖掘机构，包括挖掘手臂，铲斗翻转机构，反铲式铲斗和机架。
所述挖掘机构的挖掘手臂为平面二自由度可控机构，由主动杆1和4，从动杆2、传动杆3以及机架26连接组成，所述主动杆1一端通过铰孔9与从动杆2铰接，另一端通过铰孔8铰接在机架26上，主动杆4一端通过铰孔12与传动杆3铰接，另一端铰接在机架26的铰孔11上，所述从动杆2为弯杆，中间弯折部分有铰孔10，通过铰孔10与传动杆3铰接。
所述主动杆1和4分别由分别由伺服电机(18)和(19)控制，通过编程实现输出端在工作空间内任意轨迹和速度的输出。
所述铲斗翻转机构由单独的伺服电机(21)控制，配合挖掘手臂实现铲斗(7)的翻转，姿态保持与调整等动作。
所述反铲式铲斗(7)背部有上下两个铰孔(15)和(14)，分别与铲斗翻转机构和平面二自由度可控机构铰接。
所述机架上安置有三台伺服电机。机架本身可安装在传统挖掘机带回转平台的轮胎式或履带式行走机构上，实现空间四自由度的挖掘，回转，卸料等挖掘工作和整机的定位与行走。
挖掘机构进行曲线挖掘工作时，根据挖掘轨迹要求通过控制器对挖掘手臂两个伺服电机进行控制，使从动杆前端的输出点实现工作空间内任意的挖掘轨迹。完成挖掘轨迹的同时，通过控制铲斗翻转机构的伺服电机，配合挖掘手臂实现铲斗的翻转挖掘动作。挖掘动作完成后，手臂提升，同时回转平台工作，将手臂回转至堆放土壤的区域。此过程通过控制铲斗翻转机构保持铲斗的收紧姿态。当铲斗回转至堆放区域上方，铲斗翻转机构回收，铲斗回转，卸土动作完成。
挖掘机构进行直线平整工作时，根据直线轨迹要求编程实现三个伺服电机的协调输出，完成直线平整和铲斗保持姿态的动作。
本发明的突出优点在于：
1、由于采用外转动副驱动，所有电机都安装在机架上，有效降低手臂重量，提高挖掘速度。
2、三台驱动电机为计算机控制的伺服电机，通过编程可实现挖掘机构在工作空间内任意挖掘轨迹的输出。
本发明的平面三自由度可控挖掘机，既能解决传统单自由度机械式挖掘机不能实现复杂动作等问题，又能解决液压式挖掘机对零部件要求高、寿命不长、易漏油等问题。并且整机结构简单紧凑，零部件制造加工要求低。
附图说明
图1为本发明所述平面三自由度可控挖掘机构的挖掘手臂结构示意图。
图2为本发明所述平面三自由度可控挖掘机构的结构示意图。
图3为本发明所述平面三自由度可控挖掘机构的主动杆1和从动杆2的正视图。
图4为本发明所述平面三自由度可控挖掘机构的主动杆4和传动杆3的正视图。
图5为本发明所述平面三自由度可控挖掘机构的铲斗翻转机构的正视图。
图6为本发明所述平面三自由度可控挖掘机构的俯视图。
图7为本发明所述平面三自由度可控挖掘机构安装在带回转平台的履带式行走机构上的工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
对照图1、3和4，所述挖掘手臂为一平面二自由度可控机构，包括主动杆1，主动杆4，从动杆2，传动杆3以及机架26。主动杆1通过铰孔8铰接在机架26上，通过铰孔9与从动杆2铰接。从动杆2为弯杆，中间弯折部分有铰孔10，通过铰孔10与传动杆3铰接。主动杆4铰接在机架26上的铰孔11上，通过铰孔12与传动杆3铰接。
对照图1、2和6，所述主动杆1和主动杆4分别由两个伺服电机18、19控制，可通过编程实现从动杆2前端在工作空间内任意轨迹的输出。从动杆2前端通孔13与反铲式铲斗7背部的铰孔14铰接。
对照图2和5，铲斗翻转机构包括主动杆5和从动杆6，主动杆5通过铰孔20铰接在机架26上，另一端通过铰孔16与从动杆6铰接，从动杆6前端通过铰孔22与摆杆24和连杆25铰接，摆杆24通过铰孔23与挖掘手臂铰接，连杆25前端与反铲式铲斗7背部的铰孔15铰接。铲斗翻转机构由单独的伺服电机21控制，配合挖掘手臂实现铲斗7的翻转，姿态保持与调整等动作。
对照图2和6，所述反铲式铲斗7背部有上下两个铰孔14、15，分别与上述的铲斗翻转机构和平面二自由度机构铰接。
对照图6和7，所述机架26上安置有三台伺服电机18、19、21。机架本身安装在传统挖掘机带回转平台的轮胎式或履带式行走机构上，实现空间四自由度的挖掘，回转，卸料等挖掘工作和整机的定位与行走。
挖掘机构进行曲线挖掘工作时，根据挖掘轨迹要求通过编程控制主动杆1和4的两个伺服电机18和19，由于所述挖掘手臂的驱动电机为两个独立的具有良好可控性能的伺服电机，可使输出点13实现工作空间内任意要求的轨迹。实现挖掘轨迹的同时，通过控制铲斗翻转机构的伺服电机21，配合挖掘手臂实现铲斗7的翻转挖掘动作。挖掘动作完成后，通过对挖掘手臂两个伺服电机18和19的控制，实现手臂提升的动作，同时回转平台工作，将手臂回转至堆放土壤的区域。此过程中通过控制铲斗翻转机构的伺服电机21保持反铲式铲斗7的收紧姿态。当反铲式铲斗7回转至堆放区域上方，铲斗翻转机构回收，反铲式铲斗7回转，卸土动作完成。
挖掘机构进行直线平整工作时，可直接根据挖掘轨迹要求编程实现三个伺服电机18、19、21的协调输出，完成直线平整和反铲式铲斗7保持姿态的动作。

Claims (5)

1、一种平面三自由度可控挖掘机构，包括挖掘手臂，铲斗翻转机构，反铲式铲斗和机架，其特征在于：所述挖掘机构的挖掘手臂为平面二自由度可控机构。
2、根据权利要求1所述的平面三自由度可控挖掘机构，其特征在于：所述平面二自由度可控机构由主动杆(1)和(4)，从动杆(2)、传动杆(3)以及机架(26)连接组成，所述主动杆(1)一端通过铰孔(9)与从动杆(2)铰接，另一端通过铰孔(8)铰接在机架(26)上，主动杆(4)一端通过铰孔(12)与传动杆(3)铰接，另一端铰接在机架(26)的铰孔(11)上，所述从动杆(2)为弯杆，中间弯折部分有铰孔(10)，通过铰孔(10)与传动杆(3)铰接。
3、根据权利要求1所述的平面三自由度可控挖掘机构，其特征在于：主动杆(1)和(4)分别由伺服电机(18)和(19)控制，通过编程实现输出端在工作空间内任意轨迹和速度的输出。
4、根据权利要求1所述的平面三自由度可控挖掘机构，其特征在于：所述铲斗翻转机构由单独的伺服电机(21)控制，配合挖掘手臂实现铲斗(7)的翻转，姿态保持与调整等动作。
5、根据权利要求1所述的平面三自由度可控挖掘机构，其特征在于：所述反铲式铲斗(7)背部有上下两个铰孔(15)和(14)，分别与铲斗翻转机构和平面二自由度可控机构铰接。
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