CN109732557A - 一种抓取伐木用工程机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抓取伐木用工程机器人，行驶底盘为工程机器人提供行走与支撑，包括机架、张紧轮、支重轮、驱动轮、托带轮、履带、液压支腿、工字型横梁以及行驶系统与上部的连接底座；抓取机械臂为原木抓取机器人的工作机构，包括回转支撑装置、立柱、上臂油缸、上臂、基本臂油缸、基本臂、伸缩臂、液压抓斗；驱动控制液压系统为工程机器人的各个液压缸提供驱动控制，包括上臂液压回路、基本臂液压缸回路、伸缩臂液压缸回路、抓斗液压缸回路、行走液压马达回路、回转液压马达回路、多路换向阀、梭阀、支腿液压缸回路、负载敏感泵。本发明解决了现实生活中人工伐木效率低的问题，提高了作业的工作效率，改善了作业者的工作环境，降低了劳动成本。

Description

一种抓取伐木用工程机器人

技术领域

本发明涉及机械设计技术领域，尤其涉及一种抓取伐木用工程机器人。

背景技术

森林中作业条件复杂恶劣，我国大多数林区还采用人工作业，对工作者的身体健康有一定的危害，而且工作效率低下。

目前，在国内林业抓取工程机械研究还较少，在林业方面机械未得到充分重视。

因此，为了提高林地原木装卸作业效率与改善作业者工作环境，设计抓取伐木用工程机器人机构成为了必然趋势。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种抓取伐木用工程机器人，以解决了现有林区作业过程中人工搬运伐木的问题，提高了原木装卸时的工作效率，减轻了工人工作时的劳动强度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种抓取伐木用工程机器人，包括行驶底盘、抓取机械臂以及驱动控制液压系统；行驶底盘为履带式行驶底盘，行驶底盘上设有连接底座，抓取机械臂的一端设有回转支撑装置，回转支撑装置与连接底座连接，抓取机械臂通过回转支撑装置能够进行转动；抓取机械臂的另一端设有用于抓取原木的液压抓斗，回转支撑装置、液压抓斗、行驶底盘和抓取机械臂均通过驱动控制液压系统驱动。

履带式行驶底盘包括并排对称设置的第一机架和第二机架，第一机架和第二机架之间固定连接有工字型横梁，连接底座固定连接于工字型横梁上；

第一机架和第二机架在它们的前后两端均分别安装有驱动轮和张紧轮，底部均安装有若干支重轮，顶部均安装有拖带轮；第一机架和第二机架上均安装有履带，有履带依次沿驱动轮、支重轮、张紧轮和拖带轮绕设一圈；

驱动轮通过驱动控制液压系统驱动。

第一机架和第二机架上对称安装有液压支腿，液压支腿通过驱动控制液压系统驱动，驱动轮布置在相对偏上的位置。

第一机架和第二机架上均安装有六个支重轮，其中，单边的前三个支重轮之间的间距与后三个支重轮之间的间距相同，间距记为A，中间的两个支重轮之间的间距记为B，B＞A。

第一机架和第二机架上均安装有两个拖带轮，两个拖带轮居中对称布置。

抓取机械臂包括立柱、上臂油缸、上臂、基本臂油缸、基本臂和伸缩臂，立柱与回转支撑装置相连；上臂与立柱相连，臂油缸的两端分别与上臂与立柱相连，上臂与立柱通过上臂油缸伸缩实现相对转动；基本臂与上臂相连，基本臂油缸的两端分别与基本臂与上臂相连，基本臂与上臂通过基本臂油缸伸缩实现相对转动；伸缩臂与基本臂相连并通过伸缩油缸实现伸缩臂相对基本臂进行伸缩运动；液压抓斗与伸缩臂连接并通过回转销轴实现液压抓斗始终处于竖直状态；

