[發明專利]一種平面三自由度可控挖掘機構

有效

• 申請號: 200910114447.0
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN101666104A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發明（設計）人: 蔡敢為;潘宇晨
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: E02F3/28
• 分類號: E02F3/28;E02F3/36;E02F3/43
• 代理公司: 廣西南寧公平專利事務所有限責任公司
• 代理人: 黃永校

技術領域

本發明涉及工程機械領域，特別是一種平面三自由度可控挖掘機構。

背景技術

挖掘機是一種重要的工程機械，廣泛應用于工業、交通、能源、農田改造、水利、民用建筑、礦山采掘以及現代化軍事工程等機械化施工方面。至今，挖掘機主要有機械式和液壓式兩種類型。機械式挖掘機已經有100多年的歷史，是利用機械傳動件實現挖掘動作，具有堅固耐用等優點。但是傳統的單自由度機械式挖掘機不能完成復雜動作，即使僅用于采礦，也常常遇到困難，如：在挖掘較高臺面時斗齒不能產生更大的切削力；對于傾斜礦層的清理根底，向裝載車中卸載高度偏小等等。液壓式挖掘機具有結構簡單，重量輕、可實現很多復雜動作等優點，被廣泛采用。但是液壓式挖掘機是以液壓油為傳遞動力的介質，其起動性較差，容易因內部元件磨損后產生泄漏，而且涉及的元件較多，泄漏的液壓油會造成環境的污染。同時出現過熱，工作無力等現象。隨著挖掘機功能的增加，其液壓系統越來越復雜，造成其故障出現更具有突發性、隱蔽性。因為液壓系統的缺陷和局限性，液壓式挖掘機多為中、小型挖掘機。至今許多大型挖掘機還不得不采用電力驅動的機械式挖掘機。當前，工程機械領域具有這樣的共識：機械式挖掘機所能完成的動作簡單、難以變化，許多動作不能實現；液壓式挖掘機可以靈活地執行各種工程動作，但又存在液壓系統零部件要求高、壽命不長、漏油等缺陷。這是工程機械領域一個十分棘手的問題，也是長期未能取得突破的難題。

發明內容

本發明的目的是提供一種平面三自由度可控挖掘機構，它能克服傳統機械式挖掘機動作簡單，挖掘速度難控制等不足，又能克服液壓式挖掘機液壓元件要求高、易產生漏油、可靠度難保證等缺點。

本發明通過以下技術方案達到上述目的：

一種平面三自由度可控挖掘機構，包括挖掘手臂，鏟斗翻轉機構，反鏟式鏟斗和機架。

所述挖掘機構的挖掘手臂為平面二自由度可控機構，由第一主動桿和第二主動桿，第一從動桿、傳動桿以及機架連接組成，所述第一主動桿一端通過第一鉸孔與第一從動桿鉸接，另一端通過第二鉸孔鉸接在機架上，第二主動桿一端通過第三鉸孔與傳動桿鉸接，另一端鉸接在機架的第四鉸孔上，所述第一從動桿為彎桿，中間彎折部分有第五鉸孔，通過第五鉸孔與傳動桿鉸接。

所述第一主動桿和第二主動桿分別由第一伺服電機和第二伺服電機控制，通過編程實現輸出端在工作空間內任意軌跡和速度的輸出。

所述鏟斗翻轉機構由單獨的第三伺服電機控制，配合挖掘手臂實現鏟斗的翻轉，姿態保持與調整等動作。

所述反鏟式鏟斗背部有上下兩個鉸孔，分別與鏟斗翻轉機構和平面二自由度可控機構鉸接。

所述機架上安置有三臺伺服電機。機架本身可安裝在傳統挖掘機帶回轉平臺的輪胎式或履帶式行走機構上，實現空間四自由度的挖掘，回轉，卸料等挖掘工作和整機的定位與行走。

挖掘機構進行曲線挖掘工作時，根據挖掘軌跡要求通過控制器對挖掘手臂兩個伺服電機進行控制，使從動桿前端的輸出點實現工作空間內任意的挖掘軌跡。完成挖掘軌跡的同時，通過控制鏟斗翻轉機構的伺服電機，配合挖掘手臂實現鏟斗的翻轉挖掘動作。挖掘動作完成后，手臂提升，同時回轉平臺工作，將手臂回轉至堆放土壤的區域。此過程通過控制鏟斗翻轉機構保持鏟斗的收緊姿態。當鏟斗回轉至堆放區域上方，鏟斗翻轉機構回收，鏟斗回轉，卸土動作完成。

挖掘機構進行直線平整工作時，根據直線軌跡要求編程實現三個伺服電機的協調輸出，完成直線平整和鏟斗保持姿態的動作。

本發明的突出優點在于：

1、由于采用外轉動副驅動，所有電機都安裝在機架上，有效降低手臂重量，提高挖掘速度。

2、三臺驅動電機為計算機控制的伺服電機，通過編程可實現挖掘機構在工作空間內任意挖掘軌跡的輸出。

本發明的平面三自由度可控挖掘機，既能解決傳統單自由度機械式挖掘機不能實現復雜動作等問題，又能解決液壓式挖掘機對零部件要求高、壽命不長、易漏油等問題。并且整機結構簡單緊湊，零部件制造加工要求低。

附圖說明

圖1為本發明所述平面三自由度可控挖掘機構的挖掘手臂結構示意圖。

圖2為本發明所述平面三自由度可控挖掘機構的結構示意圖。

圖3為本發明所述平面三自由度可控挖掘機構的第一主動桿1和第一從動桿2的正視圖。

圖4為本發明所述平面三自由度可控挖掘機構的第二主動桿4和傳動桿3的正視圖。

圖5為本發明所述平面三自由度可控挖掘機構的鏟斗翻轉機構的正視圖。

圖6為本發明所述平面三自由度可控挖掘機構的俯視圖。