本發(fā)明涉及機(jī)械領(lǐng)域，特別是一種伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)連桿式可變自由度抓木機(jī)。

背景技術(shù)：

這幾年來，由于勞動(dòng)力市場(chǎng)的人員緊缺，人力成本逐年攀升，促進(jìn)了抓木機(jī)在木材采伐加工搬運(yùn)作業(yè)中的廣泛應(yīng)用。抓木機(jī)有機(jī)械式和液壓式兩種類型，目前抓木機(jī)的機(jī)械臂大多數(shù)是液壓驅(qū)動(dòng)，由于液壓傳動(dòng)采用液壓油作為傳遞動(dòng)力的介質(zhì)，存在以下問題：其起動(dòng)性較差，容易因?yàn)閮?nèi)部元件磨損后產(chǎn)生泄漏，而且泄漏的液壓油會(huì)污染環(huán)境，影響木材原料的質(zhì)量；液壓油受溫度影響較大，總效率較低，有時(shí)有噪音和振動(dòng)。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)過熱，工作無力等現(xiàn)象；液壓元件加工精度要求高，裝配要求嚴(yán)格，制造較為困難，使用中維修保養(yǎng)要求技術(shù)較高，難度較大。隨著抓木機(jī)功能的增加，其液壓系統(tǒng)越來越復(fù)雜，出現(xiàn)故障更具有突然性、隱蔽性。機(jī)械式抓木機(jī)是利用機(jī)械傳動(dòng)件實(shí)現(xiàn)抓木動(dòng)作，具有堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)，但是傳統(tǒng)的單自由度機(jī)械式抓木機(jī)不能完成復(fù)雜的動(dòng)作，應(yīng)用范圍十分有限，機(jī)械式可控機(jī)構(gòu)電動(dòng)抓木機(jī)，用連桿機(jī)構(gòu)取代了液壓傳動(dòng)，當(dāng)主動(dòng)桿由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)控化控制，解決了液壓系統(tǒng)存在的一些不足，但存在需要配備與連桿機(jī)構(gòu)自由度同等數(shù)量的控制電機(jī)來進(jìn)行控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜帶來的機(jī)構(gòu)重量、運(yùn)動(dòng)慣量大和成本高的問題。

變自由度機(jī)構(gòu)通過組合出新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來適應(yīng)不同階段的功能要求。目前能應(yīng)用于 實(shí)際的變自由度機(jī)構(gòu)還很少，未見到過應(yīng)用于抓木機(jī)的變自由度機(jī)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)連桿式可變自由度抓木機(jī)，克服液壓式抓木機(jī)液壓系統(tǒng)元件精度要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易漏油等缺點(diǎn)，克服開鏈結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)都需要安裝在關(guān)節(jié)位置的缺點(diǎn)，并使得可控驅(qū)動(dòng)電機(jī)的數(shù)量小于抓木機(jī)連桿機(jī)構(gòu)的自由度，克服現(xiàn)有機(jī)械式電動(dòng)抓木機(jī)構(gòu)需要配備與連桿機(jī)構(gòu)自由度同等數(shù)量的控制電機(jī)來進(jìn)行控制的缺點(diǎn)，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，降低機(jī)構(gòu)的重量、運(yùn)動(dòng)慣量、體積和成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)連桿式可變自由度抓木機(jī)，包括底座1、大臂伸縮機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、手腕連桿俯仰機(jī)構(gòu)、手腕31、手爪32、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29；所述大臂伸縮機(jī)構(gòu)包括第一連桿27、第二連桿23和第三連桿24，所述第一連桿27一端與底座1通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副28連接，第一連桿27的另一端與第三連桿24一端通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副26連接，第三連桿24的另一端與第二連桿23通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)副25連接；第二連桿23一端與底座1通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副22連接，第二連桿23另一端與大臂8通過第五轉(zhuǎn)動(dòng)副9連接； 所述升降機(jī)構(gòu)包括小臂14、第五連桿18、第六連桿16和第一主動(dòng)桿20，所述第一主動(dòng)桿20與底座1通過第八轉(zhuǎn)動(dòng)副21連接，第一主動(dòng)桿20的另一端與第五連桿18一端通過第九轉(zhuǎn)動(dòng)副19連接，第五連桿18的另一端與小臂14一端通過第十轉(zhuǎn)動(dòng)副15連接，小臂14的另一端與手腕連桿12通過第十四轉(zhuǎn)動(dòng)副13連接，第六連桿16的一端與小臂14通過第十五轉(zhuǎn)動(dòng)副17連接，第六連桿16的另一端與大臂8通過第十六轉(zhuǎn)動(dòng)副10連接；所述手腕連桿俯仰機(jī)構(gòu)包括第二主動(dòng)桿3、第四連桿5、大臂8和手腕連桿12，所述第二主動(dòng)桿3與底座1通過第十一轉(zhuǎn)動(dòng)副2連接，所述第二主動(dòng)桿3的另一端與第四連桿5一端通過第十二轉(zhuǎn)動(dòng)副4連接，第四連桿5另一端與大臂8一端通過第六轉(zhuǎn)動(dòng)副6連接，大臂8的另一端與手腕連桿12通過第十三轉(zhuǎn)動(dòng)副11連接；第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29分別安裝在第六轉(zhuǎn)動(dòng)副6和第四轉(zhuǎn)動(dòng)副25處，能夠按照不同的工況進(jìn)行適時(shí)鎖緊；伺服驅(qū)動(dòng)裝置包括第一伺服電機(jī)、第二伺服電機(jī)，分別與第一主動(dòng)桿20和第二主動(dòng)桿3連接以驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)； 第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29采用電磁方式進(jìn)行鎖緊。

