一種伺服電機驅動可變自由度多連杆抓木機的製作方法
2023-07-11 01:41:41 3
本發明涉及機械領域，特別是一種伺服電機驅動可變自由度多連杆抓木機。
背景技術：
這幾年來，由於勞動力市場的人員緊缺，人力成本逐年攀升，促進了抓木機在木材採伐加工搬運作業中的廣泛應用。抓木機有機械式和液壓式兩種類型，目前抓木機的機械臂大多數是液壓驅動，由於液壓傳動採用液壓油作為傳遞動力的介質，存在以下問題：其起動性較差，容易因為內部元件磨損後產生洩漏，而且洩漏的液壓油會汙染環境，影響木材原料的質量；液壓油受溫度影響較大，總效率較低，有時有噪音和振動。有時會出現過熱，工作無力等現象；液壓元件加工精度要求高，裝配要求嚴格，製造較為困難，使用中維修保養要求技術較高，難度較大。隨著抓木機功能的增加，其液壓系統越來越複雜，出現故障更具有突然性、隱蔽性。機械式抓木機是利用機械傳動件實現抓木動作，具有堅固耐用等優點，但是傳統的單自由度機械式抓木機不能完成複雜的動作，應用範圍十分有限，機械式可控機構電動抓木機，用連杆機構取代了液壓傳動，當主動杆由伺服電機驅動時，容易實現自動化、數控化控制，解決了液壓系統存在的一些不足，但存在需要配備與連杆機構自由度同等數量的控制電機來進行控制結構複雜帶來的機構重量、運動慣量大和成本高的問題。
變自由度機構通過組合出新的拓撲結構來適應不同階段的功能要求。目前能應用於 實際的變自由度機構還很少，未見到過應用於抓木機的變自由度機構。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種伺服電機驅動可變自由度多連杆抓木機，克服液壓式抓木機液壓系統元件精度要求高、結構複雜、易漏油等缺點，克服開鏈結構的驅動電機都需要安裝在關節位置的缺點，並使得可控驅動電機的數量小於抓木機連杆機構的自由度，克服現有機械式電動抓木機構需要配備與連杆機構自由度同等數量的控制電機來進行控制的缺點，簡化結構的複雜程度，降低機構的重量、運動慣量、體積和成本。為實現上述目的，本發明提供了一種伺服電機驅動可變自由度多連杆抓木機，包括底座1、大臂升降機構、手腕連杆俯仰機構、手腕27、手爪28、伺服驅動裝置以及第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置18；所述大臂升降機構由大臂9和升降機構組成，所述大臂9通過第十轉動副4連接在機架1上，所述升降機構的第四連杆3一端通過第二轉動副2連接在底座1上，另一端通過第三轉動副6與第五連杆7連接，第五連杆7另一端通過第四轉動副8與大臂9連接；所述手腕連杆俯仰機構由手腕連杆22和俯仰機構組成，所述手腕連杆22通過第十二轉動副12連接到大臂9上，所述俯仰機構由主動杆14、第一連杆16、第三連杆10和第二連杆20組成，主動杆14一端通過第一轉動副13連接到底座1上，另一端通過第五轉動副15與第一連杆16連接；第一連杆16一端通過第七轉動副17連接到第三連杆10上，第一連杆16另一端通過第六轉動副19連接到第二連杆20上；第三連杆10另一端通過第八轉動副11連接到大臂9上，第二連杆20另一端通過第九轉動副21與手腕連杆22連接；所述第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置18分別安裝在第三轉動副6和第七轉動副17上，按照不同的工況進行適時鎖緊；伺服驅動裝置包括第一伺服電機，與第一主動杆14連接以驅動其轉動； 所述第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置18採用電磁方式進行鎖緊。。
