CN104047316A - 具有主动变胞功能的多自由度可控挖掘机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有主动变胞功能的多自由度可控挖掘机构，第二主动件一端连接到机架上，另一端与第二连杆连接，第二连杆另一端通过第十转动副与第三连杆连接，第三连杆的另一端连接到第四连杆上，第四连杆的另一端连接到铲斗上；第一主动件一端连接到机架上，另一端与第一连杆连接，第一连杆的另一端连接在第三连杆上；斗杆一端与铲斗连接，另一端连接在第一连杆上；大臂一端通过第一转动副连接在机架上，另一端与斗杆连接；两个电磁锁紧装置分别安装在第一转动副和第十转动副上。本发明采用两个电磁锁紧装置，能根据不同的作业工况主动变胞，不仅具备液压挖掘机的灵活性，而且利用两主动件即可实现三自由度挖掘作业，降低了挖掘机构造价。

Description

具有主动变胞功能的多自由度可控挖掘机构

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别是一种具有主动变胞功能的多自由度可控挖掘机构。

背景技术

挖掘机是一种常见的工程机械，主要用于各种土方施工中。其中液压挖掘机是应用最广泛的一类挖掘机，但是液压系统制造成本高，易出现漏油等问题，这些都是液压式挖掘机长期存在的棘手问题。而传统单自由度机械式挖掘机，俗称“电铲”，只能实现简单且不能变化的轨迹输出，因此不能像液压式挖掘机那样在广泛的领域获得应用。

随着电机技术的发展和控制技术的提高，可控机构为工程机械提供了广阔的发展空间，由控制电机驱动的多自由度可控机构不仅具有工作空间大、动作灵活、可完成复杂和可变的运动轨迹输出，同时还具有制造成本低，维护保养简单等优点，可控机构式挖掘机由于用多自由度连杆机构取代了液压传动，避免了液压系统加工精度要求高，维护保养成本高，容易产生漏油等问题。但是，现有可控机构式挖掘机主要依靠多自由度的连杆机构工作，以往对多自由度连杆机构进行控制，往往需要用与连杆机构自由度同等数量的控制电机进行驱动控制，不仅大大增加了制造成本，而且增加了机架传动系统的复杂性，这些缺点对多自由度可控机构在工程机械领域的应用有一定制约。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有主动变胞功能的多自由度可控挖掘机构，首先应具有传统液压挖掘机工作空间大、挖掘力大、受力好等优点，克服传统液压挖掘机维修保养成本高、作业噪音大、液压元件成本高、反应不够灵敏等缺点，同时，还应降低主动件的使用数量，以降低可控电机数量，降低挖掘机构制造成本。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种具有主动变胞功能的多自由度可控挖掘机构，包括机架、大臂摆动机构、斗杆举降机构、铲斗翻转机构、第一电磁锁紧装置和第二电磁锁紧装置；

所述铲斗翻转机构包括铲斗和翻转机构，翻转机构包括第二主动件、第二连杆、第三连杆和第四连杆，第二主动件一端通过第八转动副连接到机架上，另一端通过第九转动副与第二连杆一端连接，第二连杆另一端通过第十转动副连接到第三连杆一端上，第三连杆的另一端通过第十一转动副连接到第四连杆一端上，第四连杆的另一端通过第十二转动副连接到铲斗上；

所述斗杆举降机构包括第一主动件、第一连杆和斗杆，第一主动件的一端通过第四转动副连接到机架上，另一端通过第五转动副与第一连杆一端连接，第一连杆的另一端通过第六转动副连接在第三连杆上；斗杆一端通过第三转动副与铲斗连接，斗杆的另一端通过第七转动副连接在第一连杆上；

所述大臂摆动机构包括大臂，所述大臂一端通过第一转动副连接在机架上，另一端通过第二转动副与斗杆连接；

所述的第一电磁锁紧装置和第二电磁锁紧装置分别安装在第一转动副和第十转动副上，用于挖掘机构进行不同的工况时实现适时锁紧；

所述第一主动件和第二主动件分别由伺服电机驱动。

本发明在各挖掘工况作业中，大臂摆动时，第一电磁锁紧装置打开，第一转动副恢复自由度，第二电磁锁紧装置锁紧，第十转动副锁紧，失去自由度，此时，大臂在第一主动件作用下摆动。铲斗单独摆动时，第一电磁锁紧装置和第二电磁锁紧装置锁紧，第一转动副和第十转动副失去自由度，大臂、斗杆相对机架失去自由度，此时铲斗在第二主动件驱动下实现翻转。斗杆和铲斗复合挖掘作业时，第一电磁锁紧装置锁紧，第一转动副失去自由度，大臂相对机架失去自由度，铲斗及斗杆在第一主动件、第二主动件作用下根据作业情况摆动进行挖掘作业。在整个挖掘作业过程中，两个电磁锁紧装置根据不同的作业工况，适当的锁紧、打开，共同完成挖掘作业。

