本發(fā)明涉及機械領域，特別是一種伺服電機驅(qū)動連桿式可變自由度簡易抓木機。

背景技術：

這幾年來，由于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采伐加工搬運作業(yè)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(shù)是液壓驅(qū)動，由于液壓傳動采用液壓油作為傳遞動力的介質(zhì)，存在以下問題：其起動性較差，容易因為內(nèi)部元件磨損后產(chǎn)生泄漏，而且泄漏的液壓油會污染環(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，有時有噪音和振動。有時會出現(xiàn)過熱，工作無力等現(xiàn)象；液壓元件加工精度要求高，裝配要求嚴格，制造較為困難，使用中維修保養(yǎng)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(tǒng)越來越復雜，出現(xiàn)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(xiàn)抓木動作，具有堅固耐用等優(yōu)點，但是傳統(tǒng)的單自由度機械式抓木機不能完成復雜的動作，應用范圍十分有限，機械式可控機構電動抓木機，用連桿機構取代了液壓傳動，當主動桿由伺服電機驅(qū)動時，容易實現(xiàn)自動化、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構自由度同等數(shù)量的控制電機來進行控制結(jié)構復雜帶來的機構重量、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(jié)構來適應不同階段的功能要求。目前能應用于 實際的變自由度機構還很少，未見到過應用于抓木機的變自由度機構。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種伺服電機驅(qū)動連桿式可變自由度簡易抓木機，克服液壓式抓木機液壓系統(tǒng)元件精度要求高、結(jié)構復雜、易漏油等缺點，克服開鏈結(jié)構的驅(qū)動電機都需要安裝在關節(jié)位置的缺點，并使得可控驅(qū)動電機的數(shù)量小于抓木機連桿機構的自由度，克服現(xiàn)有機械式電動抓木機構需要配備與連桿機構自由度同等數(shù)量的控制電機來進行控制的缺點，簡化結(jié)構的復雜程度，降低機構的重量、運動慣量、體積和成本。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種伺服電機驅(qū)動連桿式可變自由度簡易抓木機，包括底座1、大臂17、手腕連桿俯仰機構、手腕21、手爪22、伺服驅(qū)動裝置以及第一鎖緊裝置8、第二鎖緊裝置16；所述手腕連桿俯仰機構由手腕連桿和俯仰機構組成，所述手腕連桿通過同軸的第九轉(zhuǎn)動副19和第十轉(zhuǎn)動副20連接到大臂17上，所述俯仰機構由主動件3、第一連桿5、第二連桿10和第三連桿9組成，主動件3一端通過第一轉(zhuǎn)動副2連接到底座1上，另一端通過第二轉(zhuǎn)動副4與第一連桿5連接；第一連桿5另一端通過第三轉(zhuǎn)動副6連接到第二連桿10上；第二連桿10另兩端分別通過第五轉(zhuǎn)動副11與手腕連桿12連接，通過第四轉(zhuǎn)動副7與第三連桿9連接。第三連桿9通過第六轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動副7、第七轉(zhuǎn)動副15上，按照機構不同的工況進行適時鎖緊；伺服驅(qū)動裝置包括第一伺服電機，與主動桿3連接以驅(qū)動其轉(zhuǎn)動； 第一鎖緊裝置8、第二鎖緊裝置16采用電磁方式進行鎖緊。

本發(fā)明一種伺服電機驅(qū)動連桿式可變自由度抓木機采用可控多桿閉鏈機構，克服了開鏈結(jié)構的驅(qū)動電機都需要安裝在關節(jié)位置的缺點，提高了手臂運行的平穩(wěn)性和可靠性，無累積誤差，精度較高；結(jié)構緊湊，剛度高，承載能力大、慣量低、動態(tài)性能好、手臂運動軌跡靈活多樣化。在連桿機構上加裝鎖緊裝置，并讓其根據(jù)機構的不同工況鎖緊和放松特定的轉(zhuǎn)動副，適時降低了機構的自由度，實現(xiàn)了在完成預期要求的情況下，使用的可控驅(qū)動電機的數(shù)量小于抓木機連桿機構的自由度，利用兩主動桿即可實現(xiàn)三自由度抓木作業(yè)，克服現(xiàn)有抓木機需要配備與連桿機構自由度同等數(shù)量的控制電機來進行控制的缺點,簡化結(jié)構的復雜程度，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(wěn)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(tǒng)元件精度要求高、結(jié)構復雜、易漏油、可靠性差、傳動效率低等缺點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的一種伺服電機驅(qū)動連桿式可變自由度簡易抓木機的結(jié)構示意圖。

具體實施方式

一種伺服電機驅(qū)動連桿式可變自由度簡易抓木機，包括底座1、大臂17、手腕連桿俯仰機構、手腕21、手爪22、伺服驅(qū)動裝置以及第一鎖緊裝置8、第二鎖緊裝置16； 所述底座1安裝在可移動回轉(zhuǎn)平臺上；所述手腕連桿俯仰機構由手腕連桿和俯仰機構組成，所述手腕連桿通過同軸的第九轉(zhuǎn)動副19和第十轉(zhuǎn)動副20連接到大臂17上，所述俯仰機構由主動件3、第一連桿5、第二連桿10和第三連桿9組成，主動件3一端通過第一轉(zhuǎn)動副2連接到底座1上，另一端通過第二轉(zhuǎn)動副4與第一連桿5連接；第一連桿5另一端通過第三轉(zhuǎn)動副6連接到第二連桿10上；第二連桿10另兩端分別通過第五轉(zhuǎn)動副11與手腕連桿12連接，通過第四轉(zhuǎn)動副7與第三連桿9連接。第三連桿9通過第六轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動副7、第七轉(zhuǎn)動副15上，按照機構不同的工況進行適時鎖緊；伺服驅(qū)動裝置包括第一伺服電機，與主動桿3連接以驅(qū)動其轉(zhuǎn)動； 第一鎖緊裝置8、第二鎖緊裝置16采用電磁方式進行鎖緊。

在各工況作業(yè)中，大臂17抬升時，第二鎖緊裝置16打開，第七轉(zhuǎn)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，第三連桿9、第二連桿10、手腕連桿12和大臂17相互相對失去自由度，連結(jié)成一體。此時在主動件驅(qū)動下運動通過第一連桿5傳遞到大臂17，大臂17繞第七轉(zhuǎn)動副13和第八轉(zhuǎn)動副15轉(zhuǎn)動實現(xiàn)大臂抬升。手腕連桿俯仰時，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(zhuǎn)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(qū)動下運動經(jīng)過第一連桿5和第二連桿10傳到手腕連桿12實現(xiàn)手腕連桿俯仰。在整個抓木作業(yè)過程中，第一鎖緊裝置8、第二鎖緊裝置16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2抬升、手腕連桿12與手腕21的俯仰等運動，實現(xiàn)手爪22的抓木作業(yè)。第一鎖緊裝置8、第二鎖緊裝置16采用電磁方式進行鎖緊，控制容易實現(xiàn)。