CN113684878A - 一种电缸挖掘机机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缸挖掘机机器人，属于工程机械领域。包括带电池的底盘、上支架、发动机、发电机、回转电机、导电滑环、馈电灯杆、驾驶室、摄像头、燃油箱、大臂、大臂电缸、小臂、小臂电缸、挖斗电缸、挖斗、蓄电池组、太阳能电池、充电口等组成。所述电动履带底盘上有轮履支架、驱动轮、底盘行走电机、引导轮、履带、电池舱、蓄电池组、履带张紧机构等装置。本发明取消了传统挖掘机的液压系统，采用电缸代替油缸，采用电动马达代替了液压行走马达，大幅提高了效率，避免了液压系统定期保养开支。本发明采用插电混动及太阳能技术，能在不同环境下，合理切换不同的能源，从而达到全功率匹配，充分发挥效能，实现低排放或零排放的环保效果。

Description

一种电缸挖掘机机器人

技术领域

本发明涉及工程机械的技术领域，是一种电缸挖掘机机器人，尤其是一种带伸缩照明灯的插电式混合动力电缸挖掘机机器人，属于一种新型的挖掘机。

背景技术

挖掘机，又称挖掘机械，又称挖机，挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。随着工程机械的发展，挖掘机已成为工程建设中最主要的工程机械机型之一。目前挖掘机存在以下缺点：

一、传统燃油液压挖掘机油耗高，使用成本高，效率低、对空气污染大，各地纷纷对高污染挖掘机处罚。统计表明在占80%以上的工作条件下，一辆普通燃油液压挖掘机仅利用了动力潜能的40%，在市区还会跌至25%。这样不仅造成挖掘机用户燃油成本居高不下，利润缩小，更为严重的是排放废气污染环境。

目前：根据《中华人民共和国大气污染防治法》第一百一十四条规定，对不符合《在用非道路柴油机械烟度排放限值及测量方法》(DB11/184—2013)规定的Ⅲ类限值标准的挖掘机、装载机、挖掘装载机、叉车等四类机械为高排放非道路移动机械，纷纷划定禁止使用此类机械的区域。并且对违规使用高排放非道路移动机械公司进行罚款处罚，使用排放不达标的工程机械，将直接罚款5000元。行业需要高效率低污染的挖掘机。

二、传统挖机在冬季严寒天气下，柴油就开始上冻，导致无法启动，严重影响施工作业。部分挖机用户为了赶工，用启动液强行启动挖掘机发动机，造成发动机缸套崩碎，整机罢工现象；甚至有些用户不惜火烤挖机油箱解冻，造成火灾烧毁挖机，整机报废的严重后果。行业需要多种能源输入方式的挖掘机，满足冬季严寒天气使用挖掘机的急切需求。

三、传统燃油液压挖掘机高海拔高寒地区存在启动困难、打不着火、冒黑烟、动力差、伤发动机等现象。通过测试分析确认故障原因为受低含氧量、低气压、低温的高海拔环境影响，导致发动机功率降低后与液压泵主泵功率不匹配，柴油发动机带不动液压泵主泵。行业需要能在高海拔环境下使用的挖掘机。

四、传统液压挖掘机都采用液压系统来工作，液压系统效率低下，传动效率通常<50%，导致油耗较大，使用成本高。因为液压设备通常在需要改变负载流量和压力时，定量油泵速度不可调 ，用阀门调节，多余的油经溢流阀排入燃油箱，大量能量以压力差的形式损耗在阀门上，造成了能耗大量浪费。行业需要效率较高的挖掘机。

五、传统液压挖掘机常见大臂动作慢无力、单边行走无力、甚至憋车熄火等难以检修的故障。液压系统出现故障难以诊断是目前行业难题，主要是由于压力测试点的选择较为复杂，这也导致液压系统的测试和维修困难。

液压系统的管路按照压力大小分为高压管路、回油管路、泄油管路。液压系统出现故障时，往往伴随系统没有压力或系统压力不足的现象。由于没有压力测试点，处理此类似问题通常采取的做法只能是从液压泵开始，将各个相关元件分别与高压管路隔离，然后观察其对高压管路的影响，一步步进行排查。行业需要维修方便的挖掘机。

六、传统液压挖掘机的液压系统在工作中还会出现超压现象，造成严重后果。当液压系统在工作过程中出现运动部件突然卡死、油路突然堵塞、溢流阀主阀芯卡死等事故，就可能造成液压系统压力突然升高。当压力升高超过允许极限时，就会造成各种严重事故。如油管破裂喷油、油泵损坏、漏油与记录仪器由于超程导致永久性损坏、驱动装置严重过载引发机械事故、或喷油到高温的发动机引发火灾，甚至于发生人身安全事故。

