一种用于气割下料机的伺服驱动可变自由度多连杆机构的制作方法

本发明涉及机械领域，特别是一种用于气割下料机的伺服驱动可变自由度多连杆机构。

背景技术：

目前制造业通用气割下料机大多数是为开链形式的串联结构关节型电机驱动机械手，其主要特点为驱动电机全部都安装在机械手的各个关节上，通过电机带动机械手各个关节的转动，实现机械手的各种动作。由于开链形式的串联结构关节型机械手的驱动电机都安装在关节的位置，这种结构方式存在以下问题：机械手手臂需要承载电机的重量并需满足刚度要求，手臂截面尺寸需要做得较大，这样会增大驱动电机的负载，增加手臂的运动惯量，导致机械手动态性能下降，同时驱动电机都安装在关节位置造成机械手的累积误差大、承载能力小、结构复杂、模块化程度低。随着电机技术的发展和控制技术的提高，并联机构为机械手提供了广泛的发展空间，由控制电机驱动的多自由度并联机构不仅具有工作空间大、动作灵活、可完成复杂的运动轨迹输出，同时还具有制造成本低、维护保养简单等优点。

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，未见到过应用于气割下料机的变自由度机构。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于气割下料机的伺服驱动可变自由度多连杆机构，克服液压式气割下料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气割下料机连杆机构的自由度，克服现有机械式电动气割下料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，本发明提供了一种用于气割下料机的伺服驱动可变自由度多连杆机构，包括底座1、大臂升降机构、夹持器连杆俯仰机构、夹持器27、割枪28、伺服驱动装置以及第一锁紧装置5和第二锁紧装置18；所述大臂升降机构由大臂9和升降机构组成，所述大臂9通过第十转动副4连接在机架1上，所述升降机构的第四连杆3一端通过第二转动副2连接在底座1上，另一端通过第三转动副6与第五连杆7连接，第五连杆7另一端通过第四转动副8与大臂9连接；所述夹持器连杆俯仰机构由夹持器连杆22和俯仰机构组成，所述夹持器连杆22通过第十二转动副12连接到大臂9上，所述俯仰机构由主动杆14、第一连杆16、第三连杆10和第二连杆20组成，主动杆14一端通过第一转动副13连接到底座1上，另一端通过第五转动副15与第一连杆16连接；第一连杆16一端通过第七转动副17连接到第三连杆10上，第一连杆16另一端通过第六转动副19连接到第二连杆20上；第三连杆10另一端通过第八转动副11连接到大臂9上，第二连杆20另一端通过第九转动副21与夹持器连杆22连接；所述第一锁紧装置5和第二锁紧装置18分别安装在第三转动副6和第七转动副17上，按照不同的工况进行适时锁紧；伺服驱动装置包括第一伺服电机，与第一主动杆14连接以驱动其转动； 所述第一锁紧装置5和第二锁紧装置18采用电磁方式进行锁紧。

本发明一种用于气割下料机的伺服驱动可变自由度多连杆机构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气割下料机连杆机构的自由度，利用一个主动杆即可实现二自由度气割下料作业，克服现有气割下料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气割下料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为本发明所述的具有一种用于气割下料机的伺服驱动可变自由度多连杆机构的结构示意图。

具体实施方式

本发明所述的具有一种用于气割下料机的伺服驱动可变自由度多连杆机构，包括底座1、大臂升降机构、夹持器连杆俯仰机构、夹持器27、割枪28、伺服驱动装置以及第一锁紧装置5和第二锁紧装置18；所述大臂升降机构由大臂9和升降机构组成，所述大臂9通过第十转动副4连接在机架1上，所述升降机构的第四连杆3一端通过第二转动副2连接在底座1上，另一端通过第三转动副6与第五连杆7连接，第五连杆7另一端通过第四转动副8与大臂9连接；所述夹持器连杆俯仰机构由夹持器连杆22和俯仰机构组成，所述夹持器连杆22通过第十二转动副12连接到大臂9上，所述俯仰机构由主动杆14、第一连杆16、第三连杆10和第二连杆20组成，主动杆14一端通过第一转动副13连接到底座1上，另一端通过第五转动副15与第一连杆16连接；第一连杆16一端通过第七转动副17连接到第三连杆10上，第一连杆16另一端通过第六转动副19连接到第二连杆20上；第三连杆10另一端通过第八转动副11连接到大臂9上，第二连杆20另一端通过第九转动副21与夹持器连杆22连接；所述第一锁紧装置5和第二锁紧装置18分别安装在第三转动副6和第七转动副17上，按照不同的工况进行适时锁紧；伺服驱动装置包括第一伺服电机，与第一主动杆14连接以驱动其转动； 所述第一锁紧装置5和第二锁紧装置18采用电磁方式进行锁紧。

工作原理及过程：在作业中，大臂9升降时，第一锁紧装置5打开，第三转动副6恢复自由度，第二锁紧装置18锁紧，第七转动副17失去自由度，此时大臂9在主动杆14作用下绕第十转动副4转动升降。夹持器连杆俯仰时，第二锁紧装置18打开，第七运动副17恢复自由度，第一锁紧装置5锁紧，第三运动副6锁紧失去自由度，大臂9相对底座1失去自由度，此时在主动杆14驱动下，运动经过第一连杆16、第三连杆10和第二连杆20传到夹持器连杆22实现夹持器连杆俯仰。在整个作业过程中，第一锁紧装置5和第二锁紧装置18根据不同的作业工况，分别选择紧锁或打开，共同完成大臂升降与伸缩、夹持器连杆22与夹持器27的俯仰等运动，实现割枪28的气割下料作业。第一锁紧装置5和第二锁紧装置18可采用电磁方式进行锁紧，控制容易实现。

本发明使得可控驱动电机的数量小于气割下料机连杆机构的自由度，克服现有气割下料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，本发明的气割下料机将各连杆杆件做成轻杆，从而使得整个机构运动惯量小，动力学性能好，易于控制，通过设置回转平台，使气割下料机拥有360度的回转工作空间，工作空间范围大。