CN103122646A - 一种支链停歇控制型多自由度连杆机构 - Google Patents

Abstract

一种支链停歇控制型多自由度连杆机构，由原动机、传动装置、多自由度连杆机构组成，传动装置由分动箱、离合器、换向装置、减速器组成。所述原动机通过分动箱将动力分配给多自由度连杆机构的各主动杆，通过传动装置的离合器、换向装置的人工操作控制，可实现各主动杆均以定速驱动的状态，也可实现某些主动杆静止、其它主动杆定速驱动的状态。在此几种主动杆驱动状态的配合作用下，实现多自由度连杆机构输出复杂、可变的运动轨迹，不仅降低了成本，而且原动机可选用内燃机，可避免因采用电机驱动造成电力供应限制，方便野外施工，特别适合挖掘机、装载机等领域。

Description

一种支链停歇控制型多自由度连杆机构

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别是一种支链停歇控制型多自由度连杆机构。

背景技术

可控机构可以实现柔性输出,改善机构的运动特性和动力特性，目前的可控机构按实现方式，主要分为可调机构、变输入转速机构、电子凸轮机构以及混合输入驱动机构。

可调机构主要对连杆机构相对杆长或者各铰链间的相对位置进行调整，以满足运动学方面的要求，可以实现轨迹综合、运动综合以及函数综合，但多数可调机构是在运动停止的过程中进行人工手动有级调节或自动调节，其可控程度低，实用性差；变输入转速机构是针对单自由度机构而言，通过凸轮或其他变传动比装置实现变输入转速，除制造成本较高外，不具备输出运动的柔性，变输入转速机构输出轨迹固定，机构灵活度差，不能满足输出轨迹和动作需要变化的要求，应用范围有限，由于多数使用电机驱动，易受电力限制，也不利于野外作业；电子凸轮机构系统是由计算机实现凸轮机构的功能，可按不同的从动件的运动规律选择存储器中的凸轮轮廓曲线，输出运动不需要更换机器的物理部件,机构的输出柔性好，但是电子凸轮机构依赖计算机和伺服系统，不仅对控制系统要求高，而且同样受电力供应制约，不利于野外作业。混合输入驱动机构是指多自由度机构的输入由常速电机和伺服电机混合驱动,以实现机构精确的多任务输出，由于采用多台电机驱动，不仅成本较高，而且这类机构存在电力供电问题，影响了多自由度可控连杆机构在缺乏电力供应的野外场合的应用。其它一些多自由度机械，例如液压式工程机械，虽然可以由一台原动机通过液压或其他类似系统进行驱动，完成复杂轨迹输出，但这些系统也存在着漏油、漏气、震动、制造和维护保养成本高、工作效率易受环境温度影响等缺点。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，针对输出运动精度要求不高的场合，本发明提供一种支链停歇控制型多自由度连杆机构及其实现方法。能够实现单一定速运动输入，多自由度连杆机构复杂运动输出，且输出运动的轨迹可以随意改变，而且，避免因过度依赖计算机和伺服系统而造成的可靠度低、实用性差的缺点，并满足电力供应困难场合的应用，方便野外施工作业；此外，克服液压、气动等驱动系统漏油、漏气、震动、维护保养成本高、工作效率易受环境温度影响的缺点。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

一种支链停歇控制型多自由度连杆机构，由原动机、传动装置、多自由度连杆机构组成，所述多自由度连杆机构由两个或两个以上主动杆驱动，所述原动机仅限内燃机和电机，所述传动装置由分动箱、离合器、换向装置、减速器构成，所述多自由度连杆机构的主动杆由离合器和换向装置实现控制。

所述多自由度连杆机构为五杆机构，由第一主动杆、第二主动杆、第二连杆、第一连杆、机架构成。所述第一主动杆一端通过第一转动副与机架一端联接，第一主动杆另一端通过第二转动副与第一连杆一端联接，第一连杆另一端通过第三转动副与第二连杆联接，第二连杆通过第四转动副与第二主动杆一端联接，第二主动杆另一端通过第五转动副与机架另一端联接。

所述原动机驱动分动箱，分动箱第一输出端通过第一离合器、第一换向装置、第一减速器驱动第一主动杆，分动箱第二输出端通过离合器、第二换向装置、第二减速器驱动第二主动杆。

