CN110577164B

CN110577164B - 一种红外多臂架式旋转起重机

Info

Publication number: CN110577164B
Application number: CN201910721526.1A
Authority: CN
Inventors: 梅杰; 程文燕; 朱子瀚; 刘裕燊; 张旗顺; 付清晨; 陈清扬
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2019-08-06
Publication date: 2020-08-25
Anticipated expiration: 2039-08-06
Also published as: CN110577164A

Abstract

本发明提供一种红外多臂架式旋转起重机，包括底盘运动模块、机架平移模块、机架、旋转模块、红外定位模块和控制器，底盘运动模块包括底盘，底盘上设有前轮和后轮，一对前轮带动底盘在水平面上纵向方向移动，一对后轮通过转向机构驱动转向，机架平移模块设在底盘上驱动两座机架在水平面上横向方向移动，两座机架上设有第一转动杆，第一转动杆上设有旋转臂，旋转臂为多脚臂架，旋转臂末端上设有吊钩，两组旋转模块带动旋转臂旋转，红外定位模块用于测量本起重机与货物间的距离，控制器接收红外定位模块的信号并控制底盘运动模块、机架平移模块和旋转模块运动，通过旋转臂旋转实现多项货物一次性吊起，巧妙利用重力，减少能耗。

Description

一种红外多臂架式旋转起重机

技术领域

本发明涉及起重机技术领域，具体涉及一种红外多臂架式旋转起重机。

背景技术

世界起重机市场正进一步趋向一体化，我国作为世界重要的起重机制造产地，每年会向外出口大量的起重机设备。市场上现有的起重机不能同时吊起多个货物，这就一定程度上限制了起重机的工作效率。另外，现有的大多数起重机没有采用红外定位模块实现自动化，且很少采用旋转机架作为起升机构，而使用该机构能够很好地利用重力、减少功耗。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种红外多臂架式旋转起重机，通过旋转臂的交替旋转实现多项货物一次性吊起，巧妙利用重力，减少能耗；另外，本起重机采用红外测距传感器探测起重机与货物之间的距离，方便本起重机移动和调整吊钩与货物之间的相对位置，自动化程度高。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种红外多臂架式旋转起重机，包括底盘运动模块、机架平移模块、机架、旋转模块、红外定位模块和控制器；

所述底盘运动模块包括底盘，所述底盘上设有前轮和后轮，一对所述前轮通过第一电机驱动转动使得底盘在水平面上纵向方向移动，一对所述后轮通过转向机构驱动使得底盘转向；

所述机架平移模块设在所述底盘上，所述机架平移模块包括第二电机和第一带轮传送机构，两组所述第一带轮传送机构平行且间隔一定距离设置在所述底盘上，两组所述第一带轮传送机构通过第二电机驱动传动；

两座所述机架分别设在两组所述第一带轮传送机构外侧，所述机架包括底座、支撑杆和旋转臂，所述底座通过所述第一带轮传送机构驱动在水平面上横向方向移动，所述支撑杆底部固定在所述底座上，两个所述支撑杆顶部间穿设有第一转动杆，所述旋转臂套设在所述第一转动杆上随第一转动杆旋转，所述旋转臂为多脚臂架，所述旋转臂的多个末端均挂设有吊钩；

两组所述旋转模块分别安装在两个所述底座上用于驱动所述第一转动杆旋转；

所述红外定位模块包括红外线测距传感器，所述红外线测距传感器用于测量本起重机与货物间的距离；

所述控制器用于收红外线测距传感器的信号并控制所述底盘运动模块、所述机架平移模块和所述旋转模块运动。

进一步的，所述第二电机的输出轴上设有第一齿轮，所述底座上设有与所述第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第一带传送机构包括第一带轮、第二带轮和套设在第一带轮和第二带轮上的第一传送带，所述第二齿轮的齿轮轴向两端延伸分别穿过两个所述第一带轮形成两个所述第一带轮的轮轴。

