一种电液复合驱动的可移动式机械臂

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一种电液复合驱动的可移动式机械臂\n技术领域\n[0001] 本发明涉及机械臂领域，具体是一种电液复合驱动的可移动式机械臂。\n背景技术\n[0002] 随着工业自动化进程的加速，机械臂渐渐成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这对其结构的创新与优化设计提出了更高的指标。可实现重物抓取与重物搬运等功能的工作装置，应用刚性的连杆机构较为普遍。以关节型机械臂为例，其具有可实现多自由度、动作较灵活、占用空间小的优点。但由于关节的驱动电机需占用关节空间，传动时驱动电机和传动机构自身都将成为负载；故关节型机械臂存在重量大、惯量大、传动效率低、关节误差累积的弊端。而且，这些传统的起重装置往往安装在固定的机架上，在作业时其底座无法移动，工作空间有限。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的是提供一种电液复合驱动的可移动式机械臂，以解决现有技术机械臂因驱动电机位于关节内部带来的手臂重量大、惯量大的问题。\n[0004] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：\n[0005] 一种电液复合驱动的可移动式机械臂，其特征在于：包括有底部车体，底部车体上竖直设置有由回转支承驱动电机驱动的回转支承，回转支承顶部支撑有基座平台，基座平台上方水平设置有可动平台，基座平台上中心位置竖向设置有液压缸，液压缸活塞杆竖直向上铰接连接在可动平台底部中心，基座平台上还设置有三个呈品字形环绕液压缸的电机，每个电机的输出轴上分别缠绕有可动平台驱动绳索，三组可动平台驱动绳索的索端分别斜向上连接在可动平台底部，且连接位置呈品字形环绕可动平台底部中心，可动平台上安装有顶部机械吊臂，顶部机械吊臂由固定在可动平台上的大臂、滑动安装在大臂中并从大臂前端伸出的中间臂、滑动安装在中间臂中并从中间臂前端伸出的小臂构成，所述中间臂后端外端面两对称侧转动安装有缩短用滑轮，缩短用滑轮上分别绕有绳索，且缩短用滑轮上绳索一端连接在大臂前端内端面对应位置上，缩短用滑轮上绳索另一端分别穿过中间臂后端并连接在小臂后端对应位置上，中间臂后端内端面通过伸入小臂内的滑轮基座转动安装有伸长用滑轮，所述基座平台上对应于顶部机械吊臂后端下方位置还设置有三组驱动电机，其中一个驱动电机的输出轴上缠绕有起重绳索，起重绳索向上伸向顶部机械吊臂，再沿顶部机械吊臂顶部延伸后在顶部机械吊臂前端竖直向下下垂，且起重绳索索端连接有末端执行器，第二个驱动电机的输出轴上缠绕有机械臂伸长驱动绳索，且机械臂伸长驱动绳索穿入小臂中并绕过伸长用滑轮后，机械臂伸长驱动绳索索端固定在小臂后端面上，第三个驱动电机的输出轴上缠绕有机械臂缩短驱动绳索，机械臂缩短驱动绳索穿入大臂中且索端固定在其中一个缩短用滑轮中心处。\n[0006] 所述的一种电液复合驱动的可移动式机械臂，其特征在于：液压缸活塞杆顶端、可动平台底部中心分别连接有虎克铰链，且两虎克铰链通过十字钉相互连接，实现液压缸活塞杆顶端与可动平台底部中心的铰接。\n[0007] 所述的一种电液复合驱动的可移动式机械臂，其特征在于：所述基座平台上还设置有配重块。\n[0008] 所述的一种电液复合驱动的可移动式机械臂，其特征在于：所述顶部机械吊臂顶部设置有多个限位座，每个限位座中分别开有通孔，起重绳索从各个限位座中通孔穿过。\n[0009] 本发明优点在于：\n[0010] 1.机构模块化且各模块结构简单、拆装方便。顶部机械吊臂完全由绳索控制，避免了传统机械伸缩臂采用液压缸而导致臂重过大的问题。此外，装置中灵活利用力的换向机构(如滑轮)将执行元件转移至基座平台，减小了装置运动部分的质量，故而提升了整个装置的动力学性能。底部设计为可自由移动的车体，能实现较大工作空间内的作业。\n[0011] 2.动力模式为电液复合驱动，既具有电力驱动工作效率高、成本低、控制方便的优点，又具有液压驱动工作平稳、反应速度快、冲击小、安全性好、负载能力强的优势。\n[0012] 3.三条并联绳索控制可动平台做两自由度的空间运动，具有轨迹灵活多变、惯性小、累积误差小以及有效载荷远高于自重等一系列优势。\n附图说明\n[0013] 图1是复合驱动可移动式机械臂的等轴测视图。\n[0014] 图2是复合驱动可移动式机械臂的主视图。\n[0015] 图3底部车体与可动平台的连接示意图。\n[0016] 图4是液压缸与可动平台的连接示意图。