所述第一离合器、第二离合器主要用来接通或者断开从分动箱传递过来的动力，所述第一换向装置、第二换向装置主要用来切换动力的转动方向，实现所述多自由度连杆机构第一主动杆、第二主动杆正向转动与反向转动切换。所述第一减速器与第二减速器主要对从分动箱传递的动力进行降速增扭，即降低转速，增加扭矩，而且，选用带有自锁功能的减速器，以保证动力断开后，多自由度连杆机构各杆件保持静止状态。通过对第一离合器、第二离合器、第一换向装置、第二换向装置的协调配合，从而达到对第一主动杆和第二主动杆的控制，实现第一主动杆、第二主动杆转动的启动、停止以及正向转动和逆向转动的切换。

所述的支链停歇控制型多自由度连杆机构由原动机通过传动装置中的分动箱，将动力分配给多自由度连杆机构中的各个主动杆，解决几个主动杆由同一原动件驱动的问题，通过对传动装置中第一离合器、第二离合器、第一换向装置、第二换向装置的操控，实现多自由度连杆机构的运动控制，满足对输出运动精度要求不高的场合应用。工作时，原动机通过传动装置的分动箱将动力分配给多自由度连杆机构的各主动杆，通过传动装置的离合器、换向装置的人工操作控制，实现各主动杆均以定速驱动的状态，或者实现某些主动杆静止、其它主动杆定速驱动的状态。在各主动杆的正反向定速驱动、静止的离散变速驱动的作用下，实现多自由度连杆机构各支链均运动的状态，或者某支链运动停歇、余支链运动的状态。通过这些支链运动形式的组合，实现多自由度连杆机构输出复杂、可变的运动轨迹。当第二连杆上的铰孔为运动输出点时，通过单一的原动机输入运动，可以使该铰孔处实现可变的复杂轨迹运动柔性输出，不仅减少了原动机的使用数量，降低了成本，而且通过机械装置调整控制，避免了过度依赖计算机和伺服技术，提高了可靠性。采用内燃机为原动机，可以克服电力供应的限制，满足野外作业需要。

本发明突出优点在于：

1，本发明通过单台定速原动机即可对多自由度连杆机构进行驱动控制，解决了几个主动杆需几个变速原动件分别驱动和控制的问题，实现了单一定速运动输入，多自由度连杆机构的可变复杂运动轨迹输出，不仅减少了原动机的使用数量，降低了成本，而且通过机械装置调整控制，避免了对计算机和伺服系统的依赖，提高了可靠性，满足装载机、挖掘机等对工作精度要求不高的场合应用。

2、当原动机采用内燃机时，相比伺服电机驱动以及混合驱动方式，实用性更强，不仅不受电力供应限制，更加适合野外作业，而且相比伺服驱动系统成本更加低廉，同时由于采用离合器，具有过载保护功能。

3、主动杆只有“正向定速驱动”、“停止驱动（静止）”、“反向定速驱动”三种驱动状态，所以传动装置中不需要“变传动比装置”，既降低了成本，也操作方便，尤其适合挖掘机、装载机等由人工操作控制工作运动轨迹的场合。

4、不仅实现了单一定速运动输入多自由度连杆机构的可变复杂运动轨迹输出，而且还克服了因为采用液压或其他系统驱动而造成的漏油、漏气、震动、维护保养成本高、工作效率易受环境温度影响的缺点。

附图说明

图1为本发明所述的支链停歇控制型多自由度连杆机构的结构示意图。

图2为本发明所述的支链停歇控制型多自由度连杆机构的驱动系统结构框图。

图3为本发明所述的支链停歇控制型多自由度连杆机构的驱动系统俯视图。

图4为本发明所述的支链停歇控制型多自由度连杆机构的主视图。

图5为本发明所述的支链停歇控制型多自由度连杆机构的五连杆示意图。

图6为本发明所述的支链停歇控制型多自由度连杆机构的三维示意图。

图7为本发明所述的支链停歇控制型多自由度连杆机构的工作示意图。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