进一步的，所述底座向外伸出有移动板，所述移动板与所述第一传送带固定。

进一步的，所述旋转模块包括第三电机和第二带轮传送机构，所述第二带轮传动机构包括第三带轮和第四带轮，所述第三带轮的转轴与所述第三电机的输出轴连接，所述第四带轮套设在所述第一转动杆一端，所述第三带轮和所述第四带轮套在第二皮带上张紧。

进一步的，两个所述旋转臂间隔一定距离套设在所述第一转动杆上，两个所述旋转臂相对的末端间设有第二转动杆，每一所述第二转动杆两端铰接有夹持杆，中部挂设有平面四连杆机构，所述平面四连杆机构包括第一铰接点、第二铰接点、第三铰接点和第四铰接点，所述第一铰接点与所述第二转动杆铰接，所述第二铰接点和所述第四铰接点分别与两个夹持杆间铰接有第一连杆，所述吊钩挂在所述第三铰接点上。

进一步的，所述第一铰接点和所述第四铰接点间设有复位弹簧。

进一步的，所述转向机构包括舵机、第二连杆和第三连杆，所述舵机安装在底座上且输出轴竖直向上伸出，所述第二连杆的中部固定在舵机的输出轴上，所述第二连杆的两端分别与两个所述第三连杆的一端铰接，两个所述第三连杆的另一端分别与一对所述后轮的轮轴铰接。

进一步的，所述第一电机的输出轴上设有第三齿轮，所述底盘上设有与所述第三齿轮啮合的第四齿轮，所述第四齿轮的齿轮轴向两端延伸分别穿过一对所述前轮形成一对所述前轮的轮轴。

进一步的，所述吊钩相对于水平面倾斜15到20度。

进一步的，所述吊钩的末端设有细针。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1.本发明所述的一种红外多臂架式旋转起重机，采用红外线测距传感器测量货物与本起重机的距离，通过红外定位自动调整本起重机与货物的相对位置，消除了遥控操作的误差，提高了成功率，自动化程度高。

2.本发明所述的一种红外多臂架式旋转起重机，设计了平面四连杆机构和夹持杆，利用货物自身的重力作用在吊运时夹紧货物，增加稳定性，避免摇摆；并在平面四连杆机构间设置复位弹簧，在放置货物时使平面四连杆机构自动恢复原状。

3.本发明所述的一种红外多臂架式旋转起重机，通过一对前轮通过第一电机驱动转动使得底盘在水平面上纵向方向移动，一对后轮通过转向机构驱动转向，使得本起重机移动自由灵活。方向路线出现偏差时可及时调整。

4.本发明所述的一种红外多臂架式旋转起重机，通过安装在两个底座上的两个旋转模块上驱动第一转动杆旋转，形成旋转式起升结构，使得货物两侧产生重力矩平衡，减小电机功率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明机架和旋转模块连接的结构示意图；

图3为本发明第二转向杆和吊钩连接的结构示意图；

图4为本发明底盘运动模块的结构示意图；

图5为本发明转向机构驱动后轮转向的示意图；

图6为本发明载荷变化动力学仿真结果图；

图7为本发明吊钩静力学仿真图；

图8为本发明第二转动杆静力学仿真图；

图9为本发明第一转动杆静力学仿真图。

其中：100、底盘运动模块；110、底盘；120、前轮；130、后轮；140、第一电机；150、第三齿轮；160、第四齿轮；170、转向机构；171、舵机；172、第二连杆；173、第三连杆；180、滑动杆；

200、机架平移模块；210、第二电机；220、第一齿轮；230、第二齿轮；240、第一带轮传送机构；241、第一带轮；242、第二带轮；243、第一传送带；

300、机架；310、底座；311、滑块；312、支撑板；320、支撑杆；330、移动板；340、第一转动杆；350、旋转臂；360、吊钩；361、细针；370、第二转动杆；380、夹持杆；390、平面四连杆机构；391、第一铰接点；392、第二铰接点；393、第三铰接点；394、第四铰接点；395、复位弹簧；396、第一连杆；