\n[0017] 图5是顶部机械吊臂内部结构简化示意图。\n具体实施方式\n[0018] 如图1-图5所示，一种电液复合驱动的可移动式机械臂，包括有底部车体7，底部车体7上竖直设置有由回转支承驱动电机16驱动的回转支承15，回转支承15顶部支撑有基座平台6，基座平台6上方水平设置有可动平台13，基座平台6上中心位置竖向设置有液压缸\n11，液压缸11活塞杆竖直向上铰接连接在可动平台13底部中心，基座平台6上还设置有三个呈品字形环绕液压缸的电机5，每个电机5的输出轴上分别缠绕有可动平台驱动绳索4，三组可动平台驱动绳索4的索端分别斜向上连接在可动平台13底部，且连接位置呈品字形环绕可动平台13底部中心，可动平台13上安装有顶部机械吊臂14，顶部机械吊臂14由固定在可动平台13上的大臂14.1、滑动安装在大臂14.1中并从大臂14.1前端伸出的中间臂14.2、滑动安装在中间臂14.2中并从中间臂14.2前端伸出的小臂14.3构成，中间臂14.2后端外端面两对称侧转动安装有缩短用滑轮14.7，缩短用滑轮14.7上分别绕有绳索14.6，且缩短用滑轮14.7上绳索14.6一端连接在大臂14.1前端内端面对应位置上，缩短用滑轮上14.7绳索\n14.6另一端分别穿过中间臂14.2后端并连接在小臂14.3后端对应位置上，中间臂14.2后端内端面通过伸入小臂14.3内的滑轮基座14.5转动安装有伸长用滑轮14.4，基座平台6上对应于顶部机械吊臂14后端下方位置还设置有三组驱动电机，其中一个驱动电机的输出轴上缠绕有起重绳索1，起重绳索1向上伸向顶部机械吊臂14，再沿顶部机械吊臂14顶部延伸后在顶部机械吊臂14前端竖直向下下垂，且起重绳索1索端连接有末端执行器2，第二个驱动电机的输出轴上缠绕有机械臂伸长驱动绳索9，且机械臂伸长驱动绳索9穿入小臂14.3中并绕过伸长用滑轮14.4后，机械臂伸长驱动绳索9索端固定在小臂14.3后端面上，第三个驱动电机的输出轴上缠绕有机械臂缩短驱动绳索10，机械臂缩短驱动绳索10穿入大臂14.1中且索端固定在其中一个缩短用滑轮14.7中心处。\n[0019] 液压缸11活塞杆顶端、可动平台13底部中心分别连接有虎克铰链12，且两虎克铰链12通过十字钉12.1相互连接，实现液压缸11活塞杆顶端与可动平台13底部中心的铰接。\n[0020] 基座平台6上还设置有配重块8。\n[0021] 顶部机械吊臂14顶部设置有多个限位座17，每个限位座17中分别开有通孔，起重绳索1从各个限位座17中通孔穿过。\n[0022] 如图1、图2所示，本发明中，基座平台6安装在底部车体7上。安装在基座平台6上的三个电机5通过三根可动平台驱动绳索4驱动可动平台13做两自由度的空间运动。液压缸11安装在基座平台6上，其上端通过虎克铰链12安装在可动平台13上，如此驱动可动平台13的升/降。另有两个安装在基座平台6上的电机5分别通过机械臂伸长驱动绳索9和机械臂缩短驱动绳索10驱动顶部机械吊臂14的伸/缩。剩下的一个驱动电机5通过绳索1驱动末端执行器2对重物3做起吊/放下动作；而放置在基座平台6上的配重块8对整个装置起到平衡作用。\n[0023] 图3为底部车体7与基座平台6的连接示意图。回转支承15安装在底部车体7上，回转支承驱动电机16通过回转支承15驱动基座平台6做回转运动。\n[0024] 图4是液压缸与可动平台的连接示意图。两个虎克铰链12分别安装在液压缸11和可动平台13上，两者通过一个十字钉12.1相连接。\n[0025] 图5是顶部机械吊臂内部结构简化示意图。机械臂伸长驱动绳索9通过滑轮11.4驱动小臂14.3，从而驱动中间臂14.2；机械臂缩短驱动绳索10直接驱动中间臂14.2，从而带动小臂14.3。\n[0026] 工作原理：抓取重物3时，底部车体先粗略移动至附近；回转支承驱动电机16通过回转支承15驱动基座平台6做回转运动，使顶部机械吊臂14转动至重物3大致角度上；液压缸11作为动力源驱动可动平台13升/降至重物3大致高度位置，同时三个电机5分别通过三根可动平台驱动绳索4做从动驱动，保持绳子始终绷直并相互平衡；待液压缸11升/降动作完成后，其中某一电机5转变为主动驱动，其余两个电机5仍为从动驱动，如此来驱动可动平台13做两自由度的空间运动；在这之后，驱动电机通过机械臂伸长驱动绳索9与机械臂缩短驱动绳索10相互配合驱动顶部机械吊臂14的伸/缩动作进行位置的微调；最后，剩余的一个驱动电机通过起重绳索1驱动末端执行器2来抓取重物3。对重物3抓取完毕后，也可通过上述运动将重物3分别向地面和装置的重心靠近，以降低倾覆力矩，使底部车体7的后续移动更加平稳。之后，底部车体7移动将重物3搬运至目标位置，作业完成。