CN113879993A - 用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构及调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构及调节方法，柔索并联稳定机构设置在起重机吊臂的转台上，包括执行部件和驱动系统。执行部件是一组6R平面并联机构，并联机构两端的铰链设置在吊臂转台尾部，末端连杆作为可运动的配重和动力平台。驱动系统是一组差分柔索驱动系统，包括动力源、驱动绳索和锚点，其动力源设置在执行部件的末端连杆上，锚点设置在起重机吊臂转台上，驱动绳索的一端与动力源连接，另一端与锚点连接。柔索并联稳定机构工作时，动力源牵引驱动绳索，在锚点提供的拉力作用下，并联机构的配重部分沿汽车起重机吊臂的反方向运动，起到调整起重机重心、防止起重机侧翻的作用。
Description
技术领域
本发明涉及机械设备领域，具体涉及一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构及调节方法。
背景技术
起重机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，属于物料搬运机械。
汽车起重机是装在普通汽车底盘或特制汽车底盘上的一种起重机，其优点是 机动性好，转移迅速，成为建筑施工中普遍使用的起重设备。
汽车起重机同时也是自身隐藏危险大、事故发生概率高的典型危险机械设备。 汽车起重机事故类型包括：失稳侧翻、金属结构破坏、重物失落事故、挤伤事故、 触电事故以及其他事故，其中失稳侧翻事故占比约为45％，是最常见的重大事故。 起重机侧翻容易造成较大的人员伤亡和经济损失,并产生严重的社会影响。
近年来世界经济快速增长、世界各地的工程量不断增大，工程任务日益艰巨， 被搬运物料朝着重载大型化的趋势发展，又对汽车起重机的安全和防侧翻能力提 出了巨大挑战。因此，提出防止起重机侧翻的安全技术具有重大意义。
目前，部分专利为防止汽车起重机工作时发生侧翻设计了一些装置，这些装 置多与起重机的支撑部分相关联。专利申请号“CN201810707646.1”设计了一种 起重机可调式支撑架，增加了支撑架与地面的接触面积。专利申请号 “CN201810306238.5”设计了一种底部安装有导轨和气泵的起重机底盘，通过 气囊实现对起重机的支撑，增大支撑面。上述专利的工作原理在于增加汽车起重 机与地面的支撑面积以增强起重机的稳定性，其缺点是结构复杂，改装难度大， 且这种起重机的重心变化都是由于使用而产生的被动变化，不能实现重心的主动 调整。
专利申请号“CN201510372119.6”提出了一种履带式起重机重心控制系统， 采用安装在尾部的油缸带动活动配重实现起重机重心的主动调整，其缺点是体积 大，响应速度慢，调节幅度小。
此外，现有的4脚或多脚支撑结构，对起重机周围的路面/地基致密度、平 整度的要求高，在工况差的起重场合，其起重能力因路面松软、支撑力不足等问 题，存在无法按设计理论起重重量进行工作、需要经验判断存在安全风险的现实 问题。
发明内容
本发明设计了一种安装在汽车起重机吊臂转台尾部的防侧翻柔索并联稳定 机构，不同于传统的通过增加与地面的支撑面积来提高起重机稳定性的装置，而 是通过主动调整起重机重心的位置来实现稳定和防侧翻功能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
在汽车起重机的吊臂转台上安装一个柔索并联稳定机构，机构末端可大幅伸 缩，并设有配重。根据汽车起重机的起吊幅角、吊臂长度和重物质量，通过调节 机构末端的伸缩距离，实现对汽车起重机重心的重新配置，从而防止起重机重心 偏离导致的侧翻。