七、传统液压挖掘机存在液压油油温失控现象。液压系统使用的液压油在执行机构工作时会吸收一些运动机构运行产生的热量，使液压油温度逐渐升高，会引发油液黏度降低、油液泄漏增加、润滑部位的油膜被破坏、密封材料加速老化等影响液压系统性能和可靠性的问题。

现有的挖掘机液压油的散热方法大多采用靠发动机驱动的冷却风扇进行散热，由于受发动机本身冷却风扇直径及空间安装位置的限制导致散热器的布置布局较为困难，导致散热效果不佳，液压系统油温较高等现象，目前上述的问题无法得到根本性解决。

八、传统液压挖掘机采用液压马达做行走马达，液压马达缺点有扭矩脉动较大、效率较低、起动扭矩较小（仅为额定扭矩的60%——70%）和低速稳定性差、不具备功率保护功能等等。

传统液压挖掘机用于推平乱土石地的时候，会因为遇到埋的很深的石头，撞上了，又伤行走系统，又伤底盘。因为液压马达行走底盘不具备输出功率保护，造成伤行走系统和底盘现象。从而大大缩短底盘寿命，也就是缩短了整机寿命。行业需要具有底盘功率保护功能的挖掘机。

九、液压系统结构复杂，同步性差，不利于自动化升级，实现自动驾驶。

液压缸工作时需要发动机、液压泵、液压阀和液压管路等，占用空间大，结构复杂，在需要多驱动同步的情况下，使用液压缸很难达到高精度的同步，不利于遥控改装和人工智能程序控制，从而实现无人驾驶和自动驾驶。行业和时代需要可遥控、可自动化高精度辅助驾驶的挖掘机机器人。

十、液压系统需要定期保养，平均每3000小时就要更换液压油，并且液压油箱容积庞大，像大型挖掘机一次保养需要更换11桶液压油，不仅给用户增加了很多额外开支，也耽误了生产，而且也对环境有污染和破坏。同时，液压挖掘机的行走马达等液压元件，也需要定期更换齿轮油等工作，非常麻烦且费钱。行业需要维修保养成本低的挖掘机。

十一、全电池驱动的挖掘机电池能量密度太低，并且充电困难。

由于电池的能量密度与汽油相比差上百倍，远未达到人们所要求的数值；全电池驱动的挖掘机存在充电困难的情况，因为固定式充电桩与移动使用的挖掘机等工程机械存在矛盾，导致充电极其不方便，阻碍了纯电池型挖掘机的野外环境的应用，而大部分的挖掘机都在野外工作，还是需要燃油动力作为补充。行业需要油电混合动力的挖掘机。

十二、在偏远郊区无电网供电时，单纯的电缆式实时馈电型电动挖掘机将无法作业。且大部分电缆式电动挖掘机的电源电缆是拖地或者竖在高杆上，这样挖掘机在作业时不方便，被限制了工作场地。同时，拖地式供电系统对电缆的表面磨损很快，会导致电缆被挖掘机的履带或者车轮碾压和缠绕，容易对电缆造成损坏，带来安全隐患。行业需要油电混合动力的挖掘机。

十三、传统挖掘机缺少伸缩型高杆照明灯，缺少高位摄像头，对夜间施工现场安全生产管理、质量管理、保障工人人身安全等方面有不利影响。有些厂家是通过升高驾驶室来实现扩大视角的，由于需要整个驾驶室高高在上，不仅增加了很多的成本，也大幅降低了驾驶员的安全性。行业需要有高杆照明功能的挖掘机。

十四、传统挖掘机不具备太阳能充电功能。挖掘机长年在户外工作，有极好的光照条件，由于传统挖掘机属于燃油型挖掘机为主，对太阳能无法直接利用，但近年新出的电动挖掘机，也没有配备太阳能电池板，不能不说是一种遗憾。由于挖掘机的车体面积很大，如果能够安装太阳能电池板，不仅可以在一定程度上缓解驾驶室的空调能源问题，还能在一定程度上，给整机充电，满足应急使用，并进一步降低油耗或充电功耗，实现工程机械在野外工作时，对太阳能的利用，属于一次投资，终身受益。行业需要有太阳能充电功能的挖掘机。

十五、传统挖机不具备变速功能，液压系统的工作速度在出厂时就已经设定好了，不能在后期通过软件修改或参数修改的方式，提升或者降低挖机实际生产速度，影响了实际工作效率。行业需要各关节可以调速的挖掘机。

