CN104817024A - 具有变胞功能的六自由度起重机 - Google Patents

Abstract

具有变胞功能的六自由度起重机，包括起重吊臂机构、吊臂伸缩机构和变胞控制机构。所述起重吊臂机构由起重臂和吊臂组成，可使起重机完成集装箱的抓取、吊运和卸货等空间操作；所述并联的吊臂伸缩机构由三个串联的机构子链组成；所述变胞控制机构由连杆连接而成，并与起重吊臂机构进行运动合成；机构采用机构式连接使起重机具有结构紧凑、可靠性高，能有效克服液压起重机液压元件加工精度要求高、维修保养成本高、可靠度低，易漏油等缺点，同时本发明具有控制简单的优点、工作空间大等优点，能广泛应用于集装箱的抓取、吊运和卸货等复杂作业。

Description

具有变胞功能的六自由度起重机

技术领域

本发明涉及起重机械领域，特别是具有变胞功能的六自由度起重机。

背景技术

起重机属于物料搬运机械，是在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械，又称吊车。起重机能在一个工作循环中完成取料、运移、卸载等动作，在市场上的发展和使用越来越广泛。传统的起重机都是通过伸缩油缸、俯仰油缸的联合驱动完成工作任务，但是这种起重机均采用纯液压传动式，其液压系统存在着零部件加工装配要求高、漏洞等明显缺点，并且传统起重机采用开链式串联结构，具有刚性差、可靠度低、累积误差大等缺点。

变胞机构把能在瞬时使机构有效构件数或自由度数发生变化，从而产生新构型的机构。变胞机构是一类具有多功能阶段变化、多拓扑结构变化、多自由度变化等特征的机构。将其应用于起重机研究发明的具有变胞六自由度起重机构，可按不同阶段的工作需求改变其执行机构的拓扑结构，实现多种运动轨迹的输出，完成传统两自由度液压起重机铲装、翻转、抬升、卸料等工作任务，并且机机构连杆式的变胞机构还可以克服传统起重机漏油、动力性差等缺点。

本发明通过起重吊臂机构和并联的吊臂伸缩机构，通过这两个机构的配合，可以完成集装箱的抓取操作和运动控制，本发明具有变胞功能的六自由度起重机具有结构紧凑，可靠性高，控制简单的优点，工作空间大，适用于许多零件抓取场合，可以得到多种运动轨迹输出，机构采用机构式闭链连接，不会漏油和产生累积误差。

发明内容

本发明的目的在于提供具有变胞功能的六自由度起重机，以满足不同工作阶段中复杂轨迹输出和频繁载荷变化要求，包括起重吊臂机构和吊臂伸缩机构。所述起重吊臂机构由起重臂和吊臂组成，可使起重机完成集装箱的抓取、吊运和卸货等空间操作；所述并联的吊臂伸缩机构由三个串联的机构子链组成；所述变胞控制机构由连杆连接而成，并与起重吊臂机构进行运动合成；机构采用机构式连接使起重机具有结构紧凑、可靠性高，能有效克服液压起重机液压元件加工精度要求高、维修保养成本高、可靠度低，易漏油等缺点，同时本发明具有控制简单的优点、工作空间大等优点，能广泛应用于集装箱的抓取、吊运和卸货等复杂作业。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

具有变胞功能的六自由度起重机，由起重吊臂机构、吊臂伸缩机构和变胞控制机构组成。

所述起重吊臂机构由起重机车体、第一滑块、起重臂、吊臂和起重装卸钳连接而成，第一滑块一端通过第一转动副与起重机车体中部连接端连接，起重臂第一个连接端通过第二转动副与第一滑块另一端连接，起重臂第二个连接端通过第三转动副与吊臂一端连接，吊臂另一端通过第一球副与起重装卸钳连接。

所述吊臂伸缩机构由起重机车体、起重臂、第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆、第一球铰摇杆、第二球铰摇杆和第三球铰摇杆连接而成，第一主动杆一端通过第四转动副与起重机车体前端连接，第一主动杆另一端通过第二球副与第一球铰摇杆一端连接，第一球铰摇杆另一端通过第三球副与起重臂第三个连接端连接，第二主动杆一端通过第五转动副与起重机车体后端连接，第二主动杆另一端通过第四球副与第二球铰摇杆一端连接，第二球铰摇杆另一端通过第五球副与起重臂第四个连接端连接，第三主动杆一端通过第六转动副与起重机后端连接，第三主动杆另一端通过第六球副与第三球铰摇杆一端连接，第三球铰摇杆另一端通过第七球副与起重臂第五个连接端连接。

所述变胞控制机构由起重臂、第四主动杆、变胞连杆、第二滑块和吊臂连接而成，并与起重吊臂机构进行运动合成；第四主动杆一端通过第七转动副与起重臂连接，第四主动杆另一端通过第八转动副与变胞连杆一端连接，变胞连杆另一端通过第九转动副与第二滑块一端连接，第二滑块另一端通过第一移动副与吊臂上的移动槽连接。