执行部件是一组6R平面并联机构，并联机构两端的铰链设置在吊臂转台尾 部，末端连杆作为可运动的配重和动力平台。驱动系统是一组差分柔索驱动系统， 包括动力源、驱动绳索和锚点，其动力源设置在执行部件的末端连杆上，锚点设 置在起重机吊臂转台上，驱动绳索的一端与动力源连接，另一端与锚点连接。柔 索并联稳定机构工作时，动力源牵引驱动绳索，在锚点提供的拉力作用下，并联 机构的配重部分沿汽车起重机吊臂的反方向运动，起到调整起重机重心、防止起 重机侧翻的作用。
本发明的具体结构如下：
一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构，所述汽车起重机包括吊臂 和吊臂转台，起重机工作时，吊臂转台随吊臂一起回转。其特征在于，在起重机 的吊臂转台上设置有一个绳驱动并联机构。该绳驱动并联机构包含：折叠状态和 展开状态。
当汽车起重机处于非工作状态时，该绳驱动并联防侧翻机构为折叠状态，可 节省机构所占空间，方便运输。
当汽车起重机处于工作状态时，该绳驱动并联防侧翻机构处于展开状态。该 绳驱动并联防侧翻机构具有3个自由度，可向汽车起重机吊臂运动方向的反方向 运动，达到调整起重机重心的效果，起到平衡防侧翻作用。
进一步说，设在汽车起重机的吊臂转台尾部的绳驱动并联机构，为一组6R 1.一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构，所述汽车起重机包括吊臂和 吊臂转台，起重机工作时，吊臂转台随吊臂一起回转；其特征在于，在起重机的 吊臂转台上设置有一个绳驱动并联机构；该绳驱动并联机构包含：折叠状态和展 开状态：
当汽车起重机处于非工作状态时，该绳驱动并联防侧翻机构为折叠状态，可 节省机构所占空间，方便运输；
当汽车起重机处于工作状态时，该绳驱动并联防侧翻机构处于展开状态；该 绳驱动并联防侧翻机构具有3个自由度，可向汽车起重机吊臂运动方向的反方向 运动，达到调整起重机重心的效果，起到平衡防侧翻作用。
2.如权利要求1所述的一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构，其 特征在于，设在汽车起重机的吊臂转台尾部的绳驱动并联机构，为一组6R平面 并联机构。
3.如权利要求1所述的一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构，其 特征在于，6R平面并联机构由一组连杆、铰链、驱动绳和动力源构成；
由铰链连接的连杆与汽车起重机活动连接；
在连杆上设有动力源；
驱动绳一端与汽车起重机相连接，另一端绕过铰链后与动力源相连接；
通过动力源的转动，带动驱动绳运动，进而带动连杆运动，进而实现因连杆 相对汽车起重机的位置变化而引起的重心位置变化，从而实现调整起重机重心的 效果，起到平衡防侧翻作用。
4.如权利要求2所述的一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构，其 特征在于，所述6R平面并联机构，由5个连杆和6个铰链组成；5个连杆依次 记为：连杆A(1)、连杆B(2)、连杆C(3)、连杆D(4)、连杆E(5)；6个铰 链依次记为：铰链A(7)、铰链B(8)、铰链C(9)、铰链D(10)、铰链E(11)、 铰链F(12)；
在连杆E(5)的一侧的连接依次为：铰链E(11)、连杆C(3)、铰链C(9)、 连杆A(1)、铰链A(7)；
在连杆E(5)的另一侧的连接依次为：铰链F(12)、连杆D(4)、铰链D (10)、连杆B(2)、铰链B(8)；
平面并联机构，作为柔索并联稳定机构的执行部件。
所述6R平面并联机构，由5个连杆和6个铰链组成。5个连杆依次记为： 连杆A1、连杆B2、连杆C3、连杆D4、连杆E5。6个铰链依次记为：铰链A7、 铰链B8、铰链C9、铰链D10、铰链E11、铰链F12。
其中，在连杆E5的一侧的连接依次为：铰链E11、连杆C3、铰链C9、连杆 A1、铰链A7。
