一種雙兩和單自由度變換的變胞式自動化整枝伐樹機器人制造技術

一種雙兩和單自由度變換的變胞式自動化整枝伐樹機器人，由傳感器、驅動電機、履帶式行走系統、機架、驅動連桿、傳動連桿、三角架、輸出連桿、銷軸、液壓缸、虎克鉸和整枝伐木裝置組成。傳感器包括角位移傳感器、距離傳感器和位移傳感器，通過傳感器和可控驅動電機，實現自動化信息采集及控制，結合機身不同構態的兩個兩自由度和一個單自由度靈活變胞，獲得三種不同構態，可以在復雜環境下靈活地完成樹木整枝、修剪、伐樹或者木材定量分段截取自動化作業，工作效率較高。該發明專利技術還具有動態穩定性高、制造成本低、輕便靈活等優點。

A kind of metamorphic double and two single degree of freedom transform automatic pruning robot felling

A kind of metamorphic double and two single degree of freedom transform automatic pruning trees by the sensor, robot, drive motor, crawler system, frame, drive rod, a transmission rod, a tripod, output rod, pin, hydraulic cylinder, Hooke joint and pruning logging device. The sensor includes an angular displacement sensor, distance sensor and displacement sensor, the sensor and a driving motor, realize the automation of information acquisition and control, different configurations of the two and two degrees of freedom and a single degree of freedom flexible metamorphic body combination, get three different configuration, can be in a complex environment and flexible to complete tree pruning pruning, tree felling, timber or quantitative piecewise intercepting automation operation, high work efficiency. The invention also has the advantages of high dynamic stability, low manufacturing cost, portability, flexibility, etc..

【技術實現步驟摘要】
一種雙兩和單自由度變換的變胞式自動化整枝伐樹機器人
本專利技術涉及機器人領域，特別是一種雙兩和單自由度變換的變胞式自動化整枝伐樹機器人。
技術介紹
中國專利201610396453.X公布了一種伐木機器人，通過四個驅動輪的移動，實現切割的定位，工作精度和柔性低，運動空間小，只能實現伐木任務；中國專利201610419380.1公開了一種用于伐木機的全液壓自動伐木裝置，此伐木裝置由全液壓元件組成，其液壓元件精度要求高，液壓系統制造成本高，工作壽命不長，易漏油，也只能實現伐木任務；中國專利201210335835.3公開了一種伐樹截木一體機，此伐樹截木機，僅用于伐樹截木，不能用于樹木整枝、修剪，且此伐木機只能與工程機械配合使用；中國專利201310427637.4公開了一種電動植物整枝機，此植物整枝機，僅用于植物整枝，不能用于伐木、截木。變胞機構是近年來學者提出的重要概念，具有多功能階段變化、多拓撲結構變化、多自由度變化等特征，可根據功能需求或環境等變化，適應不同任務，靈活應用于不同場合。將變胞機構應用于樹木整枝伐樹機器人設計，將產生一類新型的變胞機構式樹木整枝伐樹機器人，使樹木整枝伐樹機器人更大發揮其功能。