一种采用伺服电机驱动可变自由度的多连杆机构的制作方法

本发明涉及机械领域，特别是一种采用伺服电机驱动可变自由度的多连杆机构。

背景技术：

这几年来，由于劳动力市场的人员紧缺，人力成本逐年攀升，促进了抓蔗机在甘蔗收割加工作业中的广泛应用。抓蔗机有机械式和液压式两种类型，目前抓蔗机的机械臂大多数是液压驱动，由于液压传动采用液压油作为传递动力的介质，存在以下问题：其起动性较差，容易因为内部元件磨损后产生泄漏，而且泄漏的液压油会污染环境，影响甘蔗原料的质量；液压油受温度影响较大，总效率较低，有时有噪音和振动。有时会出现过热，工作无力等现象；液压元件加工精度要求高，装配要求严格，制造较为困难，使用中维修保养要求技术较高，难度较大。随着抓蔗机功能的增加，其液压系统越来越复杂，出现故障更采用突然性、隐蔽性。机械式抓蔗机是利用机械传动件实现抓蔗动作，采用坚固耐用等优点，但是传统的单自由度机械式抓蔗机不能完成复杂的动作，应用范围十分有限，机械式可控机构电动抓蔗机，用连杆机构取代了液压传动，当主动杆由伺服电机驱动时，容易实现自动化、数控化控制，解决了液压系统存在的一些不足，但存在需要配备与连杆机构自由度同等数量的控制电机来进行控制结构复杂带来的机构重量、运动惯量大和成本高的问题。

变自由度机构通过组合出新的拓扑结构来适应不同阶段的功能要求。目前能应用于 实际的变自由度机构还很少，未见到过应用于抓蔗机的变自由度机构。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于抓蔗机的采用伺服电机驱动可变自由度的多连杆机构，克服液压式抓蔗机液压系统元件精度要求高、结构复杂、易漏油等缺点，克服开链结构的驱动电机都需要安装在关节位置的缺点，并使得可控驱动电机的数量小于抓蔗机连杆机构的自由度，克服现有机械式电动抓蔗机构需要配备与连杆机构自由度同等数量的控制电机来进行控制的缺点，简化结构的复杂程度，降低机构的重量、运动惯量、体积和成本。为实现上述目的，本发明提供了一种采用伺服电机驱动可变自由度的多连杆机构，由底座1、主动杆13、第一连杆15、第一连接件5、第四连杆4、大臂2、手腕连杆6、第二连杆22、第三连杆26、伺服驱动装置、第一锁紧装置23以及第二锁紧装置24组成；所述大臂2通过第一转动副10连接在底座上，大臂2另一端通过第三转动副8与手腕连杆6相连接；所述主动杆13通过第五转动副12与底座1连接，另一端通过第六转动副14与第一连杆15连接，第一连杆15通过第七转动副16与第一连接件5连接；所述第一连接件5通过第八转动副17与第二连杆22连接，第二连杆22另一端通过第九转动副7与手腕连杆6连接；所述第四连杆4通过第十三转动副20与底座1相连接，一端通过第十转动副18与第一连接件5相连接，中部通过第十一转动副19与第三连杆26相连接，第三连杆26另一端通过转动副25与大臂2相连接；所述第一锁紧装置23和第二锁紧装置24分别安装在第七转动副16和第十一转动副19上，根据不同工况适时锁紧；伺服驱动装置包括第一伺服电机，与主动杆13连接以驱动其转动；第一锁紧装置23和第二锁紧装置24采用电磁方式进行锁紧。

将本发明所述的二自由度闭链混合驱动连杆机构应用于抓蔗作业时，只需要将底座1与轮胎式或履带式行走机构连接起来，手腕连杆6与手腕27、手爪28连接起来即可。

本发明采用可控多杆闭链机构，克服了开链结构的驱动电机都需要安装在关节位置的缺点，提高了手臂运行的平稳性和可靠性，无累积误差，精度较高；结构紧凑，刚度高，承载能力大、惯量低、动态性能好、手臂运动轨迹灵活多样化。在连杆机构上加装锁紧装置，并让其根据机构的不同工况锁紧和放松特定的转动副，适时降低了机构的自由度，实现了在完成预期要求的情况下，使用的可控驱动电机的数量小于抓蔗机连杆机构的自由度，利用一个主动杆即可实现二自由度抓蔗作业，克服现有抓蔗机需要配备与连杆机构自由度同等数量的控制电机来进行控制的缺点,简化结构的复杂程度，降低机构的重量、运动惯量、体积和成本，增加了机构的可控性和稳定性，提高了工作效率。同时也克服了液压式抓蔗机液压系统元件精度要求高、结构复杂、易漏油、可靠性差、传动效率低等缺点。

附图说明

图1为本发明所述的一种采用伺服电机驱动可变自由度的多连杆机构的结构示意图。

具体实施方式

一种采用伺服电机驱动可变自由度的多连杆机构，由底座1、主动杆13、第一连杆15、第一连接件5、第四连杆4、大臂2、手腕连杆6、第二连杆22、第三连杆26、伺服驱动装置、第一锁紧装置23以及第二锁紧装置24组成； 所述底座1安装在可移动回转平台上；所述大臂2通过第一转动副10连接在底座上，大臂2另一端通过第三转动副8与手腕连杆6相连接；所述主动杆13通过第五转动副12与底座1连接，另一端通过第六转动副14与第一连杆15连接，第一连杆15通过第七转动副16与第一连接件5连接；所述第一连接件5通过第八转动副17与第二连杆22连接，第二连杆22另一端通过第九转动副7与手腕连杆6连接；所述第四连杆4通过第十三转动副20与底座1相连接，一端通过第十转动副18与第一连接件5相连接，中部通过第十一转动副19与第三连杆26相连接，第三连杆26另一端通过转动副25与大臂2相连接；所述第一锁紧装置23和第二锁紧装置24分别安装在第七转动副16和第十一转动副19上，根据不同工况适时锁紧；伺服驱动装置包括第一伺服电机，与主动杆13连接以驱动其转动；第一锁紧装置23和第二锁紧装置24采用电磁方式进行锁紧。

将本发明所述的一种采用伺服电机驱动可变自由度的多连杆机构应用于抓蔗作业时，只需要将底座1与轮胎式或履带式行走机构连接起来，手腕连杆6与手腕27、手爪28连接起来即可。

在各个工况工作中，升降工况时，第一锁紧装置23和第二锁紧装置24锁紧，第七转动副16与第十一转动副19失去自由度，此时主动杆13通过第一连杆15、第三连杆26、第一连接件5,、第四连杆4、大臂2、第二连杆22的共同作用将手腕连杆6升降。手腕连杆6单独俯仰工况时，第一锁紧装置23打开，第七转动副16恢复自由度，第二锁紧装置24锁紧，第十一转动副19失去自由度，此时主动杆13通过第一连杆15、第一连接件5以及第二连杆22的作用下使手腕连杆6俯仰。第一锁紧装置7和第二锁紧装置29根据不同的作业工况，分别选择紧锁或打开，共同完成大臂2升降、手腕连杆6与手腕27的俯仰等运动，实现手爪28的抓蔗作业，第一锁紧装置23和第二锁紧装置24可采用电磁方式进行锁紧，控制容易实现。