本發(fā)明一種伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)連桿式可變自由度抓木機(jī)采用可控多桿閉鏈機(jī)構(gòu)，克服了開鏈結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)都需要安裝在關(guān)節(jié)位置的缺點(diǎn)，提高了手臂運(yùn)行的平穩(wěn)性和可靠性，無累積誤差，精度較高；結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高，承載能力大、慣量低、動(dòng)態(tài)性能好、手臂運(yùn)動(dòng)軌跡靈活多樣化。在連桿機(jī)構(gòu)上加裝鎖緊裝置，并讓其根據(jù)機(jī)構(gòu)的不同工況鎖緊和放松特定的轉(zhuǎn)動(dòng)副，適時(shí)降低了機(jī)構(gòu)的自由度，實(shí)現(xiàn)了在完成預(yù)期要求的情況下，使用的可控驅(qū)動(dòng)電機(jī)的數(shù)量小于抓木機(jī)連桿機(jī)構(gòu)的自由度，利用兩主動(dòng)桿即可實(shí)現(xiàn)三自由度抓木作業(yè)，克服現(xiàn)有抓木機(jī)需要配備與連桿機(jī)構(gòu)自由度同等數(shù)量的控制電機(jī)來進(jìn)行控制的缺點(diǎn),簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，降低機(jī)構(gòu)的重量、運(yùn)動(dòng)慣量、體積和成本，增加了機(jī)構(gòu)的可控性和穩(wěn)定性，提高了工作效率。同時(shí)也克服了液壓式抓木機(jī)液壓系統(tǒng)元件精度要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易漏油、可靠性差、傳動(dòng)效率低等缺點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述一種伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)連桿式可變自由度抓木機(jī)示意圖。