在连杆E5的另一侧的连接依次为：铰链F12、连杆D4、铰链D10、连杆B2、 铰链B8。
在汽车起重机吊臂转台和6R平面并联机构上设有4根驱动绳和3个动力源， 作为柔索并联稳定机构的差分柔索驱动系统。
4根驱动绳分别记为：驱动绳A16、驱动绳B17、驱动绳C18、驱动绳D19。 3个动力源分别记为：动力系统A501、动力系统B502、动力系统C503。所述的 3个动力源均配置在连杆E11之上，故连杆E11也称为末端动力平台。
所述吊臂转台上设有3个锚点：锚点A13、锚点B14、锚点C15。
本发明的调节方法如下：
柔索并联稳定机构的展开过程，包括以下步骤：
①计算机根据吊臂的起吊幅角、吊臂长度和重物质量计算确定动力平台的伸 缩量。
②计算机根据已知的伸缩量进行运动学逆解，求出动力源A、B和动力源C 的角位移，并发送位移指令，控制动力源运动。
③动力源A和B牵引驱动绳C和D收缩，同时释放驱动绳A和B。
④动力源C保持动力平台与转台尾部平行，控制动力平台平稳运动。
⑤铰链C和D在锚点C(15)的牵引下向转台后方运动，动力平台远离转台， 6R平面并联机构展开。
柔索并联稳定机构的折叠过程，包括以下步骤：
①计算机根据机构展开时计算出的动力系统A(501)、动力系统B(502)、 动力系统C(503)的角位移，发送反向位移指令，控制动力源运动。
②动力源AB反向运动牵引驱动绳A和B收紧，同时释放驱动绳C和D。
③动力源C保持动力平台与转台尾部平行，控制动力平台平稳运动。
④铰链C和D在锚点A(13)B的牵引下向转台前方运动，动力平台靠近转 台，运动至杆件A、C贴近重合，杆件B、D贴近重合，6R平面并联机构折叠。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明用于汽车起重机，通过调整配重的方式防止起重机侧翻，可实现 配重的主动大范围调整，以适应起重机的各种工况。
2、本发明提供的防侧翻机构具有差分驱动系统，该系统可有效降低系统驱 动器(20)数量，降低成本及控制难度。
3、本发明提供的防侧翻机构实现了机构动力源后置，动力系统即是动力源 又是配重，增强了防侧翻机构的配重调整能力。
4、本发明提供的防侧翻机构可最大限度降低现有轮式及履带式起重机的改 装难度，可进行模块化安装。
5、采用本发明，对现有汽车起重机的改装难度小，能够实现重心的实时、 主动调整，便于起重机改装。
6、本发明结构紧凑，且驱动装置后置增加了配重，并联结构的响应速度更 快，实时性好。
7、采用本发明结构的汽车对使用区域周围的路面/地基致密度、平整度的要 求低。且本发明可用在现有四脚/多脚汽车起重机上，改善其对路面/地基的要求， 减少因人为主观经验判断存在安全风险。
附图说明
图1是柔索并联稳定机构展开状态图。
图2是柔索并联稳定机构折叠状态图。图中特别需要说明的是：铰链A(7) 和铰链B(8)分别设置在吊臂转台的尾部两侧，铰链A(7)连接吊臂转台和连 杆A(1)，铰链B(8)连接吊臂转台和连杆连杆B(2)。锚点A(13)是指吊臂 转台和驱动绳A(16)的连接点，锚点B(14)是指吊臂转台和驱动绳B(17) 的连接点。锚点C(15)设置在支撑杆(6)末端，锚点C(15)是指支撑杆(6) 和驱动绳C(18)、驱动绳D(19)的连接点。
图3是柔索并联稳定机构的原理图。其中，铰链A(7)和铰链B(8)分别 设置在吊臂转台的尾部两侧，铰链A(7)连接吊臂转台和连杆A(1)，铰链B(8) 连接吊臂转台和连杆连杆B(2)。锚点A(13)是指吊臂转台和驱动绳A(16) 的连接点，锚点B(14)是指吊臂转台和驱动绳B(17)的连接点。锚点C(15) 设置在支撑杆(6)末端，锚点C(15)是指支撑杆(6)和驱动绳C(18)、驱动 绳D(19)的连接点。
图4是动力平台的结构原理图。
图5是差分驱动装置的结构原理图。
图6是动力系统C(503)的结构原理图。动力系统C(503)工作原理如下：
