本發(fā)明涉及機(jī)械領(lǐng)域，特別是一種采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)可變活動(dòng)度多連桿機(jī)構(gòu)。

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)了抓蔗機(jī)在甘蔗收割加工作業(yè)中的廣泛應(yīng)用。抓蔗機(jī)有機(jī)械式和液壓式兩種類型，目前抓蔗機(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，影響甘蔗原料的質(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。隨著抓蔗機(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)械式抓蔗機(jī)是利用機(jī)械傳動(dòng)件實(shí)現(xiàn)抓蔗動(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)械式抓蔗機(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)抓蔗機(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)用于抓蔗機(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應(yīng)用于抓蔗機(jī)的采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)可變活動(dòng)度多連桿機(jī)構(gòu)，克服液壓式抓蔗機(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)量小于抓蔗機(jī)連桿機(jī)構(gòu)的自由度，克服現(xiàn)有機(jī)械式電動(dòng)抓蔗機(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)明提供了一種采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)可變活動(dòng)度多連桿機(jī)構(gòu)，包括底座1、大臂升降機(jī)構(gòu)、手腕連桿俯仰機(jī)構(gòu)、伺服驅(qū)動(dòng)裝置以及第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置18；所述大臂升降機(jī)構(gòu)由大臂9和升降機(jī)構(gòu)組成，所述大臂9通過第十轉(zhuǎn)動(dòng)副4連接在機(jī)架1上，所述升降機(jī)構(gòu)的第四連桿3一端通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副2連接在底座1上，另一端通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副6與第五連桿7連接，第五連桿7另一端通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)副8與大臂9連接；所述手腕連桿俯仰機(jī)構(gòu)由手腕連桿22和俯仰機(jī)構(gòu)組成，所述手腕連桿22通過第十二轉(zhuǎn)動(dòng)副12連接到大臂9上，所述俯仰機(jī)構(gòu)由主動(dòng)桿14、第一連桿16、第三連桿10和第二連桿20組成，主動(dòng)桿14一端通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副13連接到底座1上，另一端通過第五轉(zhuǎn)動(dòng)副15與第一連桿16連接；第一連桿16一端通過第七轉(zhuǎn)動(dòng)副17連接到第三連桿10上，第一連桿16另一端通過第六轉(zhuǎn)動(dòng)副19連接到第二連桿20上；第三連桿10另一端通過第八轉(zhuǎn)動(dòng)副11連接到大臂9上，第二連桿20另一端通過第九轉(zhuǎn)動(dòng)副21與手腕連桿22連接；所述第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置18分別安裝在第三轉(zhuǎn)動(dòng)副6和第七轉(zhuǎn)動(dòng)副17上，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)，與第一主動(dòng)桿14連接以驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置18采用電磁方式進(jìn)行鎖緊。。

本發(fā)明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)量小于抓蔗機(jī)連桿機(jī)構(gòu)的自由度，利用一個(gè)主動(dòng)桿即可實(shí)現(xiàn)二自由度抓蔗作業(yè)，克服現(xiàn)有抓蔗機(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)也克服了液壓式抓蔗機(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)明所述的一種采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)可變活動(dòng)度多連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所述的一種采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)可變活動(dòng)度多連桿機(jī)構(gòu)，包括底座1、大臂升降機(jī)構(gòu)、手腕連桿俯仰機(jī)構(gòu)、伺服驅(qū)動(dòng)裝置以及第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置18；所述大臂升降機(jī)構(gòu)由大臂9和升降機(jī)構(gòu)組成，所述大臂9通過第十轉(zhuǎn)動(dòng)副4連接在機(jī)架1上，所述升降機(jī)構(gòu)的第四連桿3一端通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副2連接在底座1上，另一端通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副6與第五連桿7連接，第五連桿7另一端通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)副8與大臂9連接；所述手腕連桿俯仰機(jī)構(gòu)由手腕連桿22和俯仰機(jī)構(gòu)組成，所述手腕連桿22通過第十二轉(zhuǎn)動(dòng)副12連接到大臂9上，所述俯仰機(jī)構(gòu)由主動(dòng)桿14、第一連桿16、第三連桿10和第二連桿20組成，主動(dòng)桿14一端通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副13連接到底座1上，另一端通過第五轉(zhuǎn)動(dòng)副15與第一連桿16連接；第一連桿16一端通過第七轉(zhuǎn)動(dòng)副17連接到第三連桿10上，第一連桿16另一端通過第六轉(zhuǎn)動(dòng)副19連接到第二連桿20上；第三連桿10另一端通過第八轉(zhuǎn)動(dòng)副11連接到大臂9上，第二連桿20另一端通過第九轉(zhuǎn)動(dòng)副21與手腕連桿22連接；所述第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置18分別安裝在第三轉(zhuǎn)動(dòng)副6和第七轉(zhuǎn)動(dòng)副17上，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)，與第一主動(dòng)桿14連接以驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置18采用電磁方式進(jìn)行鎖緊。

將本發(fā)明所述的一種采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)可變活動(dòng)度多連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用于抓蔗作業(yè)時(shí)，只需要將底座1與輪胎式或履帶式行走機(jī)構(gòu)連接起來，手腕連桿22與手腕27、手爪28連接起來即可。

工作原理及過程：在作業(yè)中，大臂9升降時(shí)，第一鎖緊裝置5打開，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副6恢復(fù)自由度，第二鎖緊裝置18鎖緊，第七轉(zhuǎn)動(dòng)副17失去自由度，此時(shí)大臂9在主動(dòng)桿14作用下繞第十轉(zhuǎn)動(dòng)副4轉(zhuǎn)動(dòng)升降。手腕連桿俯仰時(shí)，第二鎖緊裝置18打開，第七運(yùn)動(dòng)副17恢復(fù)自由度，第一鎖緊裝置5鎖緊，第三運(yùn)動(dòng)副6鎖緊失去自由度，大臂9相對(duì)底座1失去自由度，此時(shí)在主動(dòng)桿14驅(qū)動(dòng)下，運(yùn)動(dòng)經(jīng)過第一連桿16、第三連桿10和第二連桿20傳到手腕連桿22實(shí)現(xiàn)手腕連桿俯仰。在整個(gè)作業(yè)過程中，第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置18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22與手腕27的俯仰等運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手爪28的抓蔗作業(yè)。第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置18可采用電磁方式進(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)量小于抓蔗機(jī)連桿機(jī)構(gòu)的自由度，克服現(xiàn)有抓蔗機(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)明可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。