一種用於簡易氣割下料機的伺服電機驅動可變自由度連杆機構的製作方法

2023-05-23 18:04:22

本發明涉及機械領域，特別是一種用於簡易氣割下料機的伺服電機驅動可變自由度連杆機構。

背景技術：

目前製造業通用氣割下料機大多數是為開鏈形式的串聯結構關節型電機驅動機械手，其主要特點為驅動電機全部都安裝在機械手的各個關節上，通過電機帶動機械手各個關節的轉動，實現機械手的各種動作。由於開鏈形式的串聯結構關節型機械手的驅動電機都安裝在關節的位置，這種結構方式存在以下問題：機械手手臂需要承載電機的重量並需滿足剛度要求，手臂截面尺寸需要做得較大，這樣會增大驅動電機的負載，增加手臂的運動慣量，導致機械手動態性能下降，同時驅動電機都安裝在關節位置造成機械手的累積誤差大、承載能力小、結構複雜、模塊化程度低。隨著電機技術的發展和控制技術的提高，並聯機構為機械手提供了廣泛的發展空間，由控制電機驅動的多自由度並聯機構不僅具有工作空間大、動作靈活、可完成複雜的運動軌跡輸出，同時還具有製造成本低、維護保養簡單等優點。

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，未見到過應用於氣割下料機的變自由度機構。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種用於簡易氣割下料機的伺服電機驅動可變自由度連杆機構，克服液壓式氣割下料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氣割下料機連杆機構的自由度，克服現有機械式電動氣割下料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，本發明提供了一種用於簡易氣割下料機的伺服電機驅動可變自由度連杆機構，包括底座1、大臂17、夾持器連杆俯仰機構、夾持器21、割槍22、伺服驅動裝置以及第一鎖緊裝置8、第二鎖緊裝置16；所述夾持器連杆俯仰機構由夾持器連杆和俯仰機構組成，所述夾持器連杆通過同軸的第九轉動副19和第十轉動副20連接到大臂17上，所述俯仰機構由主動件3、第一連杆5、第二連杆10和第三連杆9組成，主動件3一端通過第一轉動副2連接到底座1上，另一端通過第二轉動副4與第一連杆5連接；第一連杆5另一端通過第三轉動副6連接到第二連杆10上；第二連杆10另兩端分別通過第五轉動副11與夾持器連杆12連接，通過第四轉動副7與第三連杆9連接。第三連杆9通過第六轉動副18與大臂17連接， 所述第一鎖緊裝置8、第二鎖緊裝置16分別安裝在第四轉動副7、第七轉動副15上，按照機構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，與主動杆3連接以驅動其轉動； 第一鎖緊裝置8、第二鎖緊裝置16採用電磁方式進行鎖緊。

本發明一種伺服電機驅動連杆式可變自由度氣割下料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氣割下料機連杆機構的自由度，利用兩主動杆即可實現三自由度氣割下料作業，克服現有氣割下料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氣割下料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為本發明所述的一種用於簡易氣割下料機的伺服電機驅動可變自由度連杆機構的結構示意圖。

具體實施方式

一種用於簡易氣割下料機的伺服電機驅動可變自由度連杆機構，包括底座1、大臂17、夾持器連杆俯仰機構、夾持器21、割槍22、伺服驅動裝置以及第一鎖緊裝置8、第二鎖緊裝置16； 所述底座1安裝在可移動迴轉平臺上；所述夾持器連杆俯仰機構由夾持器連杆和俯仰機構組成，所述夾持器連杆通過同軸的第九轉動副19和第十轉動副20連接到大臂17上，所述俯仰機構由主動件3、第一連杆5、第二連杆10和第三連杆9組成，主動件3一端通過第一轉動副2連接到底座1上，另一端通過第二轉動副4與第一連杆5連接；第一連杆5另一端通過第三轉動副6連接到第二連杆10上；第二連杆10另兩端分別通過第五轉動副11與夾持器連杆12連接，通過第四轉動副7與第三連杆9連接。第三連杆9通過第六轉動副18與大臂17連接， 所述第一鎖緊裝置8、第二鎖緊裝置16分別安裝在第四轉動副7、第七轉動副15上，按照機構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，與主動杆3連接以驅動其轉動； 第一鎖緊裝置8、第二鎖緊裝置16採用電磁方式進行鎖緊。

在各工況作業中，大臂17抬升時，第二鎖緊裝置16打開，第七轉動副15恢復自由度，第一鎖緊裝置8鎖緊，即第四運動副7失去自由度。此時，第三連杆9、第二連杆10、夾持器連杆12和大臂17相互相對失去自由度，連結成一體。此時在主動件驅動下運動通過第一連杆5傳遞到大臂17，大臂17繞第七轉動副13和第八轉動副15轉動實現大臂抬升。夾持器連杆俯仰時，第一鎖緊裝置8打開，第四運動副7恢復自由度，第二鎖緊裝置16鎖緊，第七轉動副15失去自由度，大臂相對底座失去自由度，此時在主動件3驅動下運動經過第一連杆5和第二連杆10傳到夾持器連杆12實現夾持器連杆俯仰。在整個氣割下料作業過程中，第一鎖緊裝置8、第二鎖緊裝置16根據不同的作業工況，分別選擇緊鎖或打開，共同完成大臂2抬升、夾持器連杆12與夾持器21的俯仰等運動，實現割槍22的氣割下料作業。第一鎖緊裝置8、第二鎖緊裝置16採用電磁方式進行鎖緊，控制容易實現。