解释：动力平台有3个自由度，分别是水平面上xy方向的位移，和绕z轴 的转动，组成了动力平台的位姿向量,折叠状态的初始值为xyRz＝{0,0,0}。3个 自由度需要动力系统ABC的3个电机实现全驱动，3个电机的角位移向量初始值 为θAθBθC＝{0，0，0}。根据运动学模型，输入一个确定的位姿向量可得到一个确 定的角位移向量。为保持动力平台和转台在平行状态下，使动力平台运动至目标 位置，只需输入位姿向量为xyRz＝{x,0,0}，即只存在x方向位移，y方向为0， 绕z轴转动量为0，求出{θA，θB，θC}，再控制3个电机向{θA，θB，θC}的目标运动 即可。所以动力系统C只要按预定的轨迹运动就可以。动力系统C可以控制连杆 D(4)和连杆E(5)的相对角度，其电机固定在连杆E(5)上，齿轮固定在连 杆D(4)上，因此是通过一级减速驱动。
图7是柔索并联稳定机构的工作流程图。
图8是柔索并联稳定机构的展开和折叠状态俯视图。
图9是连杆机构的结构图。
图10是图9所示连杆机构的正视图。
图11是图9所示连杆机构的右视图。
图12是图9所示连杆机构的上视图。
图13为本发明所涉及的动力学简图。
图中标号为：连杆A(1)、连杆B(2)、连杆C(3)、连杆D(4)、连杆E(5)、 支撑杆(6)、铰链A(7)、铰链B(8)、铰链C(9)、铰链D(10)、铰链E(11)、 铰链F(12)、锚点A(13)、锚点B(14)、锚点C(15)、驱动绳A(16)、驱动 绳B(17)、驱动绳C(18)、驱动绳D(19)、驱动器(20)、差速器(21)、卷筒 A(22)、卷筒B(23)、齿轮(24)、动力系统A(501)、动力系统B(502)、动 力系统C(503)。
具体实施方式
现结合附图详细说明本发明的结构特点。
参见图1和2，一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构，所述汽车 起重机包括吊臂和吊臂转台，起重机工作时，吊臂转台随吊臂一起回转。其特征 在于，在起重机的吊臂转台上设置有一个绳驱动并联机构。该绳驱动并联机构包 含：折叠状态和展开状态。
参见图1和8，当汽车起重机处于非工作状态时，该绳驱动并联防侧翻机构 为折叠状态，可节省机构所占空间，方便运输。
参见图1和8，当汽车起重机处于工作状态时，该绳驱动并联防侧翻机构处 于展开状态。该绳驱动并联防侧翻机构具有3个自由度，可向汽车起重机吊臂运 动方向的反方向运动，达到调整起重机重心的效果，起到平衡防侧翻作用。
参见图1和3，设在汽车起重机的吊臂转台尾部的绳驱动并联机构，为一组 6R平面并联机构。6R平面并联机构作为柔索并联稳定机构的执行部件。
参见图3，6R平面并联机构由一组连杆、铰链、驱动绳和动力源构成。由铰 链连接的连杆与汽车起重机活动连接。在连杆上设有动力源。驱动绳一端与汽车 起重机相连接，另一端绕过铰链后与动力源相连接。通过动力源的转动，带动驱 动绳运动，进而带动连杆运动，进而实现因连杆相对汽车起重机的位置变化而引 起的重心位置变化，从而实现调整起重机重心的效果，起到平衡防侧翻作用。
参见图1、3和4，所述6R平面并联机构，由5个连杆和6个铰链组成。5 个连杆依次记为：连杆A(1)、连杆B(2)、连杆C(3)、连杆D(4)、连杆E(5)。 6个铰链依次记为：铰链A(7)、铰链B(8)、铰链C(9)、铰链D(10)、铰链E (11)、铰链F(12)。
参见图9、10、11和12，连杆A(1)、连杆B(2)为两端设有圆孔的长方 体形构件，连杆A(1)两端分别与吊臂转台和连杆C(3)铰接，连杆B(2)两 端分别与吊臂转台和连杆D(4)铰接。其中，连杆C(3)、连杆D(4)为两端 设有圆孔的长U形构件，其一端设有空槽，所述空槽为长方体形，该空槽可完全 包络连杆A(1)、连杆B(2)，连杆C(3)两端分别与A(1)和连杆E(5)铰 接，连杆D(4)两端分别与连杆B(2)和连杆E(5)铰接。所述连杆E(5)为 T形构件，在连杆E(5)的两端均设有圆孔，连杆E(5)的两端分别与连杆C (3)和连杆D(4)铰接。