400、旋转模块；410、第三电机；420、第二带轮传送机构；421、第三带轮；422、第四带轮；423、第二传送带；

500、红外定位模块；510、红外线测距传感器；

600、控制器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参照图1-图5所示，一种红外多臂架式旋转起重机，包括底盘运动模块100、机架平移模块200、机架300、旋转模块400、红外定位模块500和控制器600(图中未示出)。

参照图1-图5所示，底盘运动模块100包括底盘110，底盘110上设有前轮120和后轮130，一对前轮120通过第一电机140驱动转动使得底盘110在水平面上纵向方向移动，一对后轮130通过转向机构170驱动使得底盘110转向。两座机架300和机架平移模块200设在底盘110上，机架平移模块200驱动两座机架300在水平面上横向方向移动，机架300上设有旋转模块400，两座机架300间设有第一转动杆340，第一转动杆340通过旋转模块400驱动转动。红外定位模块500包括红外线测距传感器510，红外线测距传感器510用于测量本起重机与货物间的距离。控制器600(图中未示出)用于收红外线测距传感器510的信号并控制底盘运动模块100、机架平移模块200和旋转模块400运动。

参照图1和图4所示，具体的，机架平移模块200设在底盘110上，机架平移模块200包括第二电机210和第一带轮传送机构240，两组第一带轮传送机构240平行且间隔一定距离设置在底盘110上，两组第一带轮传送机构240通过第二电机210驱动传动。第二电机210安装在底座310上，第二电机210输出轴的轴向方向为水平面内纵向方向，第二电机210的输出轴上设有第一齿轮220，底盘310上设有与第一齿轮220啮合的第二齿轮230，第一带轮传送机构240包括第一带轮241、第二带轮242和套设在第一带轮241和第二带轮242上的第一传送带243，第二齿轮230的齿轮轴向两端延伸分别穿过两个第一带轮241形成两个第一带轮241的轮轴。通过第二电机210的输出轴转动带动第一齿轮220转动，进而带动与第一齿轮220啮合的第二齿轮230转动，带动两组第一带轮传送机构240的第一带轮241转动，从而带动第二带轮242和第一传送带243运动。

优选的，第一带轮241和第二带轮242可为齿形带轮，第一传送带243为齿形带，使得第一带轮241和第二带轮242与第一传送带243间没有相对滑动，且传动平稳。

参照图1、图2和图4所示，两座机架300分别设在两组第一带轮传送机构240外侧，机架300包括底座310、支撑杆320、旋转臂350，底座310通过第一带轮传送机构240驱动在水平面上横向方向移动。具体的，第一带轮传送机构240外侧设有滑动杆180，滑动杆180的两端通过固定座固定在底盘110上，滑动杆180的轴向方向与第二电机210的输出轴方向垂直，底座310套设在滑动杆180上且可在滑动杆180上滑动，底座310向外伸出有移动板330，移动板330与第一传送带243固定。支撑杆320底部固定在底座310上，两个支撑杆320顶部间穿设有第一转动杆340，旋转臂350套设在第一转动杆340上随第一转动杆340旋转。具体的，旋转臂350通过法兰盘套设在第一转动杆340上，法兰盘穿过第一转动杆340与旋转臂350通过螺栓固定，第一转动杆340带动法兰盘转动进而带动旋转臂350转动。旋转臂350为多脚臂架，旋转臂的多个末端均挂设有吊钩360。通过移动板330与第一传送带243固定，使得第一传送带243在移动过程中带动移动板330移动，进而带动底座310在滑动杆180上滑动，实现底座310及底座310上的部件在水平面上横向方向移动。