目前，尚未見到一種能全自動化作業，并能夠在兩個兩自由度和一個單自由度間靈活變換，兼具靈活實現三種不同構態，大工作空間特征，并且電機均安裝在機架上，減少各構件負載，使其運動高動態穩定性，又具有自動化樹木整枝、伐樹和木材分段截取功能的雙兩和單自由度變換變胞式自動化整枝伐樹機器人的創新專利技術設計。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種雙兩和單自由度變換的變胞式自動化整枝伐樹機器人，它能全自動化作業，并能夠在兩個兩自由度和一個單自由度間靈活變換，兼具靈活實現三種不同構態，大工作空間特征，并且電機均安裝在機架上，減少各構件負載，使其運動高動態穩定性，又具有自動化樹木整枝、伐樹和木材分段截取功能。本專利技術的技術方案是：一種雙兩和單自由度變換的變胞式自動化整枝伐樹機器人，包括傳感器、驅動電機、履帶式行走系統、機架、驅動連桿、傳動連桿、三角架、輸出連桿、銷軸、液壓缸、虎克鉸和整枝伐木裝置，具體結構和連接關系為：所述傳感器包括角位移傳感器、距離傳感器和位移傳感器，所述角位移傳感器包括第一角位移傳感器、第二角位移傳感器和第三角位移傳感器，第一角位移傳感器與后搖桿下端固定連接，第二角位移傳感器與中搖桿下端固定連接，第三角位移傳感器與前搖桿下端固定連接；所述距離傳感器與整枝伐木裝置下端固定連接；所述位移傳感器與整枝伐木裝置固定連接；所述驅動電機包括第一驅動電機、第二驅動電機、第三驅動電機、第四驅動電機和第五驅動電機，第一驅動電機和機架固定連接，驅動后搖桿，第二驅動電機和機架固定連接，驅動中搖桿，第三驅動電機和機架固定連接，驅動前搖桿，第四驅動電機和電機支座固定連接，驅動曲柄，第五驅動電機和整枝伐木裝置固定連接，驅動絲桿；所述履帶式行走系統通過轉動副與機架連接；所述驅動連桿包括前搖桿、中搖桿和后搖桿，所述前搖桿一端通過第九銷軸與機架連接，另一端通過第十三銷軸與前連桿連接，所述中搖桿一端通過第七銷軸與機架連接，另一端通過第五銷軸與中連桿、三角架連接，所述后搖桿一端通過第六銷軸與機架連接，另一端通過第四銷軸與后連桿連接；所述傳動連桿包括前連桿、支架桿、中連桿、后連桿和長桿，所述前連桿一端通過第十三銷軸與前搖桿連接，另一端通過第十一銷軸與支架桿連接，所述支架桿一端通過第八銷軸與機架連接，中部通過第十一銷軸與前連桿連接，另一端通過第十銷軸與長桿連接，所述中連桿一端通過第五銷軸與中搖桿、三角架連接，中部通過第二銷軸與三角架連接，另一端通過第一銷軸與輸出連桿連接，所述后連桿一端通過第四銷軸與后搖桿連接，另一端通過第三銷軸與長桿連接，所述長桿一端通過第三銷軸與后連桿連接，中部通過第十銷軸與支架桿連接，另一端通過第十二銷軸與輸出連桿連接；所述三角架一端通過第五銷軸與中搖桿、中連桿連接，另一端通過第二銷軸與中連桿連接；所述輸出連桿一端通過第一銷軸與中連桿連接，中部通過第十二銷軸與長桿連接，另一端通過第十四銷軸與虎克鉸連接，輸出連桿通過第一球副機構與液壓缸連接；所述整枝伐木裝置通過轉動副與虎克鉸連接，整枝伐木裝置通過第二球副機構與液壓缸連接；所述整枝伐木裝置包括刀鋸機構、下夾抱機構、滾輪、上夾抱機構和打枝刀，所述整枝伐木裝置通過轉動副與虎克鉸連接，整枝伐木裝置通過第二球副機構與液壓缸連接，所述刀鋸機構在整枝伐木裝置的最下方，往上依次是下夾抱機構、滾輪、上夾抱機構和打枝刀。所述銷軸包括第一銷軸、第二銷軸、第三銷軸、第四銷軸、第五銷軸、第六銷軸、第七銷軸、第八銷軸、第九銷軸、第十銷軸、第十一銷軸、第十二銷軸、第十三銷軸和第十四銷軸。所述中搖桿和中連桿為雙桿，其他連桿均為單桿。所述三角架為兩個。所述刀鋸機構包括刀鋸、滑塊、導桿、第三連桿、第四連桿、曲柄、第四驅動電機、電機支座、絲桿和第五驅動電機，所述刀鋸和滑塊固性連接，滑塊和導桿通過圓柱副連接，所述第三連桿一端通過轉動副和滑塊連接，另一端通過轉動副和第四連桿連接，所述曲柄一端通過轉動副和第四連桿連接，另一端通過轉動副和第四驅動電機連接，所述電機支座和第四驅動電機固性連接，電機支座通過螺旋副和絲桿連接，所述第五驅動電機通過轉動副和絲桿連接；所述下夾抱機構包括螺桿、固定支座、第一連桿、活動支座、螺母和第二連桿，所述固定支座固定于整枝伐木裝置上，固定支座和活動支座通過螺桿連接，螺桿的一端連接螺母，所述第一連桿一端通過轉動副和固定支座連接，另一端通過轉動副和第二連桿連接，所述第二連桿一端通過轉動副和第一連桿連接，中部通過轉動副和活動支座連接；所述滾輪末端與原動機輸出軸連接，原動機與整枝伐木裝置固定連接，原動機設置于整枝伐木裝置內部，整枝伐木裝置有兩個滾輪，沿豎直中心線對稱分布與整枝伐木裝置兩側；所述上夾抱機構和下夾抱機構結構相同，其零部件和零部件之間的連接關系均相同；所述打枝刀設置于整枝伐木裝置上部，與整枝伐木裝置固定連接。