十六、目前广泛应用的是带有缓冲弹簧的液压式张紧装置，需要人工调整张紧力，预紧力过大，则履带刚性太大，张紧装置起不到缓冲作用，同时会造成履带行走机械内摩擦力的增加，从而造成发动机功率的损失及加快履带磨损；预紧力太小又会使履带松弛，起不到张紧作用，同时造成履带上方振动及跳动，甚至发生履带脱轨故障，严重影响了施工进度和收入。

现有技术中的张紧装置的张紧力大多调整麻烦或可调量较小，在履带受到较大作用力时未能够为履带轮提供一定的运动自由度，造成灵活度差。在工作时，当底盘受到过大的冲击力时，会发生张紧油缸缸筒变形及密封件损坏，也会导致油缸漏油情况，使得张紧力无法保证履带一直处于张紧状态，造成履带松弛，进而产生履带与履带架干涉磨损或者履带脱轨等故障。行业需要履带系统免维护、少维护的挖掘机。

十七、传统挖机发动机进水无法自救。挖掘机经常用于鱼塘、水坑、河道、洪涝灾害抢险救灾等存在水灾隐患高风险的环境作业，在这种环境下，经常出现陷入池塘等被水淹没的情况，此时如果发动机进水，会导致整机在这种环境下无法动弹，失去自救能力，甚至挖掘机基本报废的情况。行业需要油电混合挖掘机，在发动机面临进水时，可以切换为电动行驶，自行脱困。

十八、传统液压挖机无法上下部分模块化分离，用中型直升机或中型吊车拆解后吊运，造成如汶川大地震等地震灾害时，道路交通中断，挖机必须依赖俄罗斯紧急情况部远东军事基地的米26直升机，进行吊运。由于高压油管很难频繁拆卸，所以不能实现挖机底盘与挖机上装的模块化分离，从而使得这些重工装备，在意外翻车等情况时，需要很大载荷的吊车才能吊运，大大增加了救援难度。同时，也不利于抗洪救灾抢险时，这些重工装备依赖直升机吊运到水坝现场的实际需求，因为传统液压挖机底盘与上装的拆卸实在太麻烦了，也容易造成高压油管接头处的漏油。行业需要底盘与上部装置快速拆卸的挖掘机，满足轻量化吊运的实际需求。

十九、传统挖机在刷坡、挖直线沟、曲线沟等高精度工程时，对司机的操作水平和经验要求非常高，必须聘请有经验的老司机，否则很难保证工程质量和美观。行业需要能够编程工作的智能数控挖掘机机器人，代替有经验的老司机，实现机器换人。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种电缸挖掘机机器人；更具体的说，是一种带伸缩照明灯的插电式串联混合动力电缸挖掘机机器人。首先，该挖掘机充分利用了传统挖掘机履带部位的支重轮和托链轮的空间，替换为能够容纳大容量电池的电池舱，从而使得本发明的能源来源可以采用四种方式补充①燃油、②充电桩充电、③馈电灯杆外部馈电、④太阳能充电，在不同环境下（如严寒天气或高海拔环境），合理切换不同的能源来源。

同时，本发明将传统液压挖掘机的液压主泵替换为发电机，将传统液压发动机的液压压力，变成电能，让液压工作的燃油动力挖掘机，升级成了油电混合动力的电缸挖掘机机器人。

本发明通过U型履带张紧板和张紧板弹簧,对履带磨损间隙自动补偿，能在一定程度上，避免履带掉链子现象。

本发明采用电缸、电动机代替油缸、行走马达等液压元件，大幅降低了液压系统的功耗，，缩短了循环时间，提高了整机的效率。

本发明设计有可伸缩的馈电灯杆，通过安装照明灯、摄像头和高位电缆口，可以满足照明、高位摄像监控、外接电缆馈电等功能。

本发明在驾驶室顶部前后都安装有摄像头，在大臂上也安装有摄像机，加上伸缩馈电灯杆上的高位摄像机，监控全场地，不仅有利于现场安全操作，同时也有利于远程遥控化、和实现未来的自动化无人驾驶。

本发明在车体上方设计有太阳能电池板，可以在光照理想的天气下，给整机充电。

本发明将传统的高压液压控制变成了电气控制，基于电气线路比高压液压管路插拔方便的优势，可以实现履带底盘与挖机上装的模块化拆卸，满足抗洪救灾时小载荷直升机吊运，或者事故翻车后，小吊车吊运实施救援的实际需求。

