基于多缸驱动的大尺寸伸展机构及控制系统技术方案

本发明专利技术属于伸展机构展开控制领域,具体涉及基于多液压缸驱动的大尺寸伸展机构以及控制系统，所述伸展机构中包括，骨架、剪叉系统和挂载件，其中，所述的多根平行骨架与所述剪叉系统连接，可以在剪叉系统的动作下实现展开和收回，在每根骨架上设置有多个挂载件。所述剪叉系统包括滑杆、滑块、剪叉机构和液压缸，其中，所述剪叉机构包括多个串联的二级剪叉单元，每个二级剪叉单元包括四根长度相同的叉架，其中液压缸的第一端与第一叉架和第二叉架中的一个连接，液压缸的另一端与第三叉架和第四叉架中的一个连接。本发明专利技术多个二级剪叉单元串联实现伸展机构的多缸驱动以及大扩展比的架设，面向大面积铺设的展开需求。面向大面积铺设的展开需求。面向大面积铺设的展开需求。

【技术实现步骤摘要】
基于多缸驱动的大尺寸伸展机构及控制系统


[0001]本专利技术属于伸展机构展开控制领域，涉及多液压缸位置布局优化方法和伸展机构控制系统设计，具体涉及一种多液压缸驱动的大尺寸伸展机构及控制系统。

技术介绍

[0002]伸展机构是具有结构形态变化特点的一类运动式结构，在其工作状态下，其形态可分为如下三类：合拢状态、伸展与收拢运动状态、展开保持状态。伸展机构通常具有单元化特点，其组成单元有各种各样的类型，例如剪式单元、平行四边形单元以及多面体单元等等。伸展机构在应用于大尺寸展开领域或者说大载荷条件下，一般采用液压传动这种可输出大推力或者大转矩的方式实现伸展机构的驱动展开。目前,国内大多数的伸展机构（例如伸缩吊臂、举升机、汽车起重机）都采用单液压缸驱动的方案, 但单驱动的伸展机构的输出功率无法满足大尺寸机构展开的工作需求，且单液压缸的结构尺寸大，不利于整体机构布局。多液压缸同步驱动系统的出现解决了输出功率不足的问题。但是，同步驱动的多液压缸一旦出现不同步问题，则会导致机构展开受阻，甚至在拓展过程中因机械结构卡死而损坏。另外由于机构的大扩展比会放大机构自身重力的影响，多缸之间的行程轨迹产生差别，进而使得多缸驱动时互相产生阻滞问题。因此，研究基于多液压缸驱动的大尺寸伸展机构的设计以及协调同步展开控制方法，不仅可以提升其驱动能力，还能提高其服役寿命，而且具有重要的安全意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在提出一种解决上述任一问题的一种基于优化布置后的多缸驱动的剪叉式伸展机构，并考虑自身结构重力及挂载件影响变形下的整机协调控制展开方法，达到大尺寸剪叉式伸展机构的多缸协调驱动效果，具体而言本专利技术提供基于多缸驱动的大尺寸伸展机构，包括，多根平行骨架、剪叉系统和挂载件，其中，所述的多根平行骨架与所述剪叉系统连接，可在剪叉系统的动作下实现展开和收回，在每根骨架上设置有多个挂载件。
[0004]其中，所述剪叉系统包括滑杆、滑块、剪叉机构和液压缸，其中，所述剪叉机构包括多个串联的二级剪叉单元，每个二级剪叉单元包括四根长度相同的叉架，分别为第一叉架、第二叉架、第三叉架和第四叉架，其中，所述第一叉架和所述第二叉架交叉设置，在交叉位置处铰接形成第一铰接点；所述第三叉架和所述第四叉架交叉设置，在交叉位置处铰接形成第二铰接点所述；第一叉架的第二端与所述第四叉架的第一端铰接；所述第二叉架的第二端与所述第三叉架的第一端铰接；所述第四叉架的第二端用于与相邻二级剪叉单元的第一剪叉的第一端铰接；所述第三叉架的第二端用于与相邻二级剪叉单元的第二剪叉的第一端铰接；其中，第一个二级剪叉单元的第一叉架的第一端与所述滑杆铰接，第一个二级剪叉单元的第二叉架的第一端与所述滑块铰接；所述滑块可在滑杆上滑动；其中每个骨架与对应的所述二级剪叉单元的第二铰接点连接，并可随第二铰接点的位移而移动；在每个二
级剪叉单元设置一个液压缸，其中所述液压缸的第一端与所述第一叉架和所述第二叉架中的一个连接，所述液压缸的另一端与所述第三叉架和所述第四叉架中的一个连接。
[0005]在一个实施方案中，至少一个所述液压缸倾斜布置。
[0006]在一个实施方案中，所有所述液压缸均倾斜布置。
[0007]在一个实施方案中，所述液压缸的第一端连接在所述第二叉架的第一端与第一铰接点之间；所述液压缸的第二端连接在所述第三叉架的第一端与第二铰接点之间。
[0008]在一个实施方案中，所述液压缸的第一端更靠近所述第二叉架的第一端，所述液压缸的第二端更靠近所述第二铰接点。
[0009]在一个实施方案中，所述液压缸的第一端连接在所述第一叉架的第一端与第一铰接点之间；所述液压缸的第二端连接在所述第四叉架的第一端与第二铰接点之间。
[0010]在一个实施方案中，所述液压缸的第一端更靠近所述第二叉架的第一端，所述液压缸的第二端更靠近所述第二铰接点。
[0011]在一个实施方案中，多个串联的二级剪叉单元的液压缸的布置位置交替分布，即从最接近滑杆端的二级剪叉单元起，奇数排布的二级剪叉单元的液压缸布置的两端分别连接在第二叉架和第三叉架上；偶数排布的二级剪叉单元的液压缸布置的两端分别连接在第一叉架和第四叉架上。