所述驅動連桿全部運動時，三角架一端通過第五銷軸與中搖桿、中連桿連接，另一端通過第二銷軸與中連桿連接，實現十連桿兩自由度運動；驅動連桿全部運動時，三角架一端通過第五銷軸與中搖桿、中連桿連接，另一端第二銷軸與第三銷軸處于重疊位置時，實現十一連桿兩自由度運動；驅動連桿為前搖桿時，第三銷軸與第五銷軸處于重疊位置時，實現十連桿單自由度運動。本專利技術的突出優點在于：1.通過傳感器和可控驅動電機，實現自動化信息采集及控制，實現樹木整枝、修剪、伐樹或者木材定量分段截取自動化作業，工作效率較高。2.在工作過程中，能夠在兩個兩自由度和一個單自由度間靈活變換，靈活實現三種不同構態，樹木整枝伐樹機在兩種兩自由度構型時，均具有柔性化的特點，更有效地進一步增大了工作空間，并均可實現工作端高精確定位，機構單自由度時，機構穩定性較高。高柔性化程度，使整枝伐樹機器人林場作業時，能夠適應樹木生長形態復雜多變的任意狀況，柔性靈活作業。3.驅動控制電機均可安裝在機架上，減少了因電機裝在桿件上而造成的構件負載，動態穩定性高；并且機構由全桿件組成，制造成本低，工作壽命長，機構維護保養簡單。4.能實現復雜動作，可在環境惡劣、地勢崎嶇的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙兩和單自由度變換的變胞式自動化整枝伐樹機器人，包括傳感器、驅動電機、履帶式行走系統、機架、驅動連桿、傳動連桿、三角架、輸出連桿、銷軸、液壓缸、虎克鉸和整枝伐木裝置，其特征在于，具體結構和連接關系為：所述傳感器包括角位移傳感器、距離傳感器和位移傳感器，所述角位移傳感器包括第一角位移傳感器、第二角位移傳感器和第三角位移傳感器，第一角位移傳感器與后搖桿下端固定連接，第二角位移傳感器與中搖桿下端固定連接，第三角位移傳感器與前搖桿下端固定連接；所述距離傳感器與整枝伐木裝置下端固定連接；所述位移傳感器與整枝伐木裝置固定連接；所述驅動電機包括第一驅動電機、第二驅動電機、第三驅動電機、第四驅動電機和第五驅動電機，第一驅動電機和機架固定連接，驅動后搖桿，第二驅動電機和機架固定連接，驅動中搖桿，第三驅動電機和機架固定連接，驅動前搖桿，第四驅動電機和電機支座固定連接，驅動曲柄，第五驅動電機和整枝伐木裝置固定連接，驅動絲桿；所述履帶式行走系統通過轉動副與機架連接；所述驅動連桿包括前搖桿、中搖桿和后搖桿，所述前搖桿一端通過第九銷軸與機架連接，另一端通過第十三銷軸與前連桿連接，所述中搖桿一端通過第七銷軸與機架連接，另一端通過第五銷軸與中連桿、三角架連接，所述后搖桿一端通過第六銷軸與機架連接，另一端通過第四銷軸與后連桿連接；所述傳動連桿包括前連桿、支架桿、中連桿、后連桿和長桿，所述前連桿一端通過第十三銷軸與前搖桿連接，另一端通過第十一銷軸與支架桿連接，所述支架桿一端通過第八銷軸與機架連接，中部通過第十一銷軸與前連桿連接，另一端通過第十銷軸與長桿連接，所述中連桿一端通過第五銷軸與中搖桿、三角架連接，中部通過第二銷軸與三角架連接，另一端通過第一銷軸與輸出連桿連接，所述后連桿一端通過第四銷軸與后搖桿連接，另一端通過第三銷軸與長桿連接，所述長桿一端通過第三銷軸與后連桿連接，中部通過第十銷軸與支架桿連接，另一端通過第十二銷軸與輸出連桿連接；所述三角架一端通過第五銷軸與中搖桿、中連桿連接，另一端通過第二銷軸與中連桿連接；所述輸出連桿一端通過第一銷軸與中連桿連接，中部通過第十二銷軸與長桿連接，另一端通過第十四銷軸與虎克鉸連接，輸出連桿通過第一球副機構與液壓缸連接；所述整枝伐木裝置通過轉動副與虎克鉸連接，整枝伐木裝置通過第二球副機構與液壓缸連接；所述整枝伐木裝置包括刀鋸機構、下夾抱機構、滾輪、上夾抱機構和打枝刀，所述整枝伐木裝置通過轉動副與虎克鉸連接，整枝伐木裝置通過第二球副機構與液壓缸連接，所述刀鋸機構在整枝伐木裝置的最下方，往上依次是下夾抱機構、滾輪、上夾抱機構和打枝刀。...