上臂油缸、基本臂油缸和伸缩油缸均通过驱动控制液压系统驱动。

立柱与上臂通过销轴连接；上臂与基本臂通过销轴连接。

液压抓斗包括安装架、左手抓、连杆、左转轴、右转轴、左转动轴、右转动轴、抓斗液压缸和右手抓；回转销轴安装在安装架的顶部，左手抓通过左转轴与安装架的左侧相连；右手抓通过右转轴与安装架的右侧相连；左转动轴和右转动轴分别安装于左手抓和右手抓的上端；连杆的两端分别通过转轴和耳板与左转动轴和右转动轴相连，连杆能够相对转动轴和右转动轴进行转动；抓斗液压缸的两端分别通过转轴和耳板与左转动轴和右转动轴相连，抓斗液压缸能够相对转动轴和右转动轴进行转动。

本发明具有如下有益效果：

本发明的抓取伐木用工程机器人，采用履带式行驶底盘，有着以下的几个优点，首先是使用寿命长，轨距小，旋转性能好，不会由于履带板损坏而不会运转；其次是组合式履带的制造成本低廉，维修成本低而且方便。行驶底盘上设有连接底座，抓取机械臂的一端设有回转支撑装置，回转支撑装置与连接底座连接，抓取机械臂通过回转支撑装置能够进行转动，抓取机械臂的另一端设有用于抓取原木的液压抓斗，因此通过回转支撑装置能够实现抓取机械臂在规定范围内的角度转动，使得抓取伐木过程中，液压抓斗能灵活移动，便于作业。综上，本发明的抓取伐木用工程机器人解决了原木抓取工程机器人在行驶过程以及作业过程遇到的问题，能够使抓取伐木用工程机器人在复杂的林地环境中行驶及作业，增加了该种机器人的工作稳定性以及安全性。本发明能够提高原木装卸时的工作效率，减轻了工人工作时的劳动强度。本发明的抓取伐木用工程机器人整机结构更加小巧，行驶通过性能更加的强。

附图说明

图1为本发明的抓取用工程机器人行驶底盘的侧视结构示意图。

图2为本发明的抓取用工程机器人行驶底盘的俯视结构示意图。

图3为本发明的抓取用工程机器人抓取机械臂的侧视结构示意图。

图4为本发明的抓取用工程机器人液压抓斗的俯视结构示意图。

图5为本发明的抓取用工程机器人液压抓斗的第一轴侧示意图。

图6为本发明的抓取用工程机器人液压抓斗的第二轴侧示意图。

图7为本发明的抓取用工程机器人驱动控制液压系统整体图。

图中：1为张紧轮；2为机架；3为履带；4为拖带轮；5为液压支腿；6驱动轮；7为支重轮；8为工字型横梁；9为连接底座；10为回转支撑装置；11为立柱；12为上臂油缸；13为上臂；14为基本臂油缸；15为基本臂；16为伸缩臂；17为液压抓斗；17-1为左手抓；17-2为左耳板；17-3为连杆；17-4为左转轴；17-5为右转轴；17-6为右耳板；17-7为抓斗液压缸；17-8为右手抓，17-9为安装架，17-10为左转动轴，17-11为右转动轴；18为上臂液压回路；19为基本臂液压缸回路；20为伸缩臂液压缸回路；21为抓斗液压缸回路；22为行走液压马达回路；23为回转液压马达回路；24为多路换向阀；25为梭阀；26为支腿液压缸回路；27为负载敏感泵，28为回转销轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：

本发明的工程机器人的行驶系统，解决了原木抓取工程机器人在行驶过程以及作业过程遇到的问题。本发明的抓取工程机器人的工作机构，主要包括抓斗，工作机构的杆件和回转装置，解决了原木抓取工程机器人在作业过程中的问题。本发明能够提高原木装卸时的工作效率，减轻了工人工作时的劳动强度。