本发明的突出优点在于：

1、本发明利用连杆传动替代液压传动，解决了传统挖掘机保养成本高，液压元件成本高，作业噪音大等缺点；

2、本发明采用在连杆机构上加装电磁锁紧装置实现挖掘机构主动变胞功能，使该挖掘机构根据不同工况锁定某些转动副，适时降低了挖掘机构的自由度，从而减少了可控电机的使用数量。相比其他多自由度可控挖掘机构，本发明利用两台可控电机即可完成三自由度挖掘作业，不仅大大降低了可控挖掘机构的造价，而且降低了机架传动系统的复杂性，更加适用于制造各类挖掘机及其他工程机械；

3、本发明主动件驱动方式灵活多变，可选用伺服电机驱动，混合驱动等驱动形式，不仅环保，而且易于实现远程控制，降低工人劳动强度。

附图说明

图1为本发明所述的具有主动变胞功能的多自由度可控挖掘机构示意图。

图2为本发明所述的具有主动变胞功能的多自由度可控挖掘机构的大臂摆动机构和斗杆举降机构示意图。

图3为本发明所述的具有主动变胞功能的多自由度可控挖掘机构的铲斗翻转机构示意图。

图4为本发明所述的具有主动变胞功能的多自由度可控挖掘机构的立体图。

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4，本发明所述的一种具有主动变胞功能的多自由度可控挖掘机构，包括机架22、大臂摆动机构、斗杆举降机构、铲斗翻转机构、第一电磁锁紧装置24和第二电磁锁紧装置23。

对照图1和图2，所述大臂摆动机构包括大臂16，大臂16通过第一转动副18连接在机架22上，另一端通过第二转动副14与斗杆13连接。

对照图1和图2，所述斗杆举降机构包括第一主动件20、第一连杆17和斗杆13，斗杆13通过第三转动副12连接在铲斗11上，斗杆13的另一端通过第七转动副15连接在第一连杆17上。第一主动件20的一端通过第四转动副21连接到机架22上，另一端通过第五转动副19与第一连杆17连接，第一连杆17的另一端通过第六转动副6连接在第三连杆7上。

对照图1和图3，所述铲斗翻转机构包括铲斗11和翻转机构，铲斗11通过第三转动副12连接到斗杆13上，翻转机构包括第二主动件2、第二连杆4、第三连杆7和第四连杆9，第二主动件2一端通过第八转动副1连接到机架22上，另一端通过第九转动副3与第二连杆4连接，第二连杆4另一端通过第十转动副5连接到第三连杆7上，第三连杆7的另一端通过第十一转动副8连接第四连杆9上，第四连杆9的另一端通过第十二转动副10到铲斗11上。

所述的第一电磁锁紧装置24和第二电磁锁紧装置23分别安装在第一转动副18和第十转动副5上，按照挖掘机构不同的工况进行适时锁紧。

所述第一主动件20和第二主动件2分别由伺服电机驱动。

本发明的工作原理是：大臂16摆动时，第一电磁锁紧装置24打开，第一转动副18恢复自由度，第二电磁锁紧装置23锁紧，第十转动副5锁紧，失去自由度，此时，大臂16在第一主动件20作用下摆动。铲斗11单独摆动时，第二电磁锁紧装置23和第一电磁锁紧装置24锁紧，第十转动副5和第一转动副18失去自由度，大臂16、斗杆13相对机架22失去自由度，此时铲斗11在第二主动件2驱动下实现翻转。斗杆13、铲斗11复合挖掘作业时，第一电磁锁紧装置24锁紧，第一转动副18失去自由度，大臂16相对机架22失去自由度，铲斗11及斗杆13在第一主动件20和第二主动件2的作用下根据作业情况摆动进行挖掘作业。在整个挖掘作业过程中，两个电磁锁紧装置根据不同的作业工况，适当的锁紧、打开，共同完成挖掘作业。

Claims (1)

1.一种具有主动变胞功能的多自由度可控挖掘机构，包括机架、大臂摆动机构、斗杆举降机构、铲斗翻转机构、第一电磁锁紧装置和第二电磁锁紧装置；其特征在于：

所述铲斗翻转机构包括铲斗和翻转机构，翻转机构包括第二主动件、第二连杆、第三连杆和第四连杆，第二主动件一端通过第八转动副连接到机架上，另一端通过第九转动副与第二连杆一端连接，第二连杆另一端通过第十转动副连接到第三连杆一端上，第三连杆的另一端通过第十一转动副连接到第四连杆一端上，第四连杆的另一端通过第十二转动副连接到铲斗上；

所述斗杆举降机构包括第一主动件、第一连杆和斗杆，第一主动件的一端通过第四转动副连接到机架上，另一端通过第五转动副与第一连杆一端连接，第一连杆的另一端通过第六转动副连接在第三连杆上；斗杆一端通过第三转动副与铲斗连接，斗杆的另一端通过第七转动副连接在第一连杆上；

所述大臂摆动机构包括大臂，所述大臂一端通过第一转动副连接在机架上，另一端通过第二转动副与斗杆连接；

所述的第一电磁锁紧装置和第二电磁锁紧装置分别安装在第一转动副和第十转动副上，用于挖掘机构进行不同的工况时实现适时锁紧；

所述第一主动件和第二主动件分别由伺服电机驱动。