一种双两和单自由度变换的变胞式自动化整枝伐树机器人制造技术

一种双两和单自由度变换的变胞式自动化整枝伐树机器人，由传感器、驱动电机、履带式行走系统、机架、驱动连杆、传动连杆、三角架、输出连杆、销轴、液压缸、虎克铰和整枝伐木装置组成。传感器包括角位移传感器、距离传感器和位移传感器，通过传感器和可控驱动电机，实现自动化信息采集及控制，结合机身不同构态的两个两自由度和一个单自由度灵活变胞，获得三种不同构态，可以在复杂环境下灵活地完成树木整枝、修剪、伐树或者木材定量分段截取自动化作业，工作效率较高。该发明专利技术还具有动态稳定性高、制造成本低、轻便灵活等优点。

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..

【技术实现步骤摘要】
一种双两和单自由度变换的变胞式自动化整枝伐树机器人
本专利技术涉及机器人领域，特别是一种双两和单自由度变换的变胞式自动化整枝伐树机器人。
技术介绍
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。变胞机构是近年来学者提出的重要概念，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，可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，尚未见到一种能全自动化作业，并能够在两个两自由度和一个单自由度间灵活变换，兼具灵活实现三种不同构态，大工作空间特征，并且电机均安装在机架上，减少各构件负载，使其运动高动态稳定性，又具有自动化树木整枝、伐树和木材分段截取功能的双两和单自由度变换变胞式自动化整枝伐树机器人的创新专利技术设计。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双两和单自由度变换的变胞式自动化整枝伐树机器人，它能全自动化作业，并能够在两个两自由度和一个单自由度间灵活变换，兼具灵活实现三种不同构态，大工作空间特征，并且电机均安装在机架上，减少各构件负载，使其运动高动态稳定性，又具有自动化树木整枝、伐树和木材分段截取功能。本专利技术的技术方案是：一种双两和单自由度变换的变胞式自动化整枝伐树机器人，包括传感器、驱动电机、履带式行走系统、机架、驱动连杆、传动连杆、三角架、输出连杆、销轴、液压缸、虎克铰和整枝伐木装置，具体结构和连接关系为：所述传感器包括角位移传感器、距离传感器和位移传感器，所述角位移传感器包括第一角位移传感器、第二角位移传感器和第三角位移传感器，第一角位移传感器与后摇杆下端固定连接，第二角位移传感器与中摇杆下端固定连接，第三角位移传感器与前摇杆下端固定连接；所述距离传感器与整枝伐木装置下端固定连接；所述位移传感器与整枝伐木装置固定连接；所述驱动电机包括第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机、第四驱动电机和第五驱动电机，第一驱动电机和机架固定连接，驱动后摇杆，第二驱动电机和机架固定连接，驱动中摇杆，第三驱动电机和机架固定连接，驱动前摇杆，第四驱动电机和电机支座固定连接，驱动曲柄，第五驱动电机和整枝伐木装置固定连接，驱动丝杆；所述履带式行走系统通过转动副与机架连接；所述驱动连杆包括前摇杆、中摇杆和后摇杆，所述前摇杆一端通过第九销轴与机架连接，另一端通过第十三销轴与前连杆连接，所述中摇杆一端通过第七销轴与机架连接，另一端通过第五销轴与中连杆、三角架连接，所述后摇杆一端通过第六销轴与机架连接，另一端通过第四销轴与后连杆连接；所述传动连杆包括前连杆、支架杆、中连杆、后连杆和长杆，所述前连杆一端通过第十三销轴与前摇杆连接，另一端通过第十一销轴与支架杆连接，所述支架杆一端通过第八销轴与机架连接，中部通过第十一销轴与前连杆连接，另一端通过第十销轴与长杆连接，所述中连杆一端通过第五销轴与中摇杆、三角架连接，中部通过第二销轴与三角架连接，另一端通过第一销轴与输出连杆连接，所述后连杆一端通过第四销轴与后摇杆连接，另一端通过第三销轴与长杆连接，所述长杆一端通过第三销轴与后连杆连接，中部通过第十销轴与支架杆连接，另一端通过第十二销轴与输出连杆连接；所述三角架一端通过第五销轴与中摇杆、中连杆连接，另一端通过第二销轴与中连杆连接；所述输出连杆一端通过第一销轴与中连杆连接，中部通过第十二销轴与长杆连接，另一端通过第十四销轴与虎克铰连接，输出连杆通过第一球副机构与液压缸连接；所述整枝伐木装置通过转动副与虎克铰连接，整枝伐木装置通过第二球副机构与液压缸连接；所述整枝伐木装置包括刀锯机构、下夹抱机构、滚轮、上夹抱机构和打枝刀，所述整枝伐木装置通过转动副与虎克铰连接，整枝伐木装置通过第二球副机构与液压缸连接，所述刀锯机构在整枝伐木装置的最下方，往上依次是下夹抱机构、滚轮、上夹抱机构和打枝刀。