本发明的挖掘机，在各主要关节采用了伺服电机，配合先进的控制系统，可以有效实现挖掘机的数字化和智能化，成为全数控挖掘机，或者说，让挖掘机变成了智能挖掘机器人，对挖掘机常见的刷坡、挖直线沟、曲线沟等高精度工程时，可以实现智能编程作业，能有效保证施工的质量，提高效益，减少对驾驶员操作熟练程度和经验的依赖，减轻驾驶员的劳动强度，避免人工操作失误，实现机器换人。

附图说明

图1是本发明的正视结构示意图。

图2是本发明的俯视外部结构示意图。

图3是本发明的俯视内部结构示意图。

图4是本发明的仰视底盘结构示意图。

图5是本发明的左视结构示意图。

图6是本发明的轴测图。

图中，1、底盘；10、轮履支架；11、驱动轮；111、底盘行走电机；12、引导轮；13、履带；15、U型履带张紧板；151、张紧板弹簧；19、电池舱；191、蓄电池组

20、上支架；21、发动机；22、发电机；23、发动机舱；24、回转电机；25、空气滤清器；26、旋转导电元件；27、燃油箱；28、中央控制箱；29、太阳能电池板

3、大臂；31、大臂电缸；311、大臂电缸电机；

4、小臂；41、小臂电缸；411、小臂电缸电机；47、挖斗摄像头；

5、挖斗；50、挖斗连杆；51、挖斗电缸；511、挖斗电缸电机；

6、驾驶室、62、前摄像头；63、后摄像头；

7、馈电灯杆；71、照明灯；72、高位摄像头；73、高位电缆口

81、充电口

9、推土铲；91、推土铲电缸

100、机械手装置

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。

结合图1、图2、图3、图4和图5，本实施例的一种电缸挖掘机机器人，包括轮履式挖掘机平台，轮履式挖掘机平台包括轮履支架（10）和设于轮履支架（10）左右两侧的轮履行走机构；其特征在于：还包括轮履式挖掘机平台机械手装置（100）、上支架（20）、发动机舱（23）、馈电灯杆（20）和驾驶室（6）；

所述的机械手装置（100）包括大臂（3）、小臂（4）和挖斗（5）；

所述的大臂（3）的末端铰接于上支架（20）上，所述的大臂（3）的前端通过销轴与机械手小臂（4）的后端铰连接，大臂（3）的中部与安装在上支架（20）上的大臂电缸（31）相铰接，大臂（3）与上支架（20）的夹角由大臂电缸（31）的伸长或者缩短来控制，大臂电缸（31）上安装有大臂电缸电机（311），大臂电缸（31）的伸缩能量来自大臂电缸电机（311），采用电缸后，能大幅降低功耗、提高生产效率；

所述小臂（4）一端与大臂（3）铰接，另外一端与挖斗（5）相铰接，小臂（4）与大臂（3）的夹角由小臂电缸（41）的伸长或者缩短来控制，小臂电缸（41）上安装有小臂电缸电机（411），小臂电缸（41）的伸缩能量来自小臂电缸电机（411），可以利用小臂电缸电机（411）的调速性，提高挖机的生产速度和效率；

所述挖斗（5）一端与小臂（4）铰接，另外一端通过挖斗连杆（50）与挖斗电缸（51）相铰接，挖斗电缸（51）的另外一端与小臂（4）后端相铰接，挖斗（5）与小臂（4）的夹角由挖斗电缸（51）的伸长或者缩短来控制，挖斗电缸（51）上安装有挖斗电缸电机（511）；挖斗电缸（51）的伸缩能量来自挖斗电缸电机（511），可以利用挖斗电缸电机（511）的调速性，提高挖机的生产速度和效率；

所述的机械手小臂（4）的侧面设置有正对挖斗（5）的挖斗摄像头（47），能有效监控挖斗的工作情况，更好的提高生产效率，也方便实现远程遥控；

所述的上支架（20）通过回转关节安装在设于底盘（1）的轮履支架（10）上，从而实现水平方向360度无限旋转；

所述的上支架（20）与轮履支架（10）的旋转动作靠回转电机（24）的旋转来实现，回转电机（24）与中央控制箱（28）通过电缆连接，可以利用回转电机（24）的调速性，提高挖机的生产速度和效率；

底盘（1）的蓄电池组（191）和底盘行走电机（111）通过旋转导电元件（26）与控制箱（28）用电缆连接，旋转导电元件（26）代替传统液压挖掘机的液压旋转接头，避免漏油等常见故障；

所述的所述的发动机舱（23）内设有发动机（21）和发电机（22）代替传统的发动机与液压主泵，避免了液压主泵憋车和液压系统油耗较高的缺点；所述的发动机舱（23）旁边设置有燃油箱（27）；

