CN106759565A - 一种伺服电机驱动可变自由度多连杆抓木机 - Google Patents
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Abstract
一种伺服电机驱动可变自由度多连杆抓木机，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、伺服驱动装置以及第一锁紧装置5和第二锁紧装置18；所述大臂升降机构由大臂9和升降机构组成，所述手腕连杆俯仰机构由手腕连杆22和俯仰机构组成，所述第一锁紧装置5和第二锁紧装置18分别安装在第三转动副6和第七转动副17上，按照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，与第一主动杆14连接以驱动其转动；所述第一锁紧装置5和第二锁紧装置18采用电磁方式进行锁紧。本发明克服了液压机液压系统复杂、加工精度要求高、易漏油的缺点，在转动副上采用锁紧装置实现两个自由度作业，使用的伺服驱动电机的数量小于抓木机连杆机构的自由度。
Description
技术领域
本发明涉及机械领域，特别是一种伺服电机驱动可变自由度多连杆抓木机。
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伺服电机驱动可变自由度多连杆抓木机，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，本发明提供了一种伺服电机驱动可变自由度多连杆抓木机，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、伺服驱动装置以及第一锁紧装置5和第二锁紧装置18；所述大臂升降机构由大臂9和升降机构组成，所述大臂9通过第十转动副4连接在机架1上，所述升降机构的第四连杆3一端通过第二转动副2连接在底座1上，另一端通过第三转动副6与第五连杆7连接，第五连杆7另一端通过第四转动副8与大臂9连接；所述手腕连杆俯仰机构由手腕连杆22和俯仰机构组成，所述手腕连杆22通过第十二转动副12连接到大臂9上，所述俯仰机构由主动杆14、第一连杆16、第三连杆10和第二连杆20组成，主动杆14一端通过第一转动副13连接到底座1上，另一端通过第五转动副15与第一连杆16连接；第一连杆16一端通过第七转动副17连接到第三连杆10上，第一连杆16另一端通过第六转动副19连接到第二连杆20上；第三连杆10另一端通过第八转动副11连接到大臂9上，第二连杆20另一端通过第九转动副21与手腕连杆22连接；所述第一锁紧装置5和第二锁紧装置18分别安装在第三转动副6和第七转动副17上，按照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，与第一主动杆14连接以驱动其转动； 所述第一锁紧装置5和第二锁紧装置18采用电磁方式进行锁紧。。
本发明一种伺服电机驱动可变自由度多连杆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，利用一个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为本发明所述的具有一种伺服电机驱动可变自由度多连杆抓木机的结构示意图。
具体实施方式
本发明所述的具有一种伺服电机驱动可变自由度多连杆抓木机，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、伺服驱动装置以及第一锁紧装置5和第二锁紧装置18；所述大臂升降机构由大臂9和升降机构组成，所述大臂9通过第十转动副4连接在机架1上，所述升降机构的第四连杆3一端通过第二转动副2连接在底座1上，另一端通过第三转动副6与第五连杆7连接，第五连杆7另一端通过第四转动副8与大臂9连接；所述手腕连杆俯仰机构由手腕连杆22和俯仰机构组成，所述手腕连杆22通过第十二转动副12连接到大臂9上，所述俯仰机构由主动杆14、第一连杆16、第三连杆10和第二连杆20组成，主动杆14一端通过第一转动副13连接到底座1上，另一端通过第五转动副15与第一连杆16连接；第一连杆16一端通过第七转动副17连接到第三连杆10上，第一连杆16另一端通过第六转动副19连接到第二连杆20上；第三连杆10另一端通过第八转动副11连接到大臂9上，第二连杆20另一端通过第九转动副21与手腕连杆22连接；所述第一锁紧装置5和第二锁紧装置18分别安装在第三转动副6和第七转动副17上，按照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，与第一主动杆14连接以驱动其转动； 所述第一锁紧装置5和第二锁紧装置18采用电磁方式进行锁紧。
工作原理及过程：在作业中，大臂9升降时，第一锁紧装置5打开，第三转动副6恢复自由度，第二锁紧装置18锁紧，第七转动副17失去自由度，此时大臂9在主动杆14作用下绕第十转动副4转动升降。手腕连杆俯仰时，第二锁紧装置18打开，第七运动副17恢复自由度，第一锁紧装置5锁紧，第三运动副6锁紧失去自由度，大臂9相对底座1失去自由度，此时在主动杆14驱动下，运动经过第一连杆16、第三连杆10和第二连杆20传到手腕连杆22实现手腕连杆俯仰。在整个作业过程中，第一锁紧装置5和第二锁紧装置18根据不同的作业工况，分别选择紧锁或打开，共同完成大臂升降与伸缩、手腕连杆22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18可采用电磁方式进行锁紧，控制容易实现。
本发明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，本发明的抓木机将各连杆杆件做成轻杆，从而使得整个机构运动惯量小，动力学性能好，易于控制，通过设置回转平台，使抓木机拥有360度的回转工作空间，工作空间范围大。
Claims (1)
1.一种伺服电机驱动可变自由度多连杆抓木机，其特征在于包括：底座1、大臂升降机构、手腕连杆俯仰机构、手腕27、手爪28、伺服驱动装置以及第一锁紧装置5和第二锁紧装置18；所述大臂升降机构由大臂9和升降机构组成，所述大臂9通过第十转动副4连接在机架1上，所述升降机构的第四连杆3一端通过第二转动副2连接在底座1上，另一端通过第三转动副6与第五连杆7连接，第五连杆7另一端通过第四转动副8与大臂9连接；所述手腕连杆俯仰机构由手腕连杆22和俯仰机构组成，所述手腕连杆22通过第十二转动副12连接到大臂9上，所述俯仰机构由主动杆14、第一连杆16、第三连杆10和第二连杆20组成，主动杆14一端通过第一转动副13连接到底座1上，另一端通过第五转动副15与第一连杆16连接；第一连杆16一端通过第七转动副17连接到第三连杆10上，第一连杆16另一端通过第六转动副19连接到第二连杆20上；第三连杆10另一端通过第八转动副11连接到大臂9上，第二连杆20另一端通过第九转动副21与手腕连杆22连接；所述第一锁紧装置5和第二锁紧装置18分别安装在第三转动副6和第七转动副17上，按照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，与第一主动杆14连接以驱动其转动； 所述第一锁紧装置5和第二锁紧装置18采用电磁方式进行锁紧。
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