所述起重机变胞功能实现方法由以下步骤构成：变胞控制机构由第四主动杆驱动，第四主动杆与起重臂、变胞连杆、第二滑块、吊臂组成五杆机构，变胞连杆在第四主动杆驱动下，把运动传递给第二滑块，控制第二滑块在吊臂上进行运动；第二滑块运动到吊臂上极限位置上，第四主动杆、变胞连杆第二滑块与起重臂和吊臂固结成一个构件，构成第一变胞形态；第二滑块运动到吊臂下极限位置上，第四主动杆和变胞连杆与起重臂固结成一个构件，构成第二变胞形态，组成二杆机构；根据运动控制的需要，第四主动杆继续转动，产生的可以多种控制的运动轨迹，实现变胞功能。

上述结构中，通过三个串联的机构子链组成的吊臂伸缩机构的位置变化而实现起重机的伸缩，变胞控制机构与起重吊臂机构进行运动合成；通过起重臂和吊臂组成的起重吊臂机构的空间运动，实现起重机对集装箱的抓取、吊运和卸货等复杂作业，同时输出多种运动轨迹。

所述第一转动副、第四转动副、第五转动副和第六转动副位于起重机车体上，且第一转动副垂直于起重机车体，第四转动副、第五转动副、第六转动副、第七转动副、第八转动副和第九转动副相互平行且平行于起重机车体，所述第二转动副和第三转动副位于起重臂上且相互平行。

本发明的突出优点在于：

1、具有变胞功能的六自由度起重机的三个主动杆可由伺服电机驱动，以及其它方式驱动，驱动方式灵活多变，有利于起重机的控制；

2、本发明使用多个球铰接和球铰摇杆，控制简单，可靠性高，形成的并联的吊臂伸缩机构累积误差小，大大增加了起重机的刚度；

3、本发明采用闭链传动的形式，有效了降低了各个构件的重量，具有运动惯量小、轨迹输出灵活、工作可靠、精度高等优点；

4、本发明通过一个带铰链的吊臂和起重装卸钳连接，机构具有多自由度和多活动度，可使抓取、吊运和装卸等工作的灵活度更高，工作空间更大，动力性能更好且易于控制；

5、本发明通过机构式操作完成起重机的工作任务，可克服加工装配困难、漏油和维修成本高等缺点。

6、利用变胞原理设计的六自由度起重机，可以实现多种运动轨迹输出，并且控制简单，保养维护方便，节能能源。

附图说明

图1为本发明所述具有变胞功能的六自由度起重机的一种实施方式的立体结构示意图。

图2为本发明所述具有变胞功能的六自由度起重机的工作初始状态示意图。

图3为本发明所述具有变胞功能的六自由度起重机的工作初始状态正视图。

图4为本发明所述具有变胞功能的六自由度起重机的抓取工作状态示意图。

图5为本发明所述具有变胞功能的六自由度起重机的抓取工作状态正视图。

图6为本发明所述具有变胞功能的六自由度起重机的上极限位置第一变胞形态工作状态举升和翻转正视图。

图7为本发明所述具有变胞功能的六自由度起重机的变胞形态工作状态举升和翻转正视图。

图8为本发明所述具有变胞功能的六自由度起重机的下极限位置第二变胞形态工作状态举升和翻转正视图。

图9为本发明所述具有变胞功能的六自由度起重机的卸载工作状态示意图。

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2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9，具有变胞功能的六自由度起重机，其结构和连接方式为：

具有变胞功能的六自由度起重机，由起重吊臂机构、吊臂伸缩机构和变胞控制机构组成。

所述起重吊臂机构由起重机车体1、第一滑块2、起重臂3、吊臂6和起重装卸钳22连接而成，第一滑块2一端通过第一转动副14与起重机车体1中部连接端连接，起重臂1第一个连接端通过第二转动副15与第一滑块2另一端连接，起重臂3第二个连接端通过第三转动副17与吊臂6一端连接，吊臂6另一端通过第一球副21与起重装卸钳22连接。

所述吊臂伸缩机构由起重机车体1、起重臂3、第一主动杆8、第二主动杆10、第三主动杆12、第一球铰摇杆9、第二球铰摇杆11和第三球铰摇杆13连接而成，第一主动杆8一端通过第四转动副27与起重机车体1前端连接，第一主动杆8另一端通过第二球副24与第一球铰摇杆9一端连接，第一球铰摇杆9另一端通过第三球副25与起重臂3第三个连接端连接，第二主动杆10一端通过第五转动副25与起重机车体1后端连接，第二主动杆10另一端通过第四球副26与第二球铰摇杆11一端连接，第二球铰摇杆11另一端通过第五球副27与起重臂3第四个连接端连接，第三主动杆12一端通过第六转动副28与起重机后端连接，第三主动杆12另一端通过第六球副29与第三球铰摇杆一端连接，第三球铰摇杆13另一端通过第七球副30与起重臂3第五个连接端连接。

