一种采用自由度可变移动连杆机构废料抓装作业方法与流程

本发明涉及装载机械领域，特别涉及一种采用自由度可变移动连杆机构废料抓装作业方法。

背景技术：

由于劳动力市场的人员紧缺，人力成本逐年攀升以及企业对劳动保护意识的增强，促进了工业废料抓装机在工业废料抓取装载作业中的广泛应用。工业废料抓装机有机械式和液压式两种类型，目前工业废料抓装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；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。随着工业废料抓装机功能的增加，其液压系统越来越复杂，出现故障更具有突然性、隐蔽性。机械式工业废料抓装机是利用机械传动件实现工业废料抓取装载动作，具有坚固耐用等优点，但是传统的单自由度机械式工业废料抓装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工业废料抓装机，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。

变自由度机构属于变胞机构，变胞机构是20世纪90年代国际机构学界发现的一类新型机构。该类机构具有多功能阶段变化特征，多拓扑结构变化特征，多自由度变化特征。该类机构能在不同的状态下改变机构有效杆件的数目，从而自动组合出新的拓扑结构来适应不同阶段的功能要求。目前能应用于工程实际的变自由度机构还很少，更未见到过应用于工业废料抓装机的变胞机构。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于工业废料抓装机的自由度可变连杆机构，克服液压式工业废料抓装机液压系统元件精度要求高、结构复杂、易漏油等缺点，并使得可控驱动电机的数量小于工业废料抓装机连杆机构的自由度，克服现有机械式电动工业废料抓装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自由度可变移动连杆机构废料抓装作业方法，其特征在于：所述自由度可变移动连杆机构包括:可回转底座1、升降机构、俯仰机构、手腕10、驱动装置、第一可锁紧铰链以及第二可锁紧铰链；其中升降机构包括:主动杆3、升降杆9、第二连杆5、大臂7；主动杆3和升降杆9的一端分别通过铰链铰接于可回转底座1上，第二连杆5的一端与主动杆3的另一端铰接，大臂7设成弯曲状且大臂7的一端与第二连杆5的另一端铰接，升降杆9的另一端铰接于大臂7的中部，升降杆9与大臂7相铰接的铰链处设有第一可锁紧铰链8，用于对该铰链进行制动。俯仰机构包括:第三连杆6、俯仰杆13以及第四连杆11；第三连杆6的一端铰接于可回转底座1上，俯仰杆13的一端与第三连杆6的另一端铰接，第四连杆11的两端分别铰接于升降杆9和俯仰杆13的中部；手腕10的上部与升降杆9的另一端铰接，下部与俯仰杆13的另一端铰接，第三连杆6与俯仰杆13相铰接的铰链处设有第二可锁紧铰链17，用于对该铰链进行制动，驱动装置为伺服电机，与主动杆3连接以驱动其转动。

工业废料抓取装载作业前，将底座1与轮胎式或履带式行走机构连接起来，将手腕10与工业废料抓装机的手爪12连接起来；抓装作业进行时，通过电机驱动主动杆3使主动杆3进行旋转运动，使连杆机构完成抓装作业。

抓取装载作业进行时，第一可锁紧铰链8和第二可锁紧铰链17分别选择紧锁或打开，共同完成工业废料抓装作业。第一可锁紧铰链8和第二可锁紧铰链17采用电磁方式进行锁紧。

本发明采用自由度可变多杆并联机构，使用的可控驱动电机的数量小于工业废料抓装机连杆机构的自由度，克服现有机械式工业废料抓装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。

附图说明

图1是根据本发明一种利用自由度可变移动连杆机构进行工业废料抓装作业的工作示意图。

具体实施方式

本发明的一种采用自由度可变移动连杆机构废料抓装作业方法，其特征在于：所述自由度可变移动连杆机构包括:可回转底座1、升降机构、俯仰机构、手腕10、驱动装置、第一可锁紧铰链以及第二可锁紧铰链；其中升降机构包括:主动杆3、升降杆9、第二连杆5、大臂7；主动杆3和升降杆9的一端分别通过铰链铰接于可回转底座1上，第二连杆5的一端与主动杆3的另一端铰接，大臂7设成弯曲状且大臂7的一端与第二连杆5的另一端铰接，升降杆9的另一端铰接于大臂7的中部，升降杆9与大臂7相铰接的铰链处设有第一可锁紧铰链8，用于对该铰链进行制动。俯仰机构包括:第三连杆6、俯仰杆13以及第四连杆11；第三连杆6的一端铰接于可回转底座1上，俯仰杆13的一端与第三连杆6的另一端铰接，第四连杆11的两端分别铰接于升降杆9和俯仰杆13的中部；手腕10的上部与升降杆9的另一端铰接，下部与俯仰杆13的另一端铰接，第三连杆6与俯仰杆13相铰接的铰链处设有第二可锁紧铰链17，用于对该铰链进行制动，驱动装置为伺服电机，与主动杆3连接以驱动其转动。

工业废料抓取装载作业前，将底座1与轮胎式或履带式行走机构连接起来，将手腕10与工业废料抓装机的手爪12连接起来；抓装作业进行时，通过电机驱动主动杆3使主动杆3进行旋转运动，使连杆机构完成抓装作业。

抓取装载作业进行时，第一可锁紧铰链8和第二可锁紧铰链17分别选择紧锁或打开，共同完成工业废料抓装作业。第一可锁紧铰链8和第二可锁紧铰链17采用电磁方式进行锁紧。

工业废料抓装机在作业中，手腕10升降时，第一可锁紧铰链8对其锁紧，大臂7与升降杆9之间失去活动自由度，第二可锁紧铰链17打开使第三连杆6、俯仰杆13之间恢复自由度，在主动杆3的驱动下实现手腕10的升降；手腕10俯仰时，第一可锁紧铰链8打开，大臂7与升降杆9之间恢复自由度，第二可锁紧铰链17锁紧，第三连杆6、俯仰杆13之间失去自由度，在主动杆3的驱动下实现手腕10的俯仰；根据不同的作业工况，第一可锁紧铰链8和第二可锁紧铰链17分别选择紧锁或打开，共同完成工业废料抓装机作业。第一可锁紧铰链8和第二可锁紧铰链17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连杆机构的自由度，克服现有工业废料抓装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。

技术特征：

技术总结
一种采用自由度可变移动连杆机构废料抓装作业方法，其特征在于，所述自由度可变移动连杆机构包括:底座、可回转平台、升降机构、俯仰机构、手腕、手爪、驱动装置、第一锁紧装置以及第二锁紧装置；其中升降机构包括:主动杆、升降杆、第二连杆、大臂；升降杆与大臂相铰接的铰链处设有第一锁紧装置，用于对该铰链进行制动；俯仰机构包括：第三连杆、俯仰杆以及第四连杆，手腕的上部与升降杆的另一端铰接，下部与俯仰杆的另一端铰接，第三连杆与俯仰杆相铰接的铰链处设有第二锁紧装置，用于对该铰链进行制动，驱动装置为伺服电机，与主动杆连接以驱动其转动。本发明具有可控驱动电机的数量小于机械手连杆机构的自由度的优点。

技术研发人员：不公告发明人
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：2017.10.16
技术公布日：2019.04.23