进一步说，在连杆E(5)的一侧的连接依次为：铰链E(11)、连杆C(3)、 铰链C(9)、连杆A(1)、铰链A(7)。在连杆E(5)的另一侧的连接依次为： 铰链F(12)、连杆D(4)、铰链D(10)、连杆B(2)、铰链B(8)。铰链A(7) 和铰链B(8)分别设置在吊臂转台的尾部两侧，连杆E(11)设置在机构末端， 且作为动力平台和配重之用。
参见图1、3和8，在汽车起重机吊臂转台和6R平面并联机构之间设有驱动 绳。在6R平面并联机构上设有动力源，作为柔索并联稳定机构的差分柔索驱动 系统。通过动力源带动驱动绳。借由驱动绳的运动，改变汽车起重机吊臂转台与 6R平面并联机构之间的位置关系，进而引起作为一个整体的汽车起重机吊臂转 台-6R平面并联机构的重心位置变化，从而实现调整起重机重心的效果，起到平 衡防侧翻作用。
参见图3，在汽车起重机吊臂转台和6R平面并联机构之间设有4根驱动绳。
在汽车起重机吊臂转台和6R平面并联机构上设有3个动力源，作为柔索并 联稳定机构的差分柔索驱动系统。
参见图3、4，在汽车起重机吊臂转台和6R平面并联机构之间所设置的4根 驱动绳分别记为：驱动绳A(16)、驱动绳B(17)、驱动绳C(18)和驱动绳D (19)。
在6R平面并联机构上设置的3个动力源分别记为：动力系统A(501)、动 力系统B(502)和动力系统C(503)。
所述的3个动力源均配置在连杆E(11)之上，故连杆E(11)也称为末端 动力平台。动力系统A(501)、动力系统B(502)均为差分驱动装置，对称固定 在连杆E(11)两侧，牵引驱动绳做差分运动。动力系统C(503)设置在动力平 台一侧的铰链F(12)或铰链E(11)上，驱动铰链F(12)或铰链E(11)运动 以调整末端动力平台的姿态。动力系统A(501)、动力系统B(502)、动力系统 C(503)的运动相互独立。
参见图5，差分驱动装置，即动力系统A(501)和动力系统B(502)，均由 驱动器(20)、差速器(21)和2个绳索卷筒组成，驱动器(20)、差速器(21) 和卷筒之间通过齿轮(24)传动。其中：驱动器(20)直接驱动差速器(21)， 差速器(21)上设有2个齿轮(24)。所述齿轮(24)为半轴齿轮。齿轮(24) 分别驱动1个绳索卷筒。所述2个卷筒的绳索缠绕方向相反，使得驱动器(20) 运动时，绳索实现差分运动。2个绳索卷筒依次记为卷筒A(22)和卷筒B(23)。
参见图1、2和8，还设有一个支撑杆(6)。支撑杆(6)的一端与吊臂转台 尾部相连接，另一端设有锚点C(15)，与驱动绳C(18)和驱动绳D(19)相连 接。进一步说，支撑杆(6)末端位于吊臂转台尾部后上方。支撑杆(6)为长方 体形构件。
所述吊臂转台上设有2个锚点，具体在吊臂转台前部两侧分别设置有锚点A (13)和锚点B(14)，所述锚点A(13)是指吊臂转台和驱动绳A(16)的连接 点，所述锚点B(14)是指吊臂转台和驱动绳B(17)的连接点。锚点C(15) 设置在支撑杆(6)末端，所述锚点C(15)是指支撑杆(6)和驱动绳C(18)、 驱动绳D(19)的连接点。
所述4根驱动绳包括驱动绳A(16)、驱动绳B(17)、驱动绳C(18)和驱 动绳D(19)。
参见图3和4，针对驱动绳A(16)，其连接方式为：
驱动绳A(16)的一端连接锚点A(13)，沿转台向后，驱动绳A(16)从并 联机构外侧开始缠绕铰链C(9)一周后，再从机构内侧通过铰链E(11)，驱动 绳A(16)的另一端连接动力系统A(501)。进一步说，驱动绳A(16)的另一 端与动力系统A(501)内的绳索卷筒A(22)相连接。
参见图3和4，针对驱动绳驱动绳B(17)，其连接方式为：