本发明采用如下技术方案：

如图1-图3所示，本发明抓取伐木用工程机器人包括行驶底盘、抓取机械臂以及驱动控制液压系统，行驶底盘包括张紧轮1、机架2、履带3、拖带轮4、液压支腿5、驱动轮6、支重轮7、工字型横梁8以及连接底座9；机架2工字型横梁8连接，张紧轮1、支重轮7、驱动轮6和托带轮4通过履带3与机架2连接，液压支腿5与机架2连接，连接底座9与工字型横梁8连接；采用履带式行走装置，底盘周围布置有四个液压支腿5，驱动轮6布置在相对偏上的位置。一侧履带3的驱动轮6单独由1个行走液压马达控制，行走液压马达由行走液压马达回路22驱动控制，行走液压马达通过减速机与驱动轮6相连。在机架2四周布置有四个液压支腿5，在工程机器人进行原木抓取作业的过程，液压支腿5伸出，接触地面，提供支撑力，增加这一布置有利于原木抓取工程机器人作业过程的稳定性以及安全性，防止原木抓取工程机器人发生侧翻。而且每一个液压支腿5单独有一个液压缸控制，液压缸的伸出长度可以根据需要来控制，使得工程机器人能够满足多种复杂地形的需求。4个液压支腿5的伸缩由支腿液压缸回路26驱动控制。单边履带3有六个支重轮7，前三与后三个支重轮7之间的间距是固定的相同距离，而中间的两个支重轮7之间的距离间隔较大，有利于通过沟壑。原木抓取工程机器人行驶系统的驱动轮6在后偏上布置，驱动段短，摩擦损失小，行走效率高，而且重心高，使得机器在运转过程更加顺畅，同时可使传动系统靠后布置，便于整体结构的布置。在机架2上部设计安装了两个拖带轮4居中对称布置，避免履带3悬空长度过长导致下垂量过大，减轻履带3在运转过程的振动，减少了能量的损耗，并防止履带3脱落。原木抓取工程机器人的行驶系统所采用的为组合式履带3，有着以下的几个优点，首先是使用寿命长，轨距小，旋转性能好，不会由于履带板损坏而不会运转。其次是组合式履带3的制造成本低廉，维修成本低而且方便。本发明的原木抓取工程机器人的行驶系统采用的是高凸缘形式的张紧轮1，其缠绕履带3的精确性更加高，能更加安全的引导履带3进行缠绕。在机架2的前后两侧加装了两条工字型横梁8，增强了原木抓取工程机器人底盘的结构强度。

如图3～图6所示，本发明的抓取机械臂是一种抓取伐木工程机器人的工作机构，包括回转支撑装置10、立柱11、上臂油缸12、上臂13、基本臂油缸14、基本臂15、伸缩臂16和液压抓斗17，其中，液压抓斗17包括左手抓17-1、左耳板17-2、连杆17-3、左转轴17-4、右转轴17-5、右耳板17-6、左转动轴17-10、右转动轴17-11、抓斗液压缸17-7和右手抓17-8；回转支撑装置10与行驶底盘的连接底座9相连，实现抓取机械臂与行驶底盘的相对转动，立柱11通过螺栓固定连接在回转支撑装置10上，立柱11和上臂13通过销轴连接，上臂油缸12安装在立柱11和上臂13上，上臂13与立柱11相连并通过上臂油缸12伸缩实现转动，当上臂油缸12伸长时，上臂油缸12推动上臂13向上转动，当上臂油缸12收缩时，上臂油缸12拉动上臂13向下转动；上臂13和基本臂15通过销轴连接，基本臂油缸14安装在上臂13和基本臂15上，基本臂15与上臂13相连并通过基本臂油缸14伸缩实现转动，当基本臂油缸14伸长时，基本臂油缸14推动基本臂15向下转动，当基本臂油缸14收缩时，基本臂油缸14拉动基本臂15向下进行转动；伸缩臂16与基本臂15相连并通过一个伸缩油缸实现伸缩运动，伸缩臂16通过伸缩油缸的伸长和收缩来进行控制；液压抓斗17与伸缩臂16连接并通过回转销轴连接，以实现液压抓斗17始终处于竖直状态。液压抓斗17的上端通过左转轴17-4与左手抓17-1相连，通过右转轴17-5与右手抓17-8相连，左转动轴17-10和右转动轴17-11分别安装于左手抓17-1和右手抓17-8的上端；连杆17-3的两端通过转轴和耳板分别与左转动轴17-10和右转动轴17-11轴连接，在液压抓斗17的合拢与张开时，连杆17-3绕着耳板转动，抓斗液压缸17-7的两端通过转轴和耳板分别与左转动轴17-10和右转动轴17-11轴连接，抓斗液压缸17-7伸缩带动左耳板17-2和右耳板17-6转动实现液压抓斗17的合拢与张开。

