CN114923070B - 一种超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构及方法，属于传动机构领域，包括依次连接的第一液压缸、主动杆、构件杆和第二液压缸，所述第一液压缸推动主动杆转动，主动杆带动构件杆转动，主动杆锁定位置后，第二液压缸推动构件杆上升，之后构件杆位置锁定，进而布置于构件杆内的伺服系统驱动超宽平板单元绕其型心转动。本发明解决超宽平板单元的举高和旋转功能需求中遇到的技术困难，满足空间限制要求，提高机构强度，能驱动超宽平板单元在所需角度范围内全角度做俯仰运动。

Description

一种超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构及方法
技术领域
本发明涉及传动机构领域，更为具体的，涉及一种超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构及方法。
背景技术
在工程机械、环卫机械、游乐设备等领域会有将一个超宽平板单元(如图1所示)举升到一定高度，并在空间上做旋转运动的功能需求。图1中，a表示超宽平板单元与铅锤面夹角；b表示超宽平板单元高度，此处为2.5米；c表示超宽平板单元厚度，此处为0.6米；d表示超宽平板单元距离底面高度，此处为0.976米；e表示超宽平板单元举升到位后距离底面高度，此处为2.267米。此超宽平板单元在这里定义为高b、厚c、宽大于8米的一个大型平板功能单元，在这个功能单元空间体积内部具体布置什么单元，可根据设备具体任务需求而定。此超宽平板单元需要在距离底面距离小于d的高度空间内设计机构，并实现图1所示的空间姿态转换，要求转换过程中超宽平板单元的最低点始终高于d。由于超宽平板单元的重量通常较重，考虑到俯仰传动响应速度较高，需要将超宽平板单元的高空回转中心设计在单元的型心，最大限度的减小传动的偏心问题，提高传动系统的响应速度和稳定性。图1中角度a的范围为0°到90°，超宽平板单元在此角度范围类任意位置均需要能停留工作。
目前，现有超宽平板单元的姿态调整分为两个主要步骤：第一，通过举升机构将单元举高；第二，通过在单元型心安装驱动装置，驱动单元绕型心转动。例如，现有技术方案如：“新型平板自卸半挂车”(公告号：CN204688219U)为轻型平板，通过一根液压缸让平板绕一个点做简单的转动，没有超宽平板单元的姿态运动复杂；“侧方位立体停车装置”(公开号：CN110805329A)为利用平行四杆机构，将两个小平板平行举升到一定高度，没有绕型心旋转功能；“具有姿态正交变换功能的举升机构”(公告号：CN104129732B)适用于自动化生产线中的物料举升，举升重量小，且不能绕其功能单元做旋转运动。
市场上可见的机构通常是直接固定超宽平板单元的型心，直接驱动其型心转动，但无法满足举高的要求。在距离底面高度d的空间范围内实现举高，并满足图1中诸多限制的情况下，在单元型心布置驱动装置的成套机构暂时未见。
要实现上述超宽平板单元的举高和旋转功能，存在如下技术困难：1)距离底面d的高度空间有限；2)必须同时满足举高与旋转两个功能需求；3)举升机构必须具有足够强度，以满足超宽平板单元在高空稳定旋转而不变形；4)超宽平板单元的轮廓运动最低点需高于尺寸d；5)超宽平板单元举高后需要在0°到90°范围类任意位置工作。
此外，现有技术存在如下技术问题：a)在空间受限的情况下，布置更大的伺服电机、齿轮传动或者其他控制单元等容易受到限制，且传动机构强度仍有待提升；b)俯仰机构的负载潜力有待提高；c)存在伺服电机驱动的同步困难问题；d)成本高；e)可靠性有待提高；f)不同运动状态下的重心稳定性设计有待优化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构及方法，解决超宽平板单元的举高和旋转功能需求中遇到的技术困难，满足空间限制要求，提高机构强度，能驱动超宽平板单元在所需角度范围内全角度做俯仰运动。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
一种超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构，包括依次连接的第一液压缸、主动杆、构件杆和第二液压缸。