驱动绳B(17)的一端连接锚点B(14)，沿转台向后，驱动绳B(17)从并 联机构外侧开始缠绕铰链D(10)一周后，再从机构内侧通过铰链F(12)，驱动 绳B(17)的另一端连接动力系统B(502)。进一步说，驱动绳B(17)的另一 端与动力系统B(502)内的绳索卷筒A(22)相连接。
参见图3和4，针对驱动绳C(18)，其连接方式为：
驱动绳C(18)的一端连接锚点C(15)，驱动绳C(18)缠绕铰链C(9)一 周后，再从机构外侧绕过铰链E(11)，其另一端连接动力系统A(501)。进一步 说，驱动绳C(18)的另一端与动力系统A(501)内的绳索卷筒B(23)相连接。
参见图3和4，针对驱动绳D(19)，其连接方式为：
驱动绳D(19)的一端连接锚点C(15)，驱动绳D(19)缠绕铰链D(10) 一周后，再从机构外侧绕过铰链F(12)，其另一端连接动力系统B(502)。进一
进一步说，所述的6R平面并联机构，其连杆A(1)和连杆B(2)长度为 2m，连杆C(3)、连杆D(4)和连杆E长度为2.5m，同时连杆长度可根据起重 机尺寸确定。动力平台到吊臂转台尾部末端的距离称为防侧翻机构的伸缩量，伸 缩量变化范围为0-3.6m。动力平台与转台尾部夹角的变化范围为0±15°。
参见图7，本发明所述的一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构的 驱动方法，其特征在于，按如下步骤进行：
一、柔索并联稳定机构的展开过程，包括以下步骤：
①由计算机根据吊臂的起吊幅角、吊臂长度和重物质量计算确定动力平台的 伸缩量。
②计算机根据柔索并联稳定机构的逆运动学模型，输入已知的伸缩量，并输 入动力平台姿态角为{0,0,0}(即保持动力平台与转台尾部平行),以机构折叠状 态的电机位置为原点，求出动力系统A(501)、动力系统B(502)、动力系统C (503)的电机角位移增量，并发送位移指令，控制动力源运动。所述动力源为 动力系统A(501)、动力系统B(502)和动力系统C(503)。
动力系统A(501)、动力系统B(502)分别牵引驱动绳C(18)和驱动绳D (19)收缩，同时释放驱动绳A(16)和驱动绳B(17)。
本发明的运动学计算公式需要引入很多变量和坐标系，如图13所示，具体 的推导如下：
结合图13，其逆动力学函数为：
此时，输入量为铰链轨迹，输出量为：
(1)L1、L2、L3、L4的长度变化。
(2)无级变速系统传动比变化。
(3)动力系统3角位移变化。
铵链位置求解公式:
平面四杆机构求解封闭矢量方程:
几何方法求解
θ2＝θ0+θ1-π
最终轨迹(三个自由度)求解:
偏向角＝ψ2-θ2
其中：
目前各杆件尺寸在模型中截取。
④动力系统C(503)按照角位移指令运动，保持动力平台与转台尾部平行， 控制动力平台平稳运动。
⑤驱动绳C(18)和驱动绳D(19)收缩的同时，锚点C(15)为驱动绳C (18)和驱动绳D(19)提供反向拉力。铰链C(9)、铰链D(10)在锚点C(15) 的牵引下向转台后方运动，动力平台远离转台，6R平面并联机构展开。
二、柔索并联稳定机构的折叠过程，包括以下步骤：
①计算机根据机构展开时计算出的动力系统A(501)、动力系统B(502)、 动力系统C(503)的电机角位移增量，发送反向位移指令，控制动力源运动。
动力系统A(501)、动力系统B(502)分别反向运动牵引驱动绳A(16)、 驱动绳B(17)收紧，同时释放驱动绳C(18)和驱动绳D(19)。
③动力系统C(503)按照反向角位移指令运动，保持动力平台与转台尾部 平行，控制动力平台平稳运动。
④驱动绳A(16)、驱动绳B(17)收紧的同时，锚点A(13)和锚点B(14)为 驱动绳A(16)和驱动绳B(17)提供反向拉力，铰链C(9)、铰链D(10)在锚 点A(13)、锚点B(14)的牵引下向转台前方运动，动力平台靠近转台，运动至 连杆A(1)与连杆C(3)贴近重合，连杆A(1)完全嵌入连杆C(3)的空槽中， 连杆B(2)和连杆D(4)贴近重合，连杆B(2)完全嵌入连杆D(4)的空槽中， 6R平面并联机构折叠。