对照图1和图2，本发明所述的支链停歇控制型多自由度连杆机构，包括原动机10、传动装置和多自由度连杆机构。

所述原动机10为内燃机和电机。

所述传动装置由分动箱4、离合器、换向装置、减速器构成，

所述多自由度连杆机构的主动杆由离合器和换向装置实现控制。

对照图1、图3、图4、图5，所述多自由度连杆机构为五杆机构，由第一主动杆16、第二主动杆8、第二连杆12、第一连杆14、机架19构成。所述第一主动杆16一端通过第一转动副17与机架19一端联接，第一主动杆16另一端通过第二转动副15与第一连杆14一端联接，第一连杆14另一端通过第三转动副11与第二连杆12联接，第二连杆12通过第四转动副9与第二主动杆8一端联接，第二主动杆8另一端通过第五转动副18与机架19另一端联接。

对照图1、图3，所述原动机10驱动分动箱4，分动箱4第一输出端20通过第一离合器3、第一换向装置2、第一减速器1驱动第一主动杆16，分动箱4第二输出端21通过离合器5、第二换向装置6、第二减速器7驱动第二主动杆8。

对照图1、图2，所述第一离合器3、第二离合器5主要用来接通或者断开从分动箱4传递过来的动力，所述第一换向装置2、第二换向装置6主要用来切换动力的转动方向，实现所述多自由度连杆机构第一主动杆16、第二主动杆8正向转动与反向转动切换，因此，换向装置可以选用含正反向输出功能的齿轮箱。所述第一减速器1与第二减速器7主要对从分动箱4传递的动力进行降速增扭，即降低转速，增加扭矩，为保证动力断开后，多自由度连杆机构各杆件保持静止状态，选用带有自锁功能的减速器。通过对第一离合器3、第二离合器5、第一换向装置2、第二换向装置6的协调配合，从而达到对第一主动杆16和第二主动杆8的控制，实现第一主动杆16、第二主动杆8转动的启动、停止以及正向转动和反向转动的切换。

对照图1、图2、图6,、图7，所述的支链停歇控制型多自由度连杆机构，由原动机10通过传动装置中的分动箱4将动力分配给多自由度连杆机构中的各个主动杆，实现几个主动杆由一个原动机驱动。通过对传动装置中第一离合器3、第二离合器5、第一换向装置2、第二换向装置6的操控，实现多自由度连杆机构的运动控制。由于通过离合器、换向装置仅能达到动力通断和方向切换，因此多自由度连杆机构的各主驱动杆是处于正反向定速驱动和停止驱动的离散式变速驱动状态。这不同于伺服电机、步进电机等连续变速驱动。这种机构特别适合作为工作精度要求不高、运动轨迹由人工操作控制的挖掘机、装载机等的工作机构。这种机构可使这类挖掘机、装载机等机械的成本大幅降低，同时可直接使用内燃机作为原动机，克服电力供应限制，满足野外作业需要。

Claims (2)

1.一种支链停歇控制型多自由度连杆机构，所述一种支链停歇控制型多自由度连杆机构，由原动机、传动装置、多自由度连杆机构组成，

所述原动机为单台内燃机或者单台电机，

所述传动装置由分动箱、离合器、换向装置、减速器构成，

所述多自由度连杆机构为五杆机构，由第一主动杆、第二主动杆、第二连杆、第一连杆、机架构成，所述第一主动杆一端通过第一转动副与机架一端联接，第一主动杆另一端通过第二转动副与第一连杆一端联接，第一连杆另一端通过第三转动副与第二连杆联接，第二连杆通过第四转动副与第二主动杆一端联接，第二主动杆另一端通过第五转动副与机架另一端联接，

所述多自由度连杆机构的主动杆由离合器和换向装置控制。

2.根据权利要求1所述的支链停歇控制型多自由度连杆机构的控制方法，其特征在于：

所述原动机通过传动装置的分动箱将动力分配给多自由度连杆机构的各主动杆，通过传动装置的离合器、换向装置的人工操作控制，可实现各主动杆均以定速驱动的状态，也可实现某些主动杆静止、其它主动杆定速驱动的状态，这种多自由度连杆机构的各主动杆由离合器、换向装置控制的驱动运动，只具备正反向定速驱动、静止的离散变速驱动状态，在此几种主动杆驱动状态的作用下，实现多自由度连杆机构各支链均运动的状态，或者某支链运动停歇、余支链运动的状态，通过这些支链运动形式的组合，实现多自由度连杆机构输出复杂、可变的运动轨迹。

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