本发明中，旋转臂350为三脚臂架，旋转臂350的相邻末端夹角分别为110度、110度和140度。

参照图1和图2所示，两组旋转模块400分别安装在两个底座310上用于驱动第一转动杆340旋转。具体的，旋转模块400包括第三电机410和第二带轮传送机构420，第二带轮传动机构420包括第三带轮421和第四带轮422，第三电机410安装在底座310上，第三带轮421套设在第三电机410的输出轴上，第四带轮422套设在第一转动杆340一端，第三带轮421和第四带轮422套在第二传送带423上张紧。通过第三电机410的输出轴转动带动第三带轮421转动，进而带动第四带轮422转动，从而带动第一转动杆340转动。

参照图1-图3所示，两个旋转臂350间隔一定距离套设在第一转动杆340上，两个旋转臂350相对的末端间设有第二转动杆370，第二转动杆370两端分别固定在两个旋转臂350的两个末端内侧，第一转动杆340转动会带动两个旋转臂350同时转动，进而带动第二转动杆370以第一转动杆340为中心转动。每一第二转动杆370两端铰接有夹持杆380，中部挂设有平面四连杆机构390，平面四连杆机构390包括第一铰接点391、第二铰接点392、第三铰接点393和第四铰接点394，第一铰接点391与第二转动杆370铰接，第二铰接点392和第四铰接点394分别与两个夹持杆380间铰接有第一连杆396，第一连杆396一端与第四铰接点394铰接，另一端与夹持杆380中部铰接，吊钩360挂在第三铰接点393上。在通过吊钩360吊取货物时，平面四连杆机构390会受到货物的重力作用产生拉伸变形，使得第二转动杆370两端的夹持杆380均向内侧收缩，帮助减少货物的摇晃。

参照图3所示，为了使货物脱钩后，平面四连杆机构390恢复到初始状态，第一铰接点391和第四铰接点394间设有复位弹簧395。

参照图1和图2所示，为了提高机架300的稳定性，底座310包括滑块311和支撑板312，两个滑块311上均设有贯通的通孔，两个滑块311间隔一定距离套设在滑动杆180上，支撑板312设在两个滑块311间并与两个滑块311固定，支撑板312向外伸出有与第一传送带243固定的移动板330。支撑杆320为A字形结构，支撑杆320的两底部分别固定在两个滑块311上，第一转动杆340架设在两个支撑杆320的顶部间。

参照图1和图4所示，一对前轮120通过第一电机140驱动转动使得底盘110在水平面上纵向方向移动。具体的，第一电机140安装在底座310上，第一电机140的输出轴上设有第三齿轮150，底座310上设有与第三齿轮150啮合的第四齿轮160，第四齿轮160的齿轮轴向两端延伸分别穿过一对前轮120形成一对前轮120的轮轴。通过第一电机140的输出轴转动带动第三齿轮150转动，进而带动与第三齿轮150啮合的第四齿轮160转动，从而带动一对前轮120转动。

参照图1、图2和图4所示，一对后轮130通过转向机构170驱动转向，具体的，转向机构170包括舵机171、第二连杆172和第三连杆173，舵机171安装在底座310上，舵机171的输出轴竖直向上伸出，第二连杆172的中部固定在舵机171的输出轴上，第二连杆172的中部两端延伸，第二连杆172的两端分别与两个第三连杆173一端铰接，两个第三连杆173的另一端分别与一对后轮130的轮轴铰接。

参照图3所示，为了方便进钩和退钩，吊钩360相对于水平面倾斜15到20度，吊钩360的末端设有细针作为引导针361。

控制器600(图中未示出)为单片机。具体的，控制器600控制第一电机140转动带动一对前轮转动进而使得底盘110在水平面上纵向方向移动，控制舵机171带动一对后轮130转动进而使得底盘110转向，控制第二电机210转动进而使得两组第一带轮传送机构240运动从而使得两座机架300在水平面上横向方向移动，控制第三电机410转动进而驱动第一转动杆340旋转使得旋转臂350转动。