Claims (10)
1.一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构，所述汽车起重机包括吊臂和吊臂转台，起重机工作时，吊臂转台随吊臂一起回转；其特征在于，在起重机的吊臂转台上设置有一个绳驱动并联机构；该绳驱动并联机构包含：折叠状态和展开状态：
当汽车起重机处于非工作状态时，该绳驱动并联防侧翻机构为折叠状态，可节省机构所占空间，方便运输；
当汽车起重机处于工作状态时，该绳驱动并联防侧翻机构处于展开状态；该绳驱动并联防侧翻机构具有3个自由度，可向汽车起重机吊臂运动方向的反方向运动，达到调整起重机重心的效果，起到平衡防侧翻作用。
2.如权利要求1所述的一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构，其特征在于，设在汽车起重机的吊臂转台尾部的绳驱动并联机构，为一组6R平面并联机构。
3.如权利要求1所述的一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构，其特征在于，6R平面并联机构由一组连杆、铰链、驱动绳和动力源构成；
由铰链连接的连杆与汽车起重机活动连接；
在连杆上设有动力源；
驱动绳一端与汽车起重机相连接，另一端绕过铰链后与动力源相连接；
通过动力源的转动，带动驱动绳运动，进而带动连杆运动，进而实现因连杆相对汽车起重机的位置变化而引起的重心位置变化，从而实现调整起重机重心的效果，起到平衡防侧翻作用。
4.如权利要求2所述的一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构，其特征在于，所述6R平面并联机构，由5个连杆和6个铰链组成；5个连杆依次记为：连杆A(1)、连杆B(2)、连杆C(3)、连杆D(4)、连杆E(5)；6个铰链依次记为：铰链A(7)、铰链B(8)、铰链C(9)、铰链D(10)、铰链E(11)、铰链F(12)；
在连杆E(5)的一侧的连接依次为：铰链E(11)、连杆C(3)、铰链C(9)、连杆A(1)、铰链A(7)；
在连杆E(5)的另一侧的连接依次为：铰链F(12)、连杆D(4)、铰链D(10)、连杆B(2)、铰链B(8)；
铰链A(7)和铰链B(8)分别设置在吊臂转台的尾部两侧，连杆E(11)设置在机构末端，且作为动力平台和配重之用。
5.如权利要求2所述的一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构，其特征在于，在汽车起重机吊臂转台和6R平面并联机构之间设有驱动绳；在6R平面并联机构上设有动力源，作为柔索并联稳定机构的差分柔索驱动系统；通过动力源带动驱动绳；借由驱动绳的运动，改变汽车起重机吊臂转台与6R平面并联机构之间的位置关系，进而引起作为一个整体的汽车起重机吊臂转台-6R平面并联机构的重心位置变化，从而实现调整起重机重心的效果，起到平衡防侧翻作用。
6.如权利要求2所述的一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构，其特征在于，在汽车起重机吊臂转台和6R平面并联机构之间设有4根驱动绳；
在汽车起重机吊臂转台和6R平面并联机构上设有3个动力源，作为柔索并联稳定机构的差分柔索驱动系统。
7.如权利要求2所述的一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构，其特征在于，在汽车起重机吊臂转台和6R平面并联机构之间所设置的4根驱动绳分别记为：驱动绳A(16)、驱动绳B(17)、驱动绳C(18)和驱动绳D(19)；