进一步地，所述第一液压缸推动主动杆转动，主动杆带动构件杆转动，主动杆锁定位置后，第二液压缸推动构件杆上升，之后构件杆位置锁定，进而布置于构件杆内的伺服系统驱动超宽平板单元绕其型心转动。
进一步地，所述主动杆由第二节点、第六节点和第七节点连接而成的三角形区域构成。
进一步地，所述构件杆由第三节点、第五节点、第七节点和第八节点围成的异形五边形区域构成。
进一步地，所述第二节点固定于底面，为不动铰接点；所述第六节点固定于主动杆，为动锁定点；所述第七节点固定于构件杆，为动铰接点。
进一步地，所述第五节点和第八节点在初始状态下被锁定在底面上，进而整个构件杆的控制位置被锁定，同时与构件杆相连的第一液压缸、第二液压缸和主动杆均实现空间位置锁定；第一液压缸和第二液压缸在初始状态下均不受力。
进一步地，所述第三节点，固定于构件杆，为动铰接点；所述第五节点，固定于构件杆，为动锁定点；所述第七节点，固定于构件杆，为动铰接点；所述第八节点，固定于构件杆，为动锁定点。
进一步地，所述第五节点和第八节点均与解锁装置连接，且解锁装置与第一液压缸、第二液压缸均处于同一液压控制系统。
一种超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构的空间位置锁定方法，利用如上任一所述超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构，执行如下步骤：
初始状态，将第五节点和第八节点在初始状态下锁定在底面上，进而整个构件杆的控制位置被锁定，同时与构件杆相连的第一液压缸、第二液压缸和主动杆均实现空间位置锁定，在整个初始状态下，第一液压缸和第二液压缸均不受力；
进行举升时，将第五节点和第八节点解锁，此时使主动杆绕第二节点转动；在第五节点和第八节点解锁的瞬间，第一液压缸供液，推动第一液压缸变长，第一液压缸的一端固定于第一节点，另一端固定于第七节点，由于第一液压缸变长，主动杆开始向右转动运动，主动杆上第六节点主动到最终俯仰位置，此时将第六节点锁定到底面上，主动杆的空间位置实现锁定；
在主动杆的空间位置锁定后，利用第二液压缸推动第三节点向上运动，直到将超宽平板单元推到最终俯仰位置；当第二液压缸推动构件杆到位后，将构件杆上第八节点锁定到底面上，实现构件杆的空间位置锁定。
一种应用于传动机构的旋转驱动方法，包括步骤：利用如上所述方法锁定空间位置后，在构件杆空间体积内安装伺服系统，所述伺服系统用于对超宽平板单元型心的中心轴做旋转驱动。
本发明的有益效果包括：
本发明解决了超宽平板单元的举高和旋转功能需求中遇到的技术困难，提供了一种满足空间限制要求、通过巧妙的锁定设计以提高机构强度、能驱动超宽平板单元在所需角度范围内全角度做俯仰运动的一套电液混合俯仰多杆机构。且本发明包括如下创新点：
(1)本发明解决了背景中提出的技术困难，提供一种超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构及方法，满足背景中超宽平板单元的举高和旋转功能需求。
(2)本发明提供了一种重心稳定性新设计方案，具体的，机构中构件杆能在初始状态和举升到位状态两个状态下实现锁定，且锁定后形成的由第七节点、第六节点、第八节点组成的三角型区域恰好覆盖超宽平板单元的型心中轴线投影，使得超宽平板单元的理论重心非常稳定。
(3)本发明提升了可靠性，具体的，俯仰机构的举升驱动机构为液压驱动，相对于电动缸驱动，能提供更大的推力，且空间体积更小，易于与第五节点和第七节点用的液压锁定缸同步，举升驱动机构的可靠性优越，能保证更重的超宽平板单元上装。
(4)本发明提供的俯仰机构仅由两个液压缸驱动举升，液压缸固定点位置可灵活选取，每个液压缸的初始推力角可设计得很大，因此在同等推力情况下能产生更大的转矩，从而可有效提高可转动负载，更有利于大型超宽平板单元的举升，同时可降低对液压缸推力的可选范围，能选到更多经济适用型液压缸，经济效益良好。
(5)本发明使得超宽平板单元的转动由集成在构件杆的空间区域内的伺服电机驱动，空间集成高，且由于伺服驱动系统由齿轮系统组成，本身具有自锁能力，使超宽平板单元在工作角度范围内能任意位置驻留，且能在优化伺服传动结构的基础上，实现超宽平板单元的角速度驱动控制，俯仰的能力潜力巨大。
(6)本发明俯仰机构由于采用了液压驱动，在平行于超宽平板单元宽度(即8米方向)上，能布置两组同样的机构，且易于实现两套机构的同步，没有伺服电机驱动的同步困难问题。
