一种用于简易气割下料机的伺服电机驱动可变自由度连杆机构的制作方法

本发明涉及机械领域，特别是一种用于简易气割下料机的伺服电机驱动可变自由度连杆机构。

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简易气割下料机的伺服电机驱动可变自由度连杆机构，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简易气割下料机的伺服电机驱动可变自由度连杆机构，包括底座1、大臂17、夹持器连杆俯仰机构、夹持器21、割枪22、伺服驱动装置以及第一锁紧装置8、第二锁紧装置16；所述夹持器连杆俯仰机构由夹持器连杆和俯仰机构组成，所述夹持器连杆通过同轴的第九转动副19和第十转动副20连接到大臂17上，所述俯仰机构由主动件3、第一连杆5、第二连杆10和第三连杆9组成，主动件3一端通过第一转动副2连接到底座1上，另一端通过第二转动副4与第一连杆5连接；第一连杆5另一端通过第三转动副6连接到第二连杆10上；第二连杆10另两端分别通过第五转动副11与夹持器连杆12连接，通过第四转动副7与第三连杆9连接。第三连杆9通过第六转动副18与大臂17连接， 所述第一锁紧装置8、第二锁紧装置16分别安装在第四转动副7、第七转动副15上，按照机构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，与主动杆3连接以驱动其转动； 第一锁紧装置8、第二锁紧装置16采用电磁方式进行锁紧。

本发明一种伺服电机驱动连杆式可变自由度气割下料机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，利用两主动杆即可实现三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为本发明所述的一种用于简易气割下料机的伺服电机驱动可变自由度连杆机构的结构示意图。

具体实施方式

一种用于简易气割下料机的伺服电机驱动可变自由度连杆机构，包括底座1、大臂17、夹持器连杆俯仰机构、夹持器21、割枪22、伺服驱动装置以及第一锁紧装置8、第二锁紧装置16； 所述底座1安装在可移动回转平台上；所述夹持器连杆俯仰机构由夹持器连杆和俯仰机构组成，所述夹持器连杆通过同轴的第九转动副19和第十转动副20连接到大臂17上，所述俯仰机构由主动件3、第一连杆5、第二连杆10和第三连杆9组成，主动件3一端通过第一转动副2连接到底座1上，另一端通过第二转动副4与第一连杆5连接；第一连杆5另一端通过第三转动副6连接到第二连杆10上；第二连杆10另两端分别通过第五转动副11与夹持器连杆12连接，通过第四转动副7与第三连杆9连接。第三连杆9通过第六转动副18与大臂17连接， 所述第一锁紧装置8、第二锁紧装置16分别安装在第四转动副7、第七转动副15上，按照机构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，与主动杆3连接以驱动其转动； 第一锁紧装置8、第二锁紧装置16采用电磁方式进行锁紧。

在各工况作业中，大臂17抬升时，第二锁紧装置16打开，第七转动副15恢复自由度，第一锁紧装置8锁紧，即第四运动副7失去自由度。此时，第三连杆9、第二连杆10、夹持器连杆12和大臂17相互相对失去自由度，连结成一体。此时在主动件驱动下运动通过第一连杆5传递到大臂17，大臂17绕第七转动副13和第八转动副15转动实现大臂抬升。夹持器连杆俯仰时，第一锁紧装置8打开，第四运动副7恢复自由度，第二锁紧装置16锁紧，第七转动副15失去自由度，大臂相对底座失去自由度，此时在主动件3驱动下运动经过第一连杆5和第二连杆10传到夹持器连杆12实现夹持器连杆俯仰。在整个气割下料作业过程中，第一锁紧装置8、第二锁紧装置16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抬升、夹持器连杆12与夹持器21的俯仰等运动，实现割枪22的气割下料作业。第一锁紧装置8、第二锁紧装置16采用电磁方式进行锁紧，控制容易实现。