通过回转支撑装置10、上臂油缸12、基本臂油缸14、伸缩臂16的伸缩油缸以及抓斗液压缸17-7相互配合，抓取机器臂能够达到规定的工作范围内，并且能够在可以达到的工作范围内实现抓取作业。

如图7所示，本发明的驱动控制液压系统包括上臂液压回路18、基本臂液压缸回路19、伸缩臂液压缸回路20、抓斗液压缸回路21、行走液压马达回路22、回转液压马达回路23、多路换向阀24、梭阀25、支腿液压缸回路26、负载敏感泵27；负载敏感泵27为整个系统提供相匹配的压力与液压油流量。回转支撑装置10由回转液压马达驱动，回转液压马达由回转液压马达回路23驱动控制，回转液压马达通过减速机与回转支撑装置10相连。4个液压支腿5的伸缩由支腿液压缸回路26驱动控制。上臂油缸12与上臂液压回路18连接，上臂液压回路18驱动上臂油缸12动作。基本臂油缸14与基本臂液压缸回路19连接，基本臂液压缸回路19驱动基本臂油缸14动作。伸缩臂16的伸缩由伸缩臂液压缸回路20驱动控制伸缩油缸实现。液压抓斗17的张合由抓斗液压缸回路21驱动控制抓斗液压缸17-7实现。各执行机构的液压回路由多路换向阀24控制。负载敏感泵27可以使液压系统的流量与压力相匹配。梭阀25筛选出执行机构的最大压力传递给负载敏感泵27实现液压系统的流量与压力匹配。

本发明抓取伐木用工程机器人在工作时：

行走液压马达带动驱动轮6运转，在驱动轮6的作用下，履带3开始转动，拖带轮4把上侧履带3支承起来，支重轮7支承整个行驶底盘。

抓取伐木用工程机器人在工作时主要按以下步骤进行：

(1)抓取伐木用工程机器人整机移动到合适的原木装卸位置。

(2)回转支撑装置10工作使工作装置转动至原木上方，通过控制上臂油缸12，基本臂油缸14和伸缩臂油缸，调整上臂13，基本臂15，伸缩臂16的位置，使抓斗到达原木的抓取作业范围内。

(3)通过控制木材抓斗液压油缸17-7，木材抓斗左手抓17-1与右手抓17-8张开，插进原木堆进行原木的抓取，然后手抓闭合夹紧原木。

(4)通过液压系统驱动控制各个油缸的伸缩量，调整上臂13，基本臂15，伸缩臂16的位置，抓取原木的木材抓斗到达指定的卸装地点。

综上所述，本发明的原木抓取工程机器人整机结构大小更加小巧，行驶通过性能更加的强。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：木材抓斗右手抓和左手抓是通过转轴连接在伸缩臂上，而且可以同时绕转轴进行转动，油缸的一端与左手抓的耳板固定，另一端与右手抓的耳板相连接。连杆一端与左手抓的上耳板连接，另一端与右手抓的耳板固定，当抓斗开始到达木材的放置地点后，工程机器人液压系统的高压油便进入油缸有杆腔，之后活塞杆缩回，驱动右手抓绕转动轴逆时针转动，右手抓张开，与右手抓相连的连杆也同时转动，转动的连杆带动左手抓顺时针转动，左手抓张开，手抓插进原木堆中。当液压系统的高压油进入油缸无杆腔时，活塞杆伸出，驱动右手抓绕转轴顺时针转动，连杆同时带动右手抓绕转轴逆时针转动，两手抓闭合。左右手抓开始夹紧原木，然后控制工作装置开始进行木材的起吊旋转运输，当到达指定卸载地点后，手抓张开，进行木材的卸载，如此不停的重复工作，此抓斗保证了左右抓手的开合一致，具有良好的抓取性能，在减轻自重的同时，具有良好的强度、刚度和耐磨性，提高了抓取量，降低了功率的消耗。

Claims (8)

1.一种抓取伐木用工程机器人，其特征在于，包括行驶底盘、抓取机械臂以及驱动控制液压系统；行驶底盘为履带式行驶底盘，行驶底盘上设有连接底座(9)，抓取机械臂的一端设有回转支撑装置(10)，回转支撑装置(10)与连接底座(9)连接，抓取机械臂通过回转支撑装置(10)能够进行转动；抓取机械臂的另一端设有用于抓取原木的液压抓斗(17)，回转支撑装置(10)、液压抓斗(17)、行驶底盘和抓取机械臂均通过驱动控制液压系统驱动。