(7)本发明俯仰机构锁定后强度提高，可为超宽平板单元的俯仰传动提供良好支撑，同时机构杆空间体积较大，便于布置更大的伺服电机、齿轮传动或者其他控制单元，用以匹配超宽平板单元的重量增加。
(8)本发明实现在距离底面存在高度的空间范围内实现举高，并在满足诸多限制的情况下，提供了在单元型心布置驱动装置的成套俯仰机构解决方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为超宽平板单元俯仰功能需求示意图；
图2a为本发明实施例机构传动第一示意图；
图2b为本发明实施例机构传动第二示意图；
图3为本发明实施例机构定义及运动示意图；
图4a为某型超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构初始状态第一示意图(隐藏平板)；
图4b为某型超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构初始状态第二示意图(隐藏平板)；
图5a为某型超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构举升到位状态第一示意图；
图5b为某型超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构举升到位状态第二示意图；
图6a为某型超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构俯仰状态第一示意图；
图6b为某型超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构俯仰状态第二示意图；
图中，1-底面，2-超宽平板单元型心，101-第一液压缸，102-主动杆，103-第二液压缸，104-构件杆，201-第一节点，202-第二节点，203第三节点，204-第四节点，205-第五节点，206-第六节点，207-第七节点，208-第八节点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明进一步说明。下面结合附图和实施例对发明进一步说明。本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
本发明提出了一种超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构及方法。以超宽平板单元场景为例，详述该发明方法。实时例中主要讨论主动杆、构件杆、被动杆和液压缸等结构。
本发明实施例提供一种俯仰多杆机构，具体为能让超宽平板单元在俯仰维度做全角度俯仰的电液混合俯仰多杆机构。该机构包括主动杆102、构件杆104、液压缸和被动杆(图中未示出)组成，主动杆102由第二节点202、第六节点206和第七节点207连接而成的三角形区域构成，液压缸包括第一液压缸101和第二液压缸103。
该机构初始状态如图2a所示，其中，构件杆104由第三节点203、第五节点205、第七节点207和第八节点208围成的异形五边形区域构成，其中第五节点205和第八节点208在初始状态下被锁定在底面1上，进而整个构件杆104的控制位置被锁定，同时与构件杆104相连的第一液压缸101、第二液压缸103和主动杆102均实现空间位置锁定。该机构在整个初始状态下，两个液压缸(第一液压缸101和第二液压缸103)均不受力。
该机构需要举升时，将第五节点205和第八节点208解锁(这里所用解锁装置与液压缸处于同一液压控制系统)，此时主动杆102可绕第二节点202转动。第五节点205和第八节点208解锁的瞬间，第一液压缸101供液，推动第一液压缸101变长，第一液压缸101的一端固定于第一节点201，另一端固定于第七节点207，由于第一液压缸101变长，主动杆102开始向右转动运动，主动杆102上第六节点206主动到如图2b所示位置，此时将第六节点206锁定到底面1上，主动杆102的空间位置实现锁定。
在主动杆102锁定后，第二液压缸103推动第三节点203向上运动，直到将超宽平板单元推到最终俯仰位置，如图2b位置所示。当第二液压缸103推动构件杆104到位后，将构件杆104上第八节点208锁定到底面1上，由于前面步骤中主动杆102已实现锁定，因此主动杆102上第七节点207空间位置已经实现锁定，而构件杆104上包含第七节点207和第八节点208，此时第七节点207和第八节点208已经实现锁定，进而构件杆104的空间位置实现锁定。
