CN106608525A - 一种采用伺服电机驱动可变自由度连杆式抓木机 - Google Patents
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Abstract
一种采用伺服电机驱动可变自由度连杆式抓木机，包括底座1、大臂升降机构、手腕连杆俯仰机构、手腕27、手爪28、伺服驱动装置、第一锁紧装置5和第二锁紧装置22；所述大臂升降机构包括大臂20、第一连杆3和第二连杆6，所述手腕连杆俯仰机构包括主动杆17、第三连杆15、连接件13和第四连杆11，所述第一锁紧装置5和第二锁紧装置22分别安装在第二转动副4和第五转动副7上，伺服驱动装置包括第一伺服电机与主动杆17连接以驱动其转动；第一锁紧装置5和第二锁紧装置22采用电磁方式进行锁紧。本发明利用一个主动杆即可实现两个自由度抓木作业，减少了电机使用数量，降低了抓木机构造价。
Description
技术领域
发明涉及机械领域，特别是一种采用伺服电机驱动可变自由度连杆式抓木机。
背景技术
这几年来，由于劳动力市场的人员紧缺，人力成本逐年攀升，促进了抓木机在木材采伐加工搬运作业中的广泛应用。抓木机有机械式和液压式两种类型，目前抓木机的机械臂大多数是液压驱动，由于液压传动采用液压油作为传递动力的介质，存在以下问题：其起动性较差，容易因为内部元件磨损后产生泄漏，而且泄漏的液压油会污染环境，影响木材原料的质量；液压油受温度影响较大，总效率较低，有时有噪音和振动。有时会出现过热，工作无力等现象；液压元件加工精度要求高，装配要求严格，制造较为困难，使用中维修保养要求技术较高，难度较大。随着抓木机功能的增加，其液压系统越来越复杂，出现故障更具有突然性、隐蔽性。机械式抓木机是利用机械传动件实现抓木动作，具有坚固耐用等优点，但是传统的单自由度机械式抓木机不能完成复杂的动作，应用范围十分有限，机械式可控机构电动抓木机，用连杆机构取代了液压传动，当主动杆由伺服电机驱动时，容易实现自动化、数控化控制，解决了液压系统存在的一些不足，但存在需要配备与连杆机构自由度同等数量的控制电机来进行控制结构复杂带来的机构重量、运动惯量大和成本高的问题。
变自由度机构通过组合出新的拓扑结构来适应不同阶段的功能要求。目前能应用于 实际的变自由度机构还很少，未见到过应用于抓木机的变自由度机构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用伺服电机驱动可变自由度连杆式抓木机，克服液压式抓木机液压系统元件精度要求高、结构复杂、易漏油等缺点，克服开链结构的驱动电机都需要安装在关节位置的缺点，并使得可控驱动电机的数量小于抓木机连杆机构的自由度，克服现有机械式电动抓木机构需要配备与连杆机构自由度同等数量的控制电机来进行控制的缺点，简化结构的复杂程度，降低机构的重量、运动惯量、体积和成本。为实现上述目的，本发明提供了一种采用伺服电机驱动可变自由度连杆式抓木机，包括底座1、大臂升降机构、手腕连杆俯仰机构、手腕27、手爪28、伺服驱动装置、第一锁紧装置5和第锁紧装置22；所述大臂升降机构包括大臂20、第一连杆3和第二连杆6，所述大臂20一端通过第三转动副19与底座1连接，另一端通过第六转动副8与手腕连杆9连接；所述第一连杆3一端通过第一转动副2与底座1连接，另一端通过第二转动副4与第二连杆6一端连接，第二连杆6另一端通过第四转动副21与大臂20连接；所述手腕连杆俯仰机构包括主动杆17、第三连杆15、连接件13和第四连杆11，所述主动杆17一端通过第十一转动副18与底座1连接，另一端通过第十转动副16与第三连杆15一端连接，第三连杆15另一端通过第九转动副14与连接件13的第一个端连接，所述第四连杆11一端通过第八转动副12与连接件13的第二个端连接，另一端通过第七转动副10与手腕连杆9连接，连接件13的第三个端通过第五转动副7与大臂20连接；所述第一锁紧装置5和第二锁紧装置22分别安装在第二转动副4和第五转动副7上，能够按照抓木机构不同的工况进行适时锁紧；伺服驱动装置包括第一伺服电机与主动杆17连接以驱动其转动； 第一锁紧装置5和第二锁紧装置22采用电磁方式进行锁紧。