所述销轴包括第一销轴、第二销轴、第三销轴、第四销轴、第五销轴、第六销轴、第七销轴、第八销轴、第九销轴、第十销轴、第十一销轴、第十二销轴、第十三销轴和第十四销轴。所述中摇杆和中连杆为双杆，其他连杆均为单杆。所述三角架为两个。所述刀锯机构包括刀锯、滑块、导杆、第三连杆、第四连杆、曲柄、第四驱动电机、电机支座、丝杆和第五驱动电机，所述刀锯和滑块固性连接，滑块和导杆通过圆柱副连接，所述第三连杆一端通过转动副和滑块连接，另一端通过转动副和第四连杆连接，所述曲柄一端通过转动副和第四连杆连接，另一端通过转动副和第四驱动电机连接，所述电机支座和第四驱动电机固性连接，电机支座通过螺旋副和丝杆连接，所述第五驱动电机通过转动副和丝杆连接；所述下夹抱机构包括螺杆、固定支座、第一连杆、活动支座、螺母和第二连杆，所述固定支座固定于整枝伐木装置上，固定支座和活动支座通过螺杆连接，螺杆的一端连接螺母，所述第一连杆一端通过转动副和固定支座连接，另一端通过转动副和第二连杆连接，所述第二连杆一端通过转动副和第一连杆连接，中部通过转动副和活动支座连接；所述滚轮末端与原动机输出轴连接，原动机与整枝伐木装置固定连接，原动机设置于整枝伐木装置内部，整枝伐木装置有两个滚轮，沿竖直中心线对称分布与整枝伐木装置两侧；所述上夹抱机构和下夹抱机构结构相同，其零部件和零部件之间的连接关系均相同；所述打枝刀设置于整枝伐木装置上部，与整枝伐木装置固定连接。所述驱动连杆全部运动时，三角架一端通过第五销轴与中摇杆、中连杆连接，另一端通过第二销轴与中连杆连接，实现十连杆两自由度运动；驱动连杆全部运动时，三角架一端通过第五销轴与中摇杆、中连杆连接，另一端第二销轴与第三销轴处于重叠位置时，实现十一连杆两自由度运动；驱动连杆为前摇杆时，第三销轴与第五销轴处于重叠位置时，实现十连杆单自由度运动。本专利技术的突出优点在于：1.通过传感器和可控驱动电机，实现自动化信息采集及控制，实现树木整枝、修剪、伐树或者木材定量分段截取自动化作业，工作效率较高。2.在工作过程中，能够在两个两自由度和一个单自由度间灵活变换，灵活实现三种不同构态，树木整枝伐树机在两种两自由度构型时，均具有柔性化的特点，更有效地进一步增大了工作空间，并均可实现工作端高精确定位，机构单自由度时，机构稳定性较高。高柔性化程度，使整枝伐树机器人林场作业时，能够适应树木生长形态复杂多变的任意状况，柔性灵活作业。3.驱动控制电机均可安装在机架上，减少了因电机装在杆件上而造成的构件负载，动态稳定性高；并且机构由全杆件组成，制造成本低，工作寿命长，机构维护保养简单。4.能实现复杂动作，可在环境恶劣、地势崎岖的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双两和单自由度变换的变胞式自动化整枝伐树机器人，包括传感器、驱动电机、履带式行走系统、机架、驱动连杆、传动连杆、三角架、输出连杆、销轴、液压缸、虎克铰和整枝伐木装置，其特征在于，具体结构和连接关系为：所述传感器包括角位移传感器、距离传感器和位移传感器，所述角位移传感器包括第一角位移传感器、第二角位移传感器和第三角位移传感器，第一角位移传感器与后摇杆下端固定连接，第二角位移传感器与中摇杆下端固定连接，第三角位移传感器与前摇杆下端固定连接；所述距离传感器与整枝伐木装置下端固定连接；所述位移传感器与整枝伐木装置固定连接；所述驱动电机包括第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机、第四驱动电机和第五驱动电机，第一驱动电机和机架固定连接，驱动后摇杆，第二驱动电机和机架固定连接，驱动中摇杆，第三驱动电机和机架固定连接，驱动前摇杆，第四驱动电机和电机支座固定连接，驱动曲柄，第五驱动电机和整枝伐木装置固定连接，驱动丝杆；所述履带式行走系统通过转动副与机架连接；所述驱动连杆包括前摇杆、中摇杆和后摇杆，所述前摇杆一端通过第九销轴与机架连接，另一端通过第十三销轴与前连杆连接，所述中摇杆一端通过第七销轴与机架连接，另一端通