一種兩自由度數控挖坑機器人機構制造技術

一種兩自由度數控挖坑機器人機構，包括主臂升降機構、水平維持支鏈、刀頭平臺。該數控挖坑機器人機構采用運動副均為轉動副的兩自由度平面連桿機構，由安裝在機架上的伺服電機系統進行驅動控制，相比單自由度挖坑機器人機構中刀頭僅能沿弧形軌跡運動，通過計算機數控編程控制，該挖坑機器人機構的刀頭平臺能輕易實現兩自由度柔性可控高精度平動，既可使刀頭沿豎直軌跡進行挖坑作業，也能在機架位置固定時調整鉆孔位置，有效提高了挖坑效率，特別適用于小區域內的密集鉆孔作業。該種挖坑機器人機構利用連桿傳動取代挖坑機常用的液壓系統，避免了液壓系統能耗高，可靠性差等問題，能更加適用于人口密集區域的燈桿埋設、綠化工程、樁工作業等場合。

Two degree of freedom numerical control digging robot mechanism

The utility model relates to a two degree of freedom numerical control digging robot mechanism, which comprises a main arm lifting mechanism, a horizontal maintaining branch chain and a cutter head platform. The NC digging robot mechanism with motion pair are rotational two degree of freedom planar linkage pair, driven by a servo motor control system is installed on the frame, compared with single degree of freedom robot mechanism digging knife in the head only along the arc trajectory, through computer numerical control programming control, the cutter head digging robot platform can easily achieve two degree of freedom flexible and controllable high precision translation, which can make the cutter head for digging along the vertical trajectory, but also can adjust the drilling position in the position of the frame is fixed, can effectively improve the efficiency of digging, especially suitable for dense drilling area. This kind of digging robot mechanism using rod drive hydraulic system to replace the commonly used digging machine, avoid the hydraulic system of high energy consumption, poor reliability problems, can be more suitable for the densely populated areas of the post burial, greening engineering, pile work etc..

【技術實現步驟摘要】
一種兩自由度數控挖坑機器人機構
本專利技術涉及挖坑機領域，特別是一種兩自由度數控挖坑機器人機構。
技術介紹
挖坑機是近幾年才出現的一種以內燃機作為動力源，配以液壓系統來實現土坑挖掘的機械設備，一般由動力系統（拖拉機或挖掘機）、液壓系統、機械鉆挖系統三部分組成，挖坑機使人們從繁重的體力勞動解放出來，使廣泛應用于道路燈桿、綠化挖坑，山地、丘嶺、溝壑區植樹造林，施肥快速挖坑的專用機械。但是，在挖坑機取得廣泛應用的同時，也存在著諸多問題。首先，液壓閥和液壓回路是造成能量損失的主要原因，一般液壓系統的能量損失高達30%以上，現有挖坑機由于采用液壓系統進行動力傳遞，不僅能耗高，而且易產生油液泄漏污染環境，大幅增加了使用及維護成本；其次，挖坑機通常采用柴油機作為液壓傳動系統源動力，還存在著工作噪音大、尾氣排放嚴重等問題，隨著環境問題日益嚴峻，現有挖坑機越來越難適應人口密集區的市政工程；另外，隨著數控一代裝備創新工程的實施，綠色化、智能化、精確化已成為機械設備的重要發展趨勢，傳統挖坑機動力及液壓系統存在著響應速度慢、運動精度低等問題，難以滿足新一代數字裝備的性能要求。隨著以可控機構為代表的機構學前沿學科的發展，以及現代計算機技術、現代控制技術、機器人等現代技術不斷進步，為挖坑機的綠色化、智能化、精密化提供了技術基礎，單自由度數控挖坑機器人機構具有智能化程度高、能耗低、可靠性高等優勢，是一種集綠色化、智能化、精確化于一身的數字化裝備，雖然成本低，但是一方面，由于單自由度數控挖坑機器人機構的刀頭平臺只能實現單自由度柔性可控平動，從而使挖坑機器人的刀頭只能沿圓弧軌跡進行挖坑作業，無法保證較高的挖坑質量，在挖坑作業時，往往通過移動底盤或機架來實現來保證所挖坑道具有較高的垂直度，一定程度上影響了挖坑效率和挖坑質量；另一方面，不論是現有挖坑機還是單自由度挖坑機器人，一旦底盤或機架位置固定，則挖坑位置相對固定，很難實現任意調整，即難以實現在底盤不動的前提下，挖坑位置的任意改變，影響了密集坑道鉆孔作業時的挖坑效率。如何提出一種兩自由度數控挖坑機器人機構，在具有低噪音、零排放、低維護保養成本等優點，以及具有高可靠性、高機械效率、高智能化等特點的前提下，能夠實現挖坑機刀頭兩自由度柔性可控高精度運動，在機架位置不變的前提下，不僅能夠高效、高質量的完成挖坑作業，也能夠迅速實現挖坑位置的改變，使挖坑機器人機構既能較好適用于人口密集區域以城市道路燈桿埋設、綠化施工等為主的市政工程作業，又能高效率的進行密集坑道鉆孔作業，已成為挖坑機領域一個亟需解決的工程問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種兩自由度數控挖坑機器人機構，在具有低噪音、零排放、低維護保養成本等優點，以及具有高可靠性、高機械效率、高智能化等特點的前提下，能夠實現挖坑機刀頭兩自由度柔性可控高精度運動，在機架位置不變的前提下，不僅能夠高效、高質量的完成挖坑作業，也能夠迅速實現挖坑位置的改變，使挖坑機器人機構既能較好適用于人口密集區域以城市道路燈桿埋設、綠化施工等為主的市政工程作業，又能高效率的進行密集坑道鉆孔作業。本專利技術通過以下技術方案達到上述目的：一種兩自由度數控挖坑機器人機構包括主臂升降機構、小臂擺動支鏈、水平維持支鏈、刀頭平臺。所述兩自由度數控挖坑機器人機構為運動副均采用轉動副的兩自由度平面連桿機構。所述主臂升降機構包含機架、主臂、第一主動桿、第一連桿，所述主臂通過轉動副與機架連接，所述第一主動桿一端通過轉動副與機架連接，另一端通過轉動副與第一連桿一端連接，所述第一連桿另一端通過轉動副與主臂連接。所述小臂擺動支鏈包括第二主動桿、第二連桿、小臂，所述第二主動桿一端通過轉動副與機架連接，另一端通過轉動副與第二連桿一端連接，所述第二連桿另一端通過轉動