构件杆104在空间位置实现锁定后，由构件杆104的五边形轮廓围成的区域内的伺服系统实现对超宽平板单元型心2的旋转驱动，也就是说在构件杆104空间体积内做一套轴、齿轮和伺服控制电机组成的伺服驱动系统，此系统驱动位于超宽平板单元型心2的中心轴做周向转动。
通过以上步骤，本发明实施例的超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构实现超宽平板单元的举升和转动功能。
本发明实施例的一种超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构，如图3所示。第一液压缸101推动主动杆102转动，主动杆102带动构件杆104转动，主动杆102锁定位置后，第二液压缸103推动构件杆104上升，之后构件杆104位置锁定，进而布置于构件杆104内的伺服系统驱动超宽平板单元绕其型心转动。机构锁定后强度提高，可为超宽平板单元的俯仰传动提供良好支撑，同时机构杆空间体积较大，便于布置更大的伺服电机、齿轮传动或者其他控制单元，用以匹配超宽平板单元的重量增加。
按本发明设计并应用的超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构，如图4a、图4b、图5a、图5b、图6a、图6b所示。此机构将本发明在超宽平板单元宽度方向上应用了两次，驱动用液压缸共4根。由于将本发明在宽度方向上的平行应用，极大的增加了超宽平板单元宽度维度的强度，同时增加了构件杆的厚度，增大了可用于设计伺服系统的空间体积，增加了此机构的负载潜力。
实施例1：一种超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构，包括依次连接的第一液压缸101、主动杆102、构件杆104和第二液压缸103。
实施例2：在实施例1的基础上，所述第一液压缸101推动主动杆102转动，主动杆102带动构件杆104转动，主动杆102锁定位置后，第二液压缸103推动构件杆104上升，之后构件杆104位置锁定，进而布置于构件杆104内的伺服系统驱动超宽平板单元绕其型心转动。
实施例3：在实施例2的基础上，所述主动杆102由第二节点202、第六节点206和第七节点207连接而成的三角形区域构成。
实施例4：在实施例2的基础上，所述构件杆104由第三节点203、第五节点205、第七节点207和第八节点208围成的异形五边形区域构成。
实施例5：在实施例3的基础上，所述第二节点202固定于底面1，为不动铰接点；所述第六节点206固定于主动杆102，为动锁定点；所述第七节点207固定于构件杆104，为动铰接点。
实施例6：在实施例4的基础上，所述第五节点205和第八节点208在初始状态下被锁定在底面1上，进而整个构件杆104的控制位置被锁定，同时与构件杆104相连的第一液压缸101、第二液压缸103和主动杆102均实现空间位置锁定；第一液压缸101和第二液压缸103在初始状态下均不受力。
实施例7：在实施例4的基础上，所述第三节点203，固定于构件杆104，为动铰接点；所述第五节点205，固定于构件杆104，为动锁定点；所述第七节点207，固定于构件杆104，为动铰接点；所述第八节点208，固定于构件杆104，为动锁定点。
实施例8：在实施例4的基础上，所述第五节点205和第八节点208均与解锁装置连接，且解锁装置与第一液压缸101、第二液压缸103均处于同一液压控制系统。
实施例9：一种利用如实施例1～实施例8任一所述超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构的空间位置锁定方法，包括步骤：
初始状态，将第五节点205和第八节点208在初始状态下锁定在底面1上，进而整个构件杆104的控制位置被锁定，同时与构件杆104相连的第一液压缸101、第二液压缸103和主动杆102均实现空间位置锁定，在整个初始状态下，第一液压缸101和第二液压缸103均不受力；
进行举升时，将第五节点205和第八节点208解锁，此时使主动杆102绕第二节点202转动；在第五节点205和第八节点208解锁的瞬间，第一液压缸101供液，推动第一液压缸101变长，第一液压缸101的一端固定于第一节点201，另一端固定于第七节点207，由于第一液压缸101变长，主动杆102开始向右转动运动，主动杆102上第六节点206主动到最终俯仰位置，此时将第六节点206锁定到底面1上，主动杆102的空间位置实现锁定；