所述变胞控制机构由第四主动杆4、变胞连杆5、第二滑块6和吊臂7连接而成，并与起重吊臂机构进行运动合成；第四主动杆4一端通过第七转动副16与起重臂3连接，第四主动杆4另一端通过第八转动副18与变胞连杆5一端连接，变胞连杆5另一端通过第九转动副19与第二滑块6一端连接，第二滑块6另一端通过第一移动副20与吊臂7上的移动槽连接。

所述起重机变胞功能实现方法由以下步骤构成：变胞控制机构由第四主动杆驱动，第四主动杆与起重臂、变胞连杆、第二滑块、吊臂组成五杆机构，变胞连杆在第四主动杆驱动下，把运动传递给第二滑块，控制第二滑块在吊臂上进行运动；第二滑块运动到吊臂上极限位置上，第四主动杆、变胞连杆第二滑块与起重臂和吊臂固结成一个构件，构成第一变胞形态；第二滑块运动到吊臂下极限位置上，第四主动杆和变胞连杆与起重臂固结成一个构件，构成第二变胞形态，组成二杆机构；根据运动控制的需要，第四主动杆继续转动，产生的可以多种控制的运动轨迹，实现变胞功能。

上述结构中，通过三个串联的机构子链组成的吊臂伸缩机构的位置变化而实现起重机的伸缩，变胞控制机构与起重吊臂机构进行运动合成；通过起重臂和吊臂组成的起重吊臂机构的空间运动，实现起重机对集装箱的抓取、吊运和卸货等复杂作业，同时输出多种运动轨迹。

所述第一转动副、第四转动副、第五转动副和第六转动副位于起重机车体上，且第一转动副垂直于起重机车体，第四转动副、第五转动副、第六转动副、第七转动副、第八转动副和第九转动副相互平行且平行于起重机车体，所述第二转动副和第三转动副位于起重臂上且相互平行。

如图2和图3所示，本发明处于准备工作的初始状态，起重臂3和吊臂4都处于低位，吊臂伸缩机构处于准备支撑起重臂状态。

如图4和图5所示，本发明在吊臂伸缩机构的驱动支撑下，完成对预定位置集装箱的抓取和举升作业。

如图6所示，变胞控制机构中第二滑块运动到吊臂上极限位置上，第四主动杆、变胞连杆第二滑块与起重臂和吊臂固结成一个构件，构成第一变胞形态。

如图7所示，变胞控制机构中第二滑块运动在吊臂的滑动槽内运动，控制连杆进行集装箱的进一步抓取、举升和翻转工作，实现多转动轨迹输出。

如图8所示，变胞控制机构中第二滑块运动到吊臂下极限位置上，第四主动杆和变胞连杆与起重臂固结成一个构件，构成第二变胞形态，组成二杆机构。

如图9所示，本发明在吊臂伸缩机构的驱动支撑下，完成对集装箱的翻转和装卸。

本发明设计的具有变胞功能的六自由度起重机在完成装卸任务以后，复位到如图2所示的初始状态，准备下一次的抓取、举升和装卸任务。

Claims (1)

1.具有变胞功能的六自由度起重机，其特征在于：所述起重吊臂机构由起重机车体、第一滑块、起重臂、吊臂和起重装卸钳连接而成，第一滑块一端通过第一转动副与起重机车体中部连接端连接，起重臂第一个连接端通过第二转动副与第一滑块另一端连接，起重臂第二个连接端通过第三转动副与吊臂一端连接，吊臂另一端通过第一球副与起重装卸钳连接，

所述吊臂伸缩机构由起重机车体、起重臂、第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆、第一球铰摇杆、第二球铰摇杆和第三球铰摇杆连接而成，第一主动杆一端通过第四转动副与起重机车体前端连接，第一主动杆另一端通过第二球副与第一球铰摇杆一端连接，第一球铰摇杆另一端通过第三球副与起重臂第三个连接端连接，第二主动杆一端通过第五转动副与起重机车体后端连接，第二主动杆另一端通过第四球副与第二球铰摇杆一端连接，第二球铰摇杆另一端通过第五球副与起重臂第四个连接端连接，第三主动杆一端通过第六转动副与起重机后端连接，第三主动杆另一端通过第六球副与第三球铰摇杆一端连接，第三球铰摇杆另一端通过第七球副与起重臂第五个连接端连接，所述变胞控制机构由起重臂、第四主动杆、变胞连杆、第二滑块和吊臂连接而成，并与起重吊臂机构进行运动合成；第四主动杆一端通过第七转动副与起重臂连接，第四主动杆另一端通过第八转动副与变胞连杆一端连接，变胞连杆另一端通过第九转动副与第二滑块一端连接，第二滑块另一端通过第一移动副与吊臂上的移动槽连接。