【技術特征摘要】
1.一種雙兩和單自由度變換的變胞式自動化整枝伐樹機器人，包括傳感器、驅動電機、履帶式行走系統、機架、驅動連桿、傳動連桿、三角架、輸出連桿、銷軸、液壓缸、虎克鉸和整枝伐木裝置，其特征在于，具體結構和連接關系為：所述傳感器包括角位移傳感器、距離傳感器和位移傳感器，所述角位移傳感器包括第一角位移傳感器、第二角位移傳感器和第三角位移傳感器，第一角位移傳感器與后搖桿下端固定連接，第二角位移傳感器與中搖桿下端固定連接，第三角位移傳感器與前搖桿下端固定連接；所述距離傳感器與整枝伐木裝置下端固定連接；所述位移傳感器與整枝伐木裝置固定連接；所述驅動電機包括第一驅動電機、第二驅動電機、第三驅動電機、第四驅動電機和第五驅動電機，第一驅動電機和機架固定連接，驅動后搖桿，第二驅動電機和機架固定連接，驅動中搖桿，第三驅動電機和機架固定連接，驅動前搖桿，第四驅動電機和電機支座固定連接，驅動曲柄，第五驅動電機和整枝伐木裝置固定連接，驅動絲桿；所述履帶式行走系統通過轉動副與機架連接；所述驅動連桿包括前搖桿、中搖桿和后搖桿，所述前搖桿一端通過第九銷軸與機架連接，另一端通過第十三銷軸與前連桿連接，所述中搖桿一端通過第七銷軸與機架連接，另一端通過第五銷軸與中連桿、三角架連接，所述后搖桿一端通過第六銷軸與機架連接，另一端通過第四銷軸與后連桿連接；所述傳動連桿包括前連桿、支架桿、中連桿、后連桿和長桿，所述前連桿一端通過第十三銷軸與前搖桿連接，另一端通過第十一銷軸與支架桿連接，所述支架桿一端通過第八銷軸與機架連接，中部通過第十一銷軸與前連桿連接，另一端通過第十銷軸與長桿連接，所述中連桿一端通過第五銷軸與中搖桿、三角架連接，中部通過第二銷軸與三角架連接，另一端通過第一銷軸與輸出連桿連接，所述后連桿一端通過第四銷軸與后搖桿連接，另一端通過第三銷軸與長桿連接，所述長桿一端通過第三銷軸與后連桿連接，中部通過第十銷軸與支架桿連接，另一端通過第十二銷軸與輸出連桿連接；所述三角架一端通過第五銷軸與中搖桿、中連桿連接，另一端通過第二銷軸與中連桿連接；所述輸出連桿一端通過第一銷軸與中連桿連接，中部通過第十二銷軸與長桿連接，另一端通過第十四銷軸與虎克鉸連接，輸出連桿通過第一球副機構與液壓缸連接；所述整枝伐木裝置通過轉動副與虎克鉸連接，整枝伐木裝置通過第二球副機構與液壓缸連接；所述整枝伐木裝置包括刀鋸機構、下夾抱機構、滾輪、上夾抱機構和打枝刀，所述整枝伐木裝置通過轉動副與虎克鉸連接，整枝伐木裝置通過第二球副機構與液壓缸連接，所述刀鋸機構在整枝伐木裝置的最下方，往上依次是下夾抱機構、滾輪、上夾抱機構和打枝刀。2.根據權利要求1所述的一種雙兩和單自由度變換的變胞式自動化整枝伐樹機器人，其特...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王汝貴，孫家興，袁吉偉，黃慕華，陳輝慶，
申請(專利權)人：廣西大學，
類型：發明
國別省市：廣西,45