发电机（22）与控制箱（28）用电缆相连接；发动机舱（23）的上方设有太阳能电池板（29）；

所述的馈电灯杆（ 7）安装在上支架（20）上；所述的驾驶室（6）上方安装有前摄像头（62）和后摄像头（63），用于采集挖机前后的现场视频，方便远程遥控操作，或者自动化驾驶；

所述充电口（81）与控制箱（28）用电缆相连接，用于外插充电枪，从电网获得电能；

所述的电缸电机、摄像头、照明灯（71）、驾驶室（6）、太阳能电池板（29）等机电零件，与中央控制箱（28）通过电缆连接。

进一步的，所述的底盘（1）的轮履支架（10）侧面设置有电池舱（19），电池舱（19）内设置有蓄电池组（191），蓄电池组用于给整机蓄电，电能来源可以由发电机（22）、充电口（81）外接充电枪充电、馈电灯杆顶部高位电缆口（73）馈电、太阳能电池板（29）充电等多种充电方式；所述电池舱（19）可以单边设置，也可以左右两边都设置。

进一步的，所述的底盘（1）以轮履支架（10）为核心，两侧设计有履带回转机构；履带回转机构由驱动轮（11）、引导轮（12）、履带（13）为主要结构；驱动轮（11）的动力来自底盘行走电机（111），驱动轮（11）和引导轮（12）中间设计有电池舱（19），电池舱（19）下部用于代替传统的支重轮，对履带（13）进行支撑；电池舱（19）上面安装有U型履带张紧板（15）和张紧板弹簧（151）；U型履带张紧板（15）可以在张紧板弹簧（151）的弹力下，上下移动，对履带（13）的上半部分进行支撑，还能在履带（13）使用磨损后，对履带（13）的松紧自动补偿。

进一步的，所述的所述的发动机舱（23）内发动机（21）和发电机（22）互相机械连接，传递机械动力，然后发电，构成发电机组，用于代替传统的液压泵，采用发电机后，发动机剩余的能量可以给蓄电池充电，同时，还实现了整机的液压油缸型，升级为电缸电气型，从而实现效率的大幅提高；发动机（21）和燃油箱（27）通过管道连接，让发动机（21）获得燃油箱（27）的燃料；发动机（21）与空气滤清器（25）之间通过管道相连接，以获得新鲜空气。

进一步的，所述的大臂电缸电机（311）和小臂电缸电机（411）是无刷减速电机用于提高寿命；所述的大臂电缸电机（311）和小臂电缸电机（411）是伺服电机，用于提高控制精度，实现自动化控制。

进一步的，所述的回转电机（24）是减速电机；所述的回转电机（24）是无刷减速电机，用于提高寿命；所述的回转电机（24）是伺服电机，用于提高控制精度，实现自动化控制。

进一步的，所述的底盘行走电机（111）是无刷电机，用于提高寿命；所述的底盘行走电机（111）是伺服电机，用于提高控制精度，实现自动化控制。

进一步的，所述的馈电灯杆（7）上安装有照明灯（71），用于对挖机周边环境照明；所述的馈电灯杆（7）上安装有高位摄像头（72），用于高位角度监控挖掘机周边现场情况；所述的馈电灯杆（7）上安装有高位电缆口（73），用于接受外部电网馈电；所述的馈电灯杆（7）具有上下伸降功能，方便使用。

进一步的，所述的轮履支架（10）还通过推土铲电缸（91）铰接有推土铲（9）；所述推土铲电缸（91）的电机是无刷电机用于提高寿命。

进一步的，所述的太阳能电池板（29）可以向周围扩展，以扩大光照面积，获得更大发电功率；所述的太阳能电池板（29）可以平移扩展；所述的太阳能电池板（29）可以旋转扩展。

进一步的，所述的旋转导电元件（26）是导电滑环。

本发明的有益效果是：

1、本发明去除了传统履带原有的支重轮和上方的托链轮及支架，在履带原有这些零件的部位内设计了电池舱，将电池舱的外壳底部代替支重轮，作为履带的下部承重面的支撑结构；电池舱中间设计安装有蓄电池组，在不影响发动机和发电机安装的基础上，为挖掘机增加了大容量电池，从而实现挖掘机的电动化和油电混合动力化。