具體實(shí)施方式

一種伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)連桿式可變自由度抓木機(jī)，包括底座1、大臂伸縮機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、手腕連桿俯仰機(jī)構(gòu)、手腕31、手爪32、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29；所述底座1安裝在可移動(dòng)回轉(zhuǎn)平臺(tái)上； 所述大臂伸縮機(jī)構(gòu)包括第一連桿27、第二連桿23和第三連桿24，所述第一連桿27一端與底座1通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副28連接，第一連桿27的另一端與第三連桿24一端通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副26連接，第三連桿24的另一端與第二連桿23通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)副25連接；第二連桿23一端與底座1通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副22連接，第二連桿23另一端與大臂8通過第五轉(zhuǎn)動(dòng)副9連接； 所述升降機(jī)構(gòu)包括小臂14、第五連桿18、第六連桿16和第一主動(dòng)桿20，所述第一主動(dòng)桿20與底座1通過第八轉(zhuǎn)動(dòng)副21連接，第一主動(dòng)桿20的另一端與第五連桿18一端通過第九轉(zhuǎn)動(dòng)副19連接，第五連桿18的另一端與小臂14一端通過第十轉(zhuǎn)動(dòng)副15連接，小臂14的另一端與手腕連桿12通過第十四轉(zhuǎn)動(dòng)副13連接，第六連桿16的一端與小臂14通過第十五轉(zhuǎn)動(dòng)副17連接，第六連桿16的另一端與大臂8通過第十六轉(zhuǎn)動(dòng)副10連接；所述手腕連桿俯仰機(jī)構(gòu)包括第二主動(dòng)桿3、第四連桿5、大臂8和手腕連桿12，所述第二主動(dòng)桿3與底座1通過第十一轉(zhuǎn)動(dòng)副2連接，所述第二主動(dòng)桿3的另一端與第四連桿5一端通過第十二轉(zhuǎn)動(dòng)副4連接，第四連桿5另一端與大臂8一端通過第六轉(zhuǎn)動(dòng)副6連接，大臂8的另一端與手腕連桿12通過第十三轉(zhuǎn)動(dòng)副11連接；第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29分別安裝在第六轉(zhuǎn)動(dòng)副6和第四轉(zhuǎn)動(dòng)副25處，能夠按照不同的工況進(jìn)行適時(shí)鎖緊；伺服驅(qū)動(dòng)裝置包括第一伺服電機(jī)、第二伺服電機(jī)，分別與第一主動(dòng)桿20和第二主動(dòng)桿3連接以驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)； 第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29采用電磁方式進(jìn)行鎖緊。

本發(fā)明所述一種伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)連桿式可變自由度抓木機(jī)在工況作業(yè)中，大臂8伸縮時(shí)，第六轉(zhuǎn)動(dòng)副處6的第一鎖緊裝置7打開，第六轉(zhuǎn)動(dòng)副6獲得自由度，第四轉(zhuǎn)動(dòng)副25處的第二鎖緊裝置29鎖緊，第四轉(zhuǎn)動(dòng)副25失去自由度，此時(shí)，大臂8實(shí)現(xiàn)伸縮。第六轉(zhuǎn)動(dòng)副處6的第一鎖緊裝置7鎖緊，第六轉(zhuǎn)動(dòng)副6失去自由度，第四轉(zhuǎn)動(dòng)副25處的第二鎖緊裝置29打開，第四轉(zhuǎn)動(dòng)副25獲得自由度，此時(shí)，大臂8實(shí)現(xiàn)升降。對(duì)第六轉(zhuǎn)動(dòng)副6和第四轉(zhuǎn)動(dòng)副25都進(jìn)行鎖緊，第六轉(zhuǎn)動(dòng)副6和第四轉(zhuǎn)動(dòng)副25均失去自由度，手腕連桿12單獨(dú)實(shí)現(xiàn)俯仰。第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29根據(jù)不同的作業(yè)工況，分別選擇緊鎖或打開，共同完成大臂升降與伸縮、手腕連桿12與手腕31的俯仰等運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手爪32的抓木作業(yè)。第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29采用電磁方式進(jìn)行鎖緊，控制容易實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明使得可控驅(qū)動(dòng)電機(jī)的數(shù)量小于抓木機(jī)連桿機(jī)構(gòu)的自由度，克服現(xiàn)有抓木機(jī)需要配備與連桿機(jī)構(gòu)自由度同等數(shù)量的控制電機(jī)來進(jìn)行控制的缺點(diǎn),簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，降低機(jī)構(gòu)的重量、運(yùn)動(dòng)慣量、體積和成本，本發(fā)明的抓木機(jī)將各連桿桿件做成輕桿，從而使得整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)慣量小，動(dòng)力學(xué)性能好，易于控制，通過設(shè)置回轉(zhuǎn)平臺(tái)，使抓木機(jī)擁有360度的回轉(zhuǎn)工作空間，工作空間范圍大。