在6R平面并联机构上设置的3个动力源分别记为：动力系统A(501)、动力系统B(502)和动力系统C(503)；所述的3个动力源均配置在连杆E(11)之上；动力系统A(501)、动力系统B(502)均为差分驱动装置，牵引驱动绳做差分运动；
动力系统C(503)设置在动力平台一侧的铰链F(12)或铰链E(11)上，驱动铰链F(12)或铰链E(11)运动以调整末端动力平台的姿态。
8.如权利要求7所述的一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构，其特征在于，差分驱动装置，即动力系统A(501)和动力系统B(502)，均由驱动器(20)、差速器(21)和2个绳索卷筒组成，驱动器(20)、差速器(21)和卷筒之间通过齿轮(24)传动；其中：驱动器(20)直接驱动差速器(21)，差速器(21)上设有2个齿轮(24)；所述齿轮(24)为半轴齿轮；齿轮(24)分别驱动1个绳索卷筒；所述2个卷筒的绳索缠绕方向相反，使得驱动器(20)运动时，绳索实现差分运动。
9.如权利要求6所述的一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构，其特征在于，设有一个支撑杆(6)；支撑杆(6)的一端与吊臂转台尾部相连接，另一端设有锚点C(15)，与驱动绳C(18)和驱动绳D(19)相连接；在吊臂转台前部两侧分别设置有锚点A(13)和锚点B(14)，锚点C(15)设置在支撑杆(6)末端；
所述4根驱动绳包括驱动绳A(16)、驱动绳B(17)、驱动绳C(18)和驱动绳D(19)。
10.如权利要求1至9任一所述的一种用于汽车起重机防侧翻的柔索并联稳定机构的驱动方法，其特征在于，按如下步骤进行：
一、柔索并联稳定机构的展开过程，包括以下步骤：
①由计算机根据吊臂的起吊幅角、吊臂长度和重物质量计算确定动力平台的伸缩量；
②计算机根据柔索并联稳定机构的逆运动学模型，输入已知的伸缩量，并输入动力平台姿态角为{0,0,0}(即保持动力平台与转台尾部平行)，以机构折叠状态的电机位置为原点，求出动力系统A(501)、动力系统B(502)、动力系统C(503)的电机角位移增量，并发送位移指令，控制动力源运动；
动力系统A(501)、动力系统B(502)分别牵引驱动绳C(18)和驱动绳D(19)收缩，同时释放驱动绳A(16)和驱动绳B(17)；
此处运动学计算公式比较复杂，需要引入很多变量和坐标系，如图：
④动力系统C(503)按照角位移指令运动，保持动力平台与转台尾部平行，控制动力平台平稳运动；
⑤驱动绳C(18)和驱动绳D(19)收缩的同时，锚点C(15)为驱动绳C(18)和驱动绳D(19)提供反向拉力；，动力平台远离转台，6R平面并联机构展开；
二、柔索并联稳定机构的折叠过程，包括以下步骤：
①计算机根据机构展开时计算出的动力系统A(501)、动力系统B(502)、动力系统C(503)的电机角位移增量，发送反向位移指令，控制动力源运动；
动力系统A(501)、动力系统B(502)分别反向运动牵引驱动绳A(16)、驱动绳B(17)收紧，同时释放驱动绳C(18)和驱动绳D(19)；
③动力系统C(503)按照反向角位移指令运动，保持动力平台与转台尾部平行，控制动力平台平稳运动；
④驱动绳A(16)、驱动绳B(17)收紧的同时，锚点A(13)和锚点B(14)为驱动绳A(16)和驱动绳B(17)提供反向拉力，铰链C(9)、铰链D(10)在锚点A(13)、锚点B(14)的牵引下向转台前方运动，动力平台靠近转台，运动至连杆A(1)与连杆C(3)贴近重合，连杆A(1)完全嵌入连杆C(3)的空槽中，连杆B(2)和连杆D(4)贴近重合，连杆B(2)完全嵌入连杆D(4)的空槽中，6R平面并联机构折叠。
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