在主动杆102的空间位置锁定后，利用第二液压缸103推动第三节点203向上运动，直到将超宽平板单元推到最终俯仰位置；当第二液压缸103推动构件杆104到位后，将构件杆104上第八节点208锁定到底面1上，实现构件杆104的空间位置锁定。
实施例10：一种应用于传动机构的旋转驱动方法，包括步骤：利用实施例9所述方法锁定空间位置后，在构件杆104空间体积内安装伺服系统，所述伺服系统用于对超宽平板单元型心2的中心轴做旋转驱动。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (1)

1.一种超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构的空间位置锁定方法，其特征在于，利用超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构，该超宽平板单元电液混合俯仰多杆机构包括：依次连接的第一液压缸(101)、主动杆(102)、构件杆(104)和第二液压缸(103)；
所述第一液压缸(101)推动主动杆(102)转动，主动杆(102)带动构件杆(104)转动，主动杆(102)锁定位置后，第二液压缸(103)推动构件杆(104)上升，之后构件杆(104)位置锁定，进而布置于构件杆(104)内的伺服系统驱动超宽平板单元绕其型心转动；
所述主动杆(102)由第二节点(202)、第六节点(206)和第七节点(207)连接而成的三角形区域构成；
所述构件杆(104)由第三节点(203)、第五节点(205)、第七节点(207)和第八节点(208)围成的异形五边形区域构成；
所述第二节点(202)固定于底面(1)，为不动铰接点；所述第六节点(206)固定于主动杆(102)，为动锁定点；所述第七节点(207)固定于构件杆(104)，为动铰接点；
所述第五节点(205)和第八节点(208)在初始状态下被锁定在底面(1)上，进而整个构件杆(104)的控制位置被锁定，同时与构件杆(104)相连的第一液压缸(101)、第二液压缸(103)和主动杆(102)均实现空间位置锁定；第一液压缸(101)和第二液压缸(103)在初始状态下均不受力；
所述第三节点(203)，固定于构件杆(104)，为动铰接点；所述第五节点(205)，固定于构件杆(104)，为动锁定点；所述第七节点(207)，固定于构件杆(104)，为动铰接点；所述第八节点(208)，固定于构件杆(104)，为动锁定点；
所述第五节点(205)和第八节点(208)均与解锁装置连接，且解锁装置与第一液压缸(101)、第二液压缸(103)均处于同一液压控制系统；
执行如下步骤：
初始状态，将第五节点(205)和第八节点(208)在初始状态下锁定在底面(1)上，进而整个构件杆(104)的控制位置被锁定，同时与构件杆(104)相连的第一液压缸(101)、第二液压缸(103)和主动杆(102)均实现空间位置锁定，在整个初始状态下，第一液压缸(101)和第二液压缸(103)均不受力；
进行举升时，将第五节点(205)和第八节点(208)解锁，此时使主动杆(102)绕第二节点(202)转动；在第五节点(205)和第八节点(208)解锁的瞬间，第一液压缸(101)供液，推动第一液压缸(101)变长，第一液压缸(101)的一端固定于第一节点(201)，另一端固定于第七节点(207)，由于第一液压缸(101)变长，主动杆(102)开始向右转动运动，主动杆(102)上第六节点(206)主动到最终俯仰位置，此时将第六节点(206)锁定到底面(1)上，主动杆(102)的空间位置实现锁定；
在主动杆(102)的空间位置锁定后，利用第二液压缸(103)推动第三节点(203)向上运动，直到将超宽平板单元推到最终俯仰位置；当第二液压缸(103)推动构件杆(104)到位后，将构件杆(104)上第八节点(208)锁定到底面(1)上，实现构件杆(104)的空间位置锁定；
在锁定空间位置后，在构件杆(104)空间体积内安装伺服系统，所述伺服系统用于对超宽平板单元型心(2)的中心轴做旋转驱动。
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