[发明专利]一种混合驱动大空间两构态变胞式树木整枝伐树机器人

说明书

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是一种混合驱动大空间两构态变胞式树木整枝伐树机器人。

背景技术

中国专利201610396453.X公布了一种伐木机器人，通过四个驱动轮的移动，实现切割的定位，工作精度和柔性低，运动空间小，只能实现伐木任务；中国专利201610419380.1公开了一种用于伐木机的全液压自动伐木装置，此伐木装置由全液压元件组成，其液压元件精度要求高，液压系统制造成本高，工作寿命不长，易漏油，也只能实现伐木任务；中国专利201210335835.3公开了一种伐树截木一体机，此伐树截木机，仅用于伐树截木，不能用于树木整枝、修剪，且此伐木机只能与工程机械配合使用；中国专利201310427637.4公开了一种电动植物整枝机，此植物整枝机，仅用于植物整枝，不能用于伐木、截木。现有有关伐树机器人的设计，均功能单一，工作空间小，稳定性不足，精度低，不能根据功能需求或者环境的变化，灵活改变构型以适应不同任务和场合，柔性低。

变胞机构是近年来学者提出的重要概念，是能够变自由度或能够变构件数目的新型机构，这类机构除了具有类似可展机构的高度收缩和高度可展外，还能够改变拓扑图并导致变自由度，具有多功能阶段变化、多拓扑结构变化、多自由度变化等特征，能够根据功能需求或环境等变化，适应不同任务，灵活应用于不同场合。

将变胞机构应用于树木整枝伐树机器人设计，将产生一类新型的变胞机构式树木整枝伐树机器人，使树木整枝伐树机器人更大发挥其功能。

目前，尚未见到一种能柔性混合驱动控制兼具稳定输出和柔性化、运动空间大、工作精度高、制造成本低、臂重轻、工作效率高、维护保养简单特点，又具有树木整枝、伐树和木材分段截取功能的树木整枝伐树机器人的创新发明设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合驱动大空间两构态变胞式树木整枝伐树机器人，它能柔性混合驱动控制兼具稳定输出和柔性化、运动空间大、工作精度高、制造成本低、臂重轻、工作效率高、维护保养简单特点，又具有树木整枝、伐树和木材分段截取功能。

一种混合驱动大空间两构态变胞式树木整枝伐树机器人，包括大功率常规电机、小功率伺服电机、行走装置、机架、驱动臂、传动臂、工作臂、铰链、液压缸、虎克铰和伐木头组合机构，其特征在于，具体结构和连接关系为：

所述大功率常规电机和机架固定连接，驱动第三连杆；

所述小功率伺服电机包括第一小功率伺服电机和第二小功率伺服电机，第一小功率伺服电机和机架固定连接，驱动第一连杆，第二小功率伺服电机和机架固定连接，驱动第五连杆；

所述行走装置通过转动副与机架连接；

所述驱动臂包括第五连杆、第三连杆和第一连杆，所述第五连杆一端通过第十二铰链与机架连接，另一端通过第十一铰链与第六连杆连接，所述第三连杆一端通过第六铰链与机架连接，另一端通过第四铰链与第四连杆连接，所述第一连杆一端通过第五铰链与机架连接，另一端通过第三铰链与第七连杆连接；

所述传动臂包括第六连杆、第四连杆、第二连杆、第八连杆和第七连杆，所述第六连杆一端通过第十一铰链与第五连杆连接，另一端通过第九铰链与第八连杆连接，所述第四连杆一端通过第四铰链与第三连杆连接，另一端通过第一铰链与工作臂连接，所述第二连杆一端通过第三铰链与第一连杆连接，另一端通过第二铰链与第七连杆连接，所述第八连杆一端通过第七铰链与机架连接，中部通过第九铰链与第六连杆连接，另一端通过第八铰链与第七连杆连接，所述第七连杆一端通过第二铰链与第二连杆连接，中部通过第八铰链与第八连杆连接，另一端通过第十铰链与工作臂连接；

所述工作臂一端通过第一铰链与第四连杆连接，中部通过第十铰链与第七连杆连接，另一端通过第十三铰链与虎克铰连接，工作臂通过第一球副机构与液压缸连接；

所述伐木头组合机构包括刀锯机构、下夹抱机构、滚轮、上夹抱机构和打枝刀，所述伐木头组合机构通过转动副与虎克铰连接，伐木头组合机构通过第二球副机构与液压缸连接，所述刀锯机构在伐木头组合机构的最下方，往上依次是下夹抱机构、滚轮、上夹抱机构和打枝刀。

所述第一连杆和第三连杆的长度相等。

所述铰链包括第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链、第五铰链、第六铰链、第七铰链、第八铰链、第九铰链、第十铰链、第十一铰链、第十二铰链和第十三铰链。

所述第一小功率伺服电机输出轴和大功率常规电机输出轴的轴间距离与第二连杆的长度相等。

所述第四连杆的长度与第一铰链和第十铰链的轴间距离之和大于第七连杆的长度。