[0012]在一个实施方案中，所述剪叉多个串联二级剪叉单元为三个，分别为第一二级剪叉单元、第二二级剪叉单元和第三二级剪叉单元。
[0013]本专利技术还提供基于多缸驱动的大尺寸伸展机构的控制系统，包括了控制器、控制电路和上述任一方案所述的一种大尺寸伸展机构。
[0014]本专利技术在多液压缸驱动方案下优化其铰点布置，并且提出了考虑剪叉式大尺寸伸展机构变形下的多缸协调同步驱动控制系统。首先对剪叉式伸展机构的多缸位置布局进行优化，可降低对液压缸的驱动力要求，其次考虑大尺寸伸展机构受重力及挂载件影响下的变形，规划展开过程中多缸的行程轨迹，并且结合等效滑模控制使得整机协调展开，避免受变形影响下的多缸驱动的阻滞问题
附图说明
[0015]图1为本专利技术的伸展机构展开示意图；图2为本专利技术剪叉系统的结构图；图3为本专利技术剪叉简化模型的受力图；图4为本专利技术伸展机构受自重变形侧视图；图5为本专利技术伸展机构多横截面位置示意图；图6为图5中截面位置的截面图，其中A为截面I位置处；B为截面2位置处；图7为本专利技术考虑变形下各缸理想的伸展行程轨迹图；图8为本专利技术阀控非对称液压缸结构示意图；图9为本专利技术阀控非对称液压缸系统框图；图10为本专利技术考虑受重力及负载影响下变形的多缸协调同步展开控制原理示意图；图11为本专利技术多缸同步控制系统结构框图；
图12为本专利技术考虑变形下各缸实际的伸展行程轨迹图；图13为本专利技术各缸协调展开同步误差示意图；图14为未优化时各缸展开同步误差示意图。
具体实施方式
[0016]为了使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。文中涉及的一些专业术语和技术用语与本申请所属
的一般从业人员所理解的意义相同。
[0017]如图1
‑
2所示，本专利技术的一种大尺寸剪叉式伸展机构，包括，骨架100、挂载件300和剪叉系统200，其中，所述多根平行骨架100与所述剪叉系统200连接，可以在剪叉系统200的动作下实现展开和收回，在每根骨架100上设置多个挂载件300。
[0018]其中，所述剪叉系统200包括滑杆210、滑块220、剪叉机构230和液压缸240，其中，所述剪叉机构230包括多个串联的二级剪叉单元400，每个二级剪叉单元400包括四根长度相同的叉架，分别为第一叉架、第二叉架、第三叉架和第四叉架，其中，第一叉架和第二叉架交叉设置，在交叉位置处铰接形成第一铰接点；第三叉架和第四叉架交叉设置，在交叉位置处铰接形成第二铰接点；第一叉架的第二端与第四叉架的第一端铰接；第二叉架的第二端与第三叉架的第一端铰接；所述第四叉架的第二端用于与相邻二级剪叉单元400的第一剪叉的第一端铰接；所述第三叉架的第二端用于与相邻二级剪叉单元400的第二剪叉的第一端铰接；其中，第一个二级剪叉单元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多缸驱动的大尺寸伸展机构，其特征在于：包括，多根平行骨架、剪叉系统和挂载件，其中，所述的多根平行骨架与所述剪叉系统连接，可在剪叉系统的动作下实现展开和收回，在每根骨架上设置有多个挂载件；其中，所述剪叉系统包括滑杆、滑块、剪叉机构和液压缸，其中，所述剪叉机构包括多个串联的二级剪叉单元，每个二级剪叉单元包括四根长度相同的叉架，分别为第一叉架、第二叉架、第三叉架和第四叉架，其中，所述第一叉架和所述第二叉架交叉设置，在交叉位置处铰接形成第一铰接点；所述第三叉架和所述第四叉架交叉设置，在交叉位置处铰接形成第二铰接点所述；第一叉架的第二端与所述第四叉架的第一端铰接；所述第二叉架的第二端与所述第三叉架的第一端铰接；所述第四叉架的第二端用于与相邻二级剪叉单元的第一剪叉的第一端铰接；所述第三叉架的第二端用于与相邻二级剪叉单元的第二剪叉的第一端铰接；其中，第一个二级剪叉单元的第一叉架的第一端与所述滑杆铰接，第一个二级剪叉单元的第二叉架的第一端与所述滑块铰接；所述滑块可在滑杆上滑动；其中每个骨架与对应的所述二级剪叉单元的第二铰接点连接，并可随第二铰接点的位移而移动；在每个二级剪叉单元设置一个液压缸，其中所述液压缸的第一端与所述第一叉架和所述第二叉架中的一个连接，所述液压缸的另一端与所述第三叉架和所述第四叉架中的一个连接。2.根据权利要求1所述的基于多缸驱动的大尺寸伸展机构，其特征在于：至少一个所述液压缸倾斜布置。3.根据权利要求2所述的基于多缸驱动的大尺寸伸展机构，其特征在于：所有所述液压缸均倾斜布置。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的基于多缸驱动的大...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭高亮，陈朝，李航，程枫，李思珏，刘世伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：