过第五销轴与中连杆、三角架连接，所述后摇杆一端通过第六销轴与机架连接，另一端通过第四销轴与后连杆连接；所述传动连杆包括前连杆、支架杆、中连杆、后连杆和长杆，所述前连杆一端通过第十三销轴与前摇杆连接，另一端通过第十一销轴与支架杆连接，所述支架杆一端通过第八销轴与机架连接，中部通过第十一销轴与前连杆连接，另一端通过第十销轴与长杆连接，所述中连杆一端通过第五销轴与中摇杆、三角架连接，中部通过第二销轴与三角架连接，另一端通过第一销轴与输出连杆连接，所述后连杆一端通过第四销轴与后摇杆连接，另一端通过第三销轴与长杆连接，所述长杆一端通过第三销轴与后连杆连接，中部通过第十销轴与支架杆连接，另一端通过第十二销轴与输出连杆连接；所述三角架一端通过第五销轴与中摇杆、中连杆连接，另一端通过第二销轴与中连杆连接；所述输出连杆一端通过第一销轴与中连杆连接，中部通过第十二销轴与长杆连接，另一端通过第十四销轴与虎克铰连接，输出连杆通过第一球副机构与液压缸连接；所述整枝伐木装置通过转动副与虎克铰连接，整枝伐木装置通过第二球副机构与液压缸连接；所述整枝伐木装置包括刀锯机构、下夹抱机构、滚轮、上夹抱机构和打枝刀，所述整枝伐木装置通过转动副与虎克铰连接，整枝伐木装置通过第二球副机构与液压缸连接，所述刀锯机构在整枝伐木装置的最下方，往上依次是下夹抱机构、滚轮、上夹抱机构和打枝刀。...

【技术特征摘要】
1.一种双两和单自由度变换的变胞式自动化整枝伐树机器人，包括传感器、驱动电机、履带式行走系统、机架、驱动连杆、传动连杆、三角架、输出连杆、销轴、液压缸、虎克铰和整枝伐木装置，其特征在于，具体结构和连接关系为：所述传感器包括角位移传感器、距离传感器和位移传感器，所述角位移传感器包括第一角位移传感器、第二角位移传感器和第三角位移传感器，第一角位移传感器与后摇杆下端固定连接，第二角位移传感器与中摇杆下端固定连接，第三角位移传感器与前摇杆下端固定连接；所述距离传感器与整枝伐木装置下端固定连接；所述位移传感器与整枝伐木装置固定连接；所述驱动电机包括第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机、第四驱动电机和第五驱动电机，第一驱动电机和机架固定连接，驱动后摇杆，第二驱动电机和机架固定连接，驱动中摇杆，第三驱动电机和机架固定连接，驱动前摇杆，第四驱动电机和电机支座固定连接，驱动曲柄，第五驱动电机和整枝伐木装置固定连接，驱动丝杆；所述履带式行走系统通过转动副与机架连接；所述驱动连杆包括前摇杆、中摇杆和后摇杆，所述前摇杆一端通过第九销轴与机架连接，另一端通过第十三销轴与前连杆连接，所述中摇杆一端通过第七销轴与机架连接，另一端通过第五销轴与中连杆、三角架连接，所述后摇杆一端通过第六销轴与机架连接，另一端通过第四销轴与后连杆连接；所述传动连杆包括前连杆、支架杆、中连杆、后连杆和长杆，所述前连杆一端通过第十三销轴与前摇杆连接，另一端通过第十一销轴与支架杆连接，所述支架杆一端通过第八销轴与机架连接，中部通过第十一销轴与前连杆连接，另一端通过第十销轴与长杆连接，所述中连杆一端通过第五销轴与中摇杆、三角架连接，中部通过第二销轴与三角架连接，另一端通过第一销轴与输出连杆连接，所述后连杆一端通过第四销轴与后摇杆连接，另一端通过第三销轴与长杆连接，所述长杆一端通过第三销轴与后连杆连接，中部通过第十销轴与支架杆连接，另一端通过第十二销轴与输出连杆连接；所述三角架一端通过第五销轴与中摇杆、中连杆连接，另一端通过第二销轴与中连杆连接；所述输出连杆一端通过第一销轴与中连杆连接，中部通过第十二销轴与长杆连接，另一端通过第十四销轴与虎克铰连接，输出连杆通过第一球副机构与液压缸连接；所述整枝伐木装置通过转动副与虎克铰连接，整枝伐木装置通过第二球副机构与液压缸连接；所述整枝伐木装置包括刀锯机构、下夹抱机构、滚轮、上夹抱机构和打枝刀，所述整枝伐木装置通过转动副与虎克铰连接，整枝伐木装置通过第二球副机构与液压缸连接，所述刀锯机构在整枝伐木装置的最下方，往上依次是下夹抱机构、滚轮、上夹抱机构和打枝刀。2.根据权利要求1所述的一种双两和单自由度变换的变胞式自动化整枝伐树机器人，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王汝贵，孙家兴，袁吉伟，黄慕华，陈辉庆，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45