2、由于本发明在不取代发动机的基础上，利用履带部位的空间，增加了蓄电池组，大大增加了本机动力能源的多样性，实现了挖掘机的混合动力化。本发明的能源来源可以采用四种方式补充①燃油、②充电桩充电、③馈电灯杆外部馈电、④太阳能充电；本发明在能让挖掘机在不同环境下（如高海拔或严寒环境或隧道环境），合理切换不同的能源来源，从而达到全功率匹配，充分发挥挖机效能，实现低排放或零排放的环保效果。

3、由于本发明的内燃机主要是给整机和给蓄电池充电，功率过剩时可以给蓄电池充电，功率不足时蓄电池可以补充整机的电能，减轻发动机的负载，避免挖掘机发动机憋车冒黑烟现象，所以内燃机总是工作在最佳工况，效率非常高，油耗非常低，燃烧充分，排放气体较干净，大幅降低了发动机尾气对空气环境的污染，同时还大幅增加了利润。

4、在野外不依赖外部充电系统，可以选择使用内燃机工作，对周边基础设施无要求，避免纯电动挖机对周围电网的依赖。

5、发动机和电机动力可互补；怠速或低负荷工作时或对尾气排放和噪音要求高的城区和地表高寒、温差大、供氧不足的高原、高寒场地及井下、隧道相对密闭空间的施工场所，可从伸缩馈电灯杆的高位电缆口从外部馈电，或者使用底盘内的蓄电池组的电力，驱动挖机行驶和工作，避免挖机出现启动困难、打不着火、柴油冻住、冒黑烟、动力差、损坏发动机等现象。

6、采用电缸代替液压油缸，只需要电机和机械传动元件，辅以供电电路和控制电路就能工作，传动效率通常在90%左右，具有占用空间小、结构简单、传动效率高、控制精度高、响应快、稳定性高等优点，避免了液压系统出现的憋车、超压、油温升高和常见的漏油现象，同时也避免了传统液压挖掘机液压系统由于超压失控，导致喷油到高温的发动机引发火灾，造成的挖掘机报废的悲惨后果。

7、采用导电滑环代替液压旋转接头，避免了液压旋转接头的以下缺点：

a.接头连接处泄漏。

b.运动速度不稳定。

c.阀心卡死或运动不灵便，导致执行机构动作失灵。

d.阻尼小孔被堵，导致系统压力不稳定或压力调不上去。

e.阀类元件漏装弹簧或密封件，或管道接错而使动作混乱。

f.设计、挑选不当，使系统发热，或动作不协调，位置精度达不到要求。

g.液压件加工质量差，或安装质量差，导致阀类动作不灵便。

h.长期工作，密封件老化，以及易损元件磨损等，导致系统中内外泄漏量增加，系统效率显然下降。

8、电缸系统的挖掘机出现故障时，测量电压和电流非常方便，而且也很容易设置自动保护电路，后期维护保养的测试和维修变成轻松简单。

9、电动缸只有在移动物体的时候才需要能量，不移动的时候可以进行刹车，实现节能低耗工作。而液压系统只要为了保持活动机构的压力差，需要不停消耗能源。电动缸的间断性也使它的使用费用比液压系统小很多。电缸相比油缸更加节能高效，减少了整机油耗、延长了电池或燃油的工作时间，为机主大幅增加了利润。

10、由于电动机具有完善的限流保护功能，当挖掘机用于推平乱土石地的时候，如果撞上埋的很深的石头，挖掘机底盘系统能够很好的进行功率输出保护，很好的保护了底盘，延长了整机寿命，同理，由于电机驱动器的限流保护功能，也保护了大臂、小臂、挖斗和回转系统的电机的寿命，延长了整机寿命，提高了整机的保值率。

11、由于采用电缸和电动机代替了油缸，电缸和电动机具有调速功能，通过改变控制频率，即可实现挖机各部位的速度，在挖机重载时可以低速工作，在挖机轻载时可以高速工作，从而加快了挖机和整个工地的工作效率，降低了人工成本，为机主增加了利润，为业主缩短了工程时间。

12、本发明采用电缸系统代替了油缸系统，避免了传统液压挖掘机每3000小时就要进行液压油整体更换保养的刚性需求，也避免了液压马达需要同时更换齿轮油的需求，不仅大幅降低了用户成本，还为用户增加了宝贵的生产时间，也减少了环境的污染，还延长了整机寿命，让整机更保值。

13、使用电缸和电动机很容易达到高精度的同步，有利于挖掘机的遥控改装和人工智能程序控制，从而实现无人驾驶和自动驾驶。

14、本发明馈电灯杆的灯杆上方安装有照明灯，而且可以伸缩，需要的时候可以升高，获得很好的照明范围和视野，不需要的时候可以降低，方便运输。该高位照明灯不仅大幅增加夜间施工安全系数，提高工作效率，方便挖掘机的挖掘和装车工作，提高了整个工地夜间工作效率。