参照图6所示，根据Adams动力学仿真，证明本起重机在起升、移动、堆放货物时时具有良好的稳定性，不会发生倾斜和翻倒，各机构之间无干涉现象，能够顺利安全地实现吊取功能。根据Adams动力学仿真，各个电机平稳旋转，在安全功率工作范围内。

参照图7-图9所示，对起重机的吊钩360、第二转动杆370和第一转动杆340三处关键部位进行了静力学仿真，第二转动杆370的屈服力为4.5*10⁷N/m²，第一转动杆340的屈服力为6.204*10⁸N/m²，由静力学仿真可得本起重机主要部件在工作时具有很好的稳定性，不会发生大幅度倾倒，偏折等现象。

本发明的使用方法：

步骤一、红外线测距传感器510测量本起重机与货物间的距离，并将信号传递给控制器600；

步骤二、控制器600控制底盘运动模块100和机架平移模块200工作，使得本起重机运动到货物处；

步骤三、控制器600控制旋转模块400工作，使吊钩360吊取重物。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种红外多臂架式旋转起重机，其特征在于：包括底盘运动模块、机架平移模块、机架、旋转模块、红外定位模块和控制器；

2.根据权利要求1所述的红外多臂架式旋转起重机，其特征在于：所述第二电机的输出轴上设有第一齿轮，所述底座上设有与所述第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第一带轮传送机构包括第一带轮、第二带轮和套设在第一带轮和第二带轮上的第一传送带，所述第二齿轮的齿轮轴向两端延伸分别穿过两个所述第一带轮形成两个所述第一带轮的轮轴。

3.根据权利要求2所述的红外多臂架式旋转起重机，其特征在于：所述底座向外伸出有移动板，所述移动板与所述第一传送带固定。

4.根据权利要求1所述的红外多臂架式旋转起重机，其特征在于：所述旋转模块包括第三电机和第二带轮传送机构，所述第二带轮传动机构包括第三带轮和第四带轮，所述第三带轮的转轴与所述第三电机的输出轴连接，所述第四带轮套设在所述第一转动杆一端，所述第三带轮和所述第四带轮套在第二皮带上张紧。

5.根据权利要求1所述的红外多臂架式旋转起重机，其特征在于：两个所述旋转臂间隔一定距离套设在所述第一转动杆上，两个所述旋转臂相对的末端间设有第二转动杆，每一所述第二转动杆两端铰接有夹持杆，中部挂设有平面四连杆机构，所述平面四连杆机构包括第一铰接点、第二铰接点、第三铰接点和第四铰接点，所述第一铰接点与所述第二转动杆铰接，所述第二铰接点和所述第四铰接点分别与两个夹持杆间铰接有第一连杆，所述吊钩挂在所述第三铰接点上。

6.根据权利要求5所述的红外多臂架式旋转起重机，其特征在于：所述第一铰接点和所述第四铰接点间设有复位弹簧。

7.根据权利要求1所述的红外多臂架式旋转起重机，其特征在于：所述转向机构包括舵机、第二连杆和第三连杆，所述舵机安装在底座上且输出轴竖直向上伸出，所述第二连杆的中部固定在舵机的输出轴上，所述第二连杆的两端分别与两个所述第三连杆的一端铰接，两个所述第三连杆的另一端分别与一对所述后轮的轮轴铰接。

8.根据权利要求1所述的红外多臂架式旋转起重机，其特征在于：所述第一电机的输出轴上设有第三齿轮，所述底盘上设有与所述第三齿轮啮合的第四齿轮，所述第四齿轮的齿轮轴向两端延伸分别穿过一对所述前轮形成一对所述前轮的轮轴。

9.根据权利要求1-7任一项所述的红外多臂架式旋转起重机，其特征在于：所述吊钩相对于水平面倾斜15到20度。

10.根据权利要求1-7任一项所述的红外多臂架式旋转起重机，其特征在于：所述吊钩的末端设有细针。