本發明一種伺服電機驅動可變自由度多連杆抓木機採用可控多杆閉鏈機構，克服了開鏈結構的驅動電機都需要安裝在關節位置的缺點，提高了手臂運行的平穩性和可靠性，無累積誤差，精度較高；結構緊湊，剛度高，承載能力大、慣量低、動態性能好、手臂運動軌跡靈活多樣化。在連杆機構上加裝鎖緊裝置，並讓其根據機構的不同工況鎖緊和放鬆特定的轉動副，適時降低了機構的自由度，實現了在完成預期要求的情況下，使用的可控驅動電機的數量小於抓木機連杆機構的自由度，利用一個主動杆即可實現二自由度抓木作業，克服現有抓木機需要配備與連杆機構自由度同等數量的控制電機來進行控制的缺點,簡化結構的複雜程度，降低機構的重量、運動慣量、體積和成本，增加了機構的可控性和穩定性，提高了工作效率。同時也克服了液壓式抓木機液壓系統元件精度要求高、結構複雜、易漏油、可靠性差、傳動效率低等缺點。
附圖說明
圖1為本發明所述的具有一種伺服電機驅動可變自由度多連杆抓木機的結構示意圖。
具體實施方式
本發明所述的具有一種伺服電機驅動可變自由度多連杆抓木機，包括底座1、大臂升降機構、手腕連杆俯仰機構、手腕27、手爪28、伺服驅動裝置以及第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置18；所述大臂升降機構由大臂9和升降機構組成，所述大臂9通過第十轉動副4連接在機架1上，所述升降機構的第四連杆3一端通過第二轉動副2連接在底座1上，另一端通過第三轉動副6與第五連杆7連接，第五連杆7另一端通過第四轉動副8與大臂9連接；所述手腕連杆俯仰機構由手腕連杆22和俯仰機構組成，所述手腕連杆22通過第十二轉動副12連接到大臂9上，所述俯仰機構由主動杆14、第一連杆16、第三連杆10和第二連杆20組成，主動杆14一端通過第一轉動副13連接到底座1上，另一端通過第五轉動副15與第一連杆16連接；第一連杆16一端通過第七轉動副17連接到第三連杆10上，第一連杆16另一端通過第六轉動副19連接到第二連杆20上；第三連杆10另一端通過第八轉動副11連接到大臂9上，第二連杆20另一端通過第九轉動副21與手腕連杆22連接；所述第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置18分別安裝在第三轉動副6和第七轉動副17上，按照不同的工況進行適時鎖緊；伺服驅動裝置包括第一伺服電機，與第一主動杆14連接以驅動其轉動； 所述第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置18採用電磁方式進行鎖緊。
工作原理及過程：在作業中，大臂9升降時，第一鎖緊裝置5打開，第三轉動副6恢復自由度，第二鎖緊裝置18鎖緊，第七轉動副17失去自由度，此時大臂9在主動杆14作用下繞第十轉動副4轉動升降。手腕連杆俯仰時，第二鎖緊裝置18打開，第七運動副17恢復自由度，第一鎖緊裝置5鎖緊，第三運動副6鎖緊失去自由度，大臂9相對底座1失去自由度，此時在主動杆14驅動下，運動經過第一連杆16、第三連杆10和第二連杆20傳到手腕連杆22實現手腕連杆俯仰。在整個作業過程中，第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置18根據不同的作業工況，分別選擇緊鎖或打開，共同完成大臂升降與伸縮、手腕連杆22與手腕27的俯仰等運動，實現手爪28的抓木作業。第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置18可採用電磁方式進行鎖緊，控制容易實現。
本發明使得可控驅動電機的數量小於抓木機連杆機構的自由度，克服現有抓木機需要配備與連杆機構自由度同等數量的控制電機來進行控制的缺點,簡化結構的複雜程度，降低機構的重量、運動慣量、體積和成本，本發明的抓木機將各連杆杆件做成輕杆，從而使得整個機構運動慣量小，動力學性能好，易於控制，通過設置迴轉平臺，使抓木機擁有360度的迴轉工作空間，工作空間範圍大。