[發明專利]一種三構態變胞機構式自動化樹木整枝伐樹機器人

在審

• 申請號: 201710182206.4
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN107409788A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: A01G3/08
• 分類號: A01G3/08;A01G23/08
• 代理公司: 廣西南寧公平知識產權代理有限公司45104
• 代理人: 黃永校

技術領域

本發明涉及機器人領域，特別是一種三構態變胞機構式自動化樹木整枝伐樹機器人。

背景技術

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。現有伐樹機器人也都沒有自動化作業功能。因此有必要設計一種穩定輸出，柔性化，運動空間大，制造成本低，工作壽命長，維護保養簡單，兼具樹木整枝、伐樹和木材截取功能的能夠自動化作業的樹木整枝伐樹機器人。

變胞機構是近年來學者提出的重要概念，是可變自由度或可變構件數目的新型機構，這類機構除了具有類似可展機構的高度可縮和高度可展外，還可改變拓撲圖并導致變自由度，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。將變胞機構及傳感技術應用于樹木整枝伐樹機器人的設計，將產生一類新型的變胞機構式自動化樹木整枝伐樹機器人。

目前，尚未見到一種能夠全自動化作業的，兼具穩定輸出和三構態柔性變化、運動空間大、工作精度高、制造成本低、維護保養簡單，且能柔性控制，又具有樹木整枝、伐樹和木材截取功能的一種三構態變胞機構式自動化樹木整枝伐樹機器人的創新發明設計。

發明內容

本發明的目的是提供一種三構態變胞機構式自動化樹木整枝伐樹機器人，它具有穩定輸出、柔性化、運動空間大、制造成本低、工作壽命長、維護保養簡單，臂重較輕、工作效率高等優點，又可以實現樹木整枝修整、整棵樹木伐鋸和木材分段截取功能，并能夠自動化作業。

本發明的技術方案是：一種三構態變胞機構式自動化樹木整枝伐樹機器人，包括傳感器、驅動電機、伐木頭組合機構、履帶式行走裝置、機架、驅動連桿、傳動連桿、輸出連桿、銷軸、液壓缸和虎克鉸，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；所述距離傳感器與伐木頭組合機構下端固定連接；所述位移傳感器與伐木頭組合機構固定連接；

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，第五驅動電機和伐木頭組合機構固定連接，驅動絲桿；

所述伐木頭組合機構包括刀鋸機構、下夾抱機構、滾輪、上夾抱機構和打枝刀，所述刀鋸機構在伐木頭組合機構的最下方，往上依次是下夾抱機構、滾輪、上夾抱機構和打枝刀，所述伐木頭組合機構通過轉動副與虎克鉸連接，伐木頭組合機構通過第二球副機構與液壓缸連接；

所述履帶式行走裝置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，另一端通過第五銷軸與前連桿連接，所述中搖桿一端通過第四銷軸與機架連接，另一端通過第七銷軸與中連桿連接，所述后搖桿一端通過第八銷軸與機架連接，另一端通過第三銷軸與曲桿連接；

所述傳動連桿包括前連桿、中連桿和曲桿，所述前連桿一端通過第五銷軸與前搖桿連接，另一端通過第二銷軸與曲桿連接，所述中連桿一端通過第七銷軸與中搖桿連接，另一端通過第一銷軸與輸出連桿連接，所述曲桿一端通過第三銷軸與后搖桿連接，中部通過第二銷軸與前連桿連接，另一端通過第六銷軸與輸出連桿連接；

所述輸出連桿一端通過第一銷軸與中連桿連接，中部通過第六銷軸與曲桿連接，另一端通過第十銷軸與虎克鉸連接，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、第九銷軸和第十銷軸。