2.根据权利要求1所述的一种抓取伐木用工程机器人，其特征在于，履带式行驶底盘包括并排对称设置的第一机架和第二机架，第一机架和第二机架之间固定连接有工字型横梁(8)，连接底座(9)固定连接于工字型横梁(8)上；

第一机架和第二机架在它们的前后两端均分别安装有驱动轮(6)和张紧轮(1)，底部均安装有若干支重轮(7)，顶部均安装有拖带轮(4)；第一机架和第二机架上均安装有履带(3)，有履带(3)依次沿驱动轮(6)、支重轮(7)、张紧轮(1)和拖带轮(4)绕设一圈；

驱动轮(6)通过驱动控制液压系统驱动。

3.根据权利要求2所述的一种抓取伐木用工程机器人，其特征在于，第一机架和第二机架上对称安装有液压支腿(5)，液压支腿(5)通过驱动控制液压系统驱动，驱动轮(6)布置在相对偏上的位置。

4.根据权利要求2所述的一种抓取伐木用工程机器人，其特征在于，第一机架和第二机架上均安装有六个支重轮(7)，其中，单边的前三个支重轮(7)之间的间距与后三个支重轮(7)之间的间距相同，间距记为A，中间的两个支重轮(7)之间的间距记为B，B＞A。

5.根据权利要求2所述的一种抓取伐木用工程机器人，其特征在于，第一机架和第二机架上均安装有两个拖带轮(4)，两个拖带轮(4)居中对称布置。

6.根据权利要求1所述的一种抓取伐木用工程机器人，其特征在于，抓取机械臂包括立柱(11)、上臂油缸(12)、上臂(13)、基本臂油缸(14)、基本臂(15)和伸缩臂(16)，立柱(11)与回转支撑装置(10)相连；上臂(13)与立柱(11)相连，臂油缸(12)的两端分别与上臂(13)与立柱(11)相连，上臂(13)与立柱(11)通过上臂油缸(12)伸缩实现相对转动；基本臂(15)与上臂(13)相连，基本臂油缸(14)的两端分别与基本臂(15)与上臂(13)相连，基本臂(15)与上臂(13)通过基本臂油缸(14)伸缩实现相对转动；伸缩臂(16)与基本臂(15)相连并通过伸缩油缸实现伸缩臂(16)相对基本臂(15)进行伸缩运动；液压抓斗(17)与伸缩臂(16)连接并通过回转销轴(28)实现液压抓斗(17)始终处于竖直状态；

上臂油缸(12)、基本臂油缸(14)和伸缩油缸均通过驱动控制液压系统驱动。

7.根据权利要求6所述的一种抓取伐木用工程机器人，其特征在于，立柱(11)与上臂(13)通过销轴连接；上臂(13)与基本臂(15)通过销轴连接。

8.根据权利要求1所述的一种抓取伐木用工程机器人，其特征在于，液压抓斗(17)包括安装架(17-9)、左手抓(17-1)、连杆(17-3)、左转轴(17-4)、右转轴(17-5)、左转动轴(17-10)、右转动轴(17-11)、抓斗液压缸(17-7)和右手抓(17-8)；回转销轴(28)安装在安装架(17-9)的顶部，左手抓(17-1)通过左转轴(17-4)与安装架(17-9)的左侧相连；右手抓(17-8)通过右转轴(17-5)与安装架(17-9)的右侧相连；左转动轴(17-10)和右转动轴(17-11)分别安装于左手抓(17-1)和右手抓(17-8)的上端；连杆(17-3)的两端分别通过转轴和耳板与左转动轴(17-10)和右转动轴(17-11)相连，连杆(17-3)能够相对转动轴(17-10)和右转动轴(17-11)进行转动；抓斗液压缸(17-7)的两端分别通过转轴和耳板与左转动轴(17-10)和右转动轴(17-11)相连，抓斗液压缸(17-7)能够相对转动轴(17-10)和右转动轴(17-11)进行转动。