本发明一种伺服电机驱动连杆式可变自由度抓木机采用可控多杆闭链机构，克服了开链结构的驱动电机都需要安装在关节位置的缺点，提高了手臂运行的平稳性和可靠性，无累积误差，精度较高；结构紧凑，刚度高，承载能力大、惯量低、动态性能好、手臂运动轨迹灵活多样化。在连杆机构上加装锁紧装置，并让其根据机构的不同工况锁紧和放松特定的转动副，适时降低了机构的自由度，实现了在完成预期要求的情况下，使用的可控驱动电机的数量小于抓木机连杆机构的自由度，利用一主动杆即可实现二自由度抓木作业，克服现有抓木机需要配备与连杆机构自由度同等数量的控制电机来进行控制的缺点,简化结构的复杂程度，降低机构的重量、运动惯量、体积和成本，增加了机构的可控性和稳定性，提高了工作效率。同时也克服了液压式抓木机液压系统元件精度要求高、结构复杂、易漏油、可靠性差、传动效率低等缺点。
附图说明
图1为本发明所述一种采用伺服电机驱动可变自由度连杆式抓木机示意图。
具体实施方式
一种采用伺服电机驱动可变自由度连杆式抓木机，包括底座1、大臂升降机构、手腕连杆俯仰机构、手腕27、手爪28、伺服驱动装置、第一锁紧装置5和第二锁紧装置22；所述底座1安装在可移动回转平台上；所述大臂升降机构包括大臂20、第一连杆3和第二连杆6，所述大臂20一端通过第三转动副19与底座1连接，另一端通过第六转动副8与手腕连杆9连接；所述第一连杆3一端通过第一转动副2与底座1连接，另一端通过第二转动副4与第二连杆6一端连接，第二连杆6另一端通过第四转动副21与大臂20连接；所述手腕连杆俯仰机构包括主动杆17、第三连杆15、连接件13和第四连杆11，所述主动杆17一端通过第十一转动副18与底座1连接，另一端通过第十转动副16与第三连杆15一端连接，第三连杆15另一端通过第九转动副14与连接件13的第一个端连接，所述第四连杆11一端通过第八转动副12与连接件13的第二个端连接，另一端通过第七转动副10与手腕连杆9连接，连接件13的第三个端通过第五转动副7与大臂20连接；所述第一锁紧装置5和第二锁紧装置22分别安装在第二转动副4和第五转动副7上，能够按照抓木机构不同的工况进行适时锁紧；伺服驱动装置包括第一伺服电机与主动杆17连接以驱动其转动； 第一锁紧装置5和第二锁紧装置22采用电磁方式进行锁紧。
在工作中，大臂20升降时，第一锁紧装置5打开，第二转动副4恢复自由度，第二锁紧装置22锁紧，第五转动副7失去自由度，此时，大臂20在主动杆17作用下升降。手腕连杆9单独俯仰时，第二锁紧装置22打开，第五转动副7恢复自由度，第一锁紧装置5锁紧，第二转动副4失去自由度，大臂20相对底座1失去自由度，此时手腕连杆9在主动杆17驱动下实现俯仰。在整个抓木作业过程中，第一锁紧装置5和第二锁紧装置22根据不同的作业工况，分别选择紧锁或打开，共同完成大臂升降、手腕连杆12与手腕27的俯仰等运动，实现手爪28的抓木作业。第一锁紧装置5和第二锁紧装置22采用电磁方式进行锁紧，控制容易实现。
Claims (1)
1.一种采用伺服电机驱动可变自由度连杆式抓木机，包括底座1、大臂升降机构、手腕连杆俯仰机构、手腕27、手爪28、伺服驱动装置、第一锁紧装置5和第二锁紧装置22；所述底座1安装在可移动回转平台上；所述大臂升降机构包括大臂20、第一连杆3和第二连杆6，所述大臂20一端通过第三转动副19与底座1连接，另一端通过第六转动副8与手腕连杆9连接；所述第一连杆3一端通过第一转动副2与底座1连接，另一端通过第二转动副4与第二连杆6一端连接，第二连杆6另一端通过第四转动副21与大臂20连接；所述手腕连杆俯仰机构包括主动杆17、第三连杆15、连接件13和第四连杆11，所述主动杆17一端通过第十一转动副18与底座1连接，另一端通过第十转动副16与第三连杆15一端连接，第三连杆15另一端通过第九转动副14与连接件13的第一个端连接，所述第四连杆11一端通过第八转动副12与连接件13的第二个端连接，另一端通过第七转动副10与手腕连杆9连接，连接件13的第三个端通过第五转动副7与大臂20连接；所述第一锁紧装置5和第二锁紧装置22分别安装在第二转动副4和第五转动副7上，能够按照抓木机构不同的工况进行适时锁紧；伺服驱动装置包括第一伺服电机与主动杆17连接以驱动其转动； 第一锁紧装置5和第二锁紧装置22采用电磁方式进行锁紧。
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2016
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