15、本发明安装的馈电灯杆可以兼做馈电用途，馈电灯杆上方设计有高位电缆口，整机通过高位电缆口用电缆连接外部电网，让挖机工作在纯电动模式，给整机供电的同时还给蓄电池组充电，能有效降低挖机能源成本，避免挖机使用燃油时的空气的污染。

16、本发明的挖掘机具备安装在伸缩型高杆灯上的高位摄像头，有非常良好的高位视角，相比一些厂家通过升高驾驶室的方案，不仅降低了很多的成本，也大幅提高了驾驶员的安全性，还能实现挖掘机的远程视觉遥控操作。本同时发明设计有前后摄像头和挖斗摄像头等监控装置，满足了无人驾驶挖掘机的视觉信号需求，实现了挖掘机的机器人化，为挖掘机在高危环境和有毒环境下的遥控远程控制和无人驾驶提供了硬件基础。

17、本发明具有履带自动张紧功能，减少了履带保养周期，提高了整机的可靠性，避免了履带底盘掉链子对工程施工进度的影响，实现了履带的少维护和免维护。

18、本发明具有油电混合性能，在发动机面临进水环境下，可以切换为电动模式，整机依靠电力行走，实现自救，避免了用户的巨大财产损失，也避免了水灾对施工进度的影响。

19、本发明具有太阳能充电功能，在车体上方设计有太阳能电池板，能够很好的利用挖机在户外有利的光照条件，给整机充电，实现节能降耗。一次投资，终身受益。

20、本发明在驱动轮和引导轮之间，设计了电池舱，在不影响发动机和发电机安装的基础上，为挖掘机增加了大容量电池，从而实现挖掘机的电动化和油电混合动力化。电池舱代替了履带原有支重轮和托链轮的结构，将电池舱外壳的底部代替支重轮，作为履带的下部承重面的支重轮；将电池舱外壳的顶部，代替托链轮，托起履带；在不影响发动机和发电机安装的基础上，为挖掘机增加了大容量电池，从而实现挖掘机的电动化和油电混合动力化。

21、本发明采用了导电滑环实现了底盘与上装的电气连接，代替了传统的液压旋转接头的液压管路连接，由于电气插头相比液压管路，具有拆装方便的显著优点，可以实现挖掘机下方底盘与上支架的分离，实现挖掘机的模块化，为军队抗洪救灾时，挖掘机的直升机吊运，提供了方便，实现了小吨位直升机，吊运大型重工装备的目标，满足应急管理部和军队的战备需求；同时该功能也非常满足民间需求，万一挖掘机这种重工装备出现了翻车等常见施工意外，可以用小吊车分开吊运我们的设备模块，降低事故救援的吊车吨位的需求。

22、本发明的挖掘机，在各主要关节采用了伺服电机，配合先进的控制系统，可以有效实现挖掘机的数字化和智能化，成为全数控挖掘机，或者说，让挖掘机变成了智能挖掘机器人，对挖掘机常见的刷坡、挖直线沟、曲线沟等高精度工程时，可以实现智能编程作业，能有效保证施工的质量，提高效益，减少对驾驶员操作熟练程度和经验的依赖，减轻驾驶员的劳动强度，避免人工操作失误，实现机器换人。

Claims (11)

1.一种电缸挖掘机机器人，包括轮履式挖掘机平台，轮履式挖掘机平台包括轮履支架（10）和设于轮履支架（10）左右两侧的轮履行走机构；其特征在于：还包括机械手装置（100）、上支架（20）、发动机舱（23）、馈电灯杆（20）和驾驶室（6）；所述的机械手装置（100）包括大臂（3）、小臂（4）和挖斗（5）；所述的大臂（3）的末端铰接于上支架（20）上，所述的大臂（3）的前端通过销轴与机械手小臂（4）的后端铰连接，大臂（3）的中部与安装在上支架（20）上的大臂电缸（31）相铰接，大臂（3）与上支架（20）的夹角由大臂电缸（31）的伸长或者缩短来控制，大臂电缸（31）上安装有大臂电缸电机（311）；所述小臂（4）一端与大臂（3）铰接，另外一端与挖斗（5）相铰接，小臂（4）与大臂（3）的夹角由小臂电缸（41）的伸长或者缩短来控制，小臂电缸（41）上安装有小臂电缸电机（411）；所述挖斗（5）一端与小臂（4）铰接，另外一端通过挖斗连杆（50）与挖斗电缸（51）相铰接，挖斗电缸（51）的另外一端与小臂（4）后端相铰接，挖斗（5）与小臂（4）的夹角由挖斗电缸（51）的伸长或者缩短来控制，挖斗电缸（51）上安装有挖斗电缸电机（511）；所述的机械手小臂（4）的侧面设置有正对挖斗（5）的挖斗摄像头（47）；所述的上支架（20）通过回转关节安装在设于底盘（1）的轮履支架（10）上，从而实现水平方向360度无限旋转；所述的上支架（20）与轮履支架（10）的旋转动作靠回转电机（24）的旋转来实现，回转电机（24）与中央控制箱（28）通过电缆连接；底盘（1）的蓄电池组（191）和底盘行走电机（111）通过旋转导电元件（26）与控制箱（28）用电缆连接；所述的发动机舱（23）内设有发动机（21）和发电机（22）；所述的发动机舱（23）旁边设置有燃油箱（27）；发电机（22）与控制箱（28）用电缆相连接；发动机舱（23）的上方设有太阳能电池板（29）；所述的馈电灯杆（ 7）安装在上支架（20）上；所述的驾驶室（6）上方安装有前摄像头（62）和后摄像头（63）；所述充电口（81）与控制箱（28）用电缆相连接；所述的电缸电机、摄像头、照明灯（71）、驾驶室（6）、太阳能电池板（29）等机电零件，与中央控制箱（28）通过电缆连接。

2.根据权利要求1所述的一种电缸挖掘机机器人，其特征在于：所述的底盘（1）的轮履支架（10）侧面设置有电池舱（19），电池舱（19）内设置有蓄电池组（191）；所述电池舱（19）可以单边设置，也可以左右两边都设置。

3.根据权利要求1所述的一种电缸挖掘机机器人，其特征在于：所述的底盘（1）以轮履支架（10）为核心，两侧设计有履带回转机构；履带回转机构由驱动轮（11）、引导轮（12）、履带（13）为主要结构；驱动轮（11）的动力来自底盘行走电机（111）；所述的驱动轮（11）和引导轮（12）之间设计有电池舱（19）；所述的电池舱（19）下部用于代替传统的支重轮，对履带（13）进行支撑；电池舱（19）上面安装有U型履带张紧板（15）和张紧板弹簧（151）；U型履带张紧板（15）可以在张紧板弹簧（151）的弹力下，上下移动，对履带（13）的上半部分进行支撑，还能在履带（13）使用磨损后，对履带（13）的松紧自动补偿。

4.根据权利要求1所述的一种电缸挖掘机机器人，其特征在于：所述的所述的发动机舱（23）内发动机（21）和发电机（22）互相机械连接，传递机械动力，然后发电，构成发电机组；发动机（21）和燃油箱（27）通过管道连接，让发动机（21）获得燃油箱（27）的燃料；发动机（21）与空气滤清器（25）之间通过管道相连接，以获得新鲜空气。

5.根据权利要求1所述的一种电缸挖掘机机器人，其特征在于：所述的大臂电缸电机（311）是无刷减速电机；所述的大臂电缸电机（311）是伺服电机；所述的小臂电缸电机（411）是无刷减速电机；所述的小臂电缸电机（411）是伺服电机。

6.根据权利要求1所述的一种电缸挖掘机机器人，其特征在于：所述的回转电机（24）是减速电机；所述的回转电机（24）是无刷减速电机；所述的回转电机（24）是伺服电机。

7.根据权利要求1所述的一种电缸挖掘机机器人，其特征在于：所述的底盘行走电机（111）是无刷电机；所述的底盘行走电机（111）是伺服电机。

8.根据权利要求1所述的一种电缸挖掘机机器人，其特征在于：所述的馈电灯杆（7）上安装有照明灯（71）；所述的馈电灯杆（7）上安装有高位摄像头（72）；所述的馈电灯杆（7）上安装有高位电缆口（73）；所述的馈电灯杆（7）具有上下伸降功能。

9.根据权利要求1所述的一种电缸挖掘机机器人，其特征在于：所述的轮履支架（10）还通过推土铲电缸（91）铰接有推土铲（9）；所述推土铲电缸（91）的电机是无刷电机；所述推土铲电缸（91）的电机是伺服电机。

10.根据权利要求1所述的一种电缸挖掘机机器人，其特征在于：所述的太阳能电池板（29）可以向周围扩展；所述的太阳能电池板（29）可以平移扩展；所述的太阳能电池板（29）可以旋转扩展。

11.根据权利要求1所述的一种电缸挖掘机机器人，其特征在于：所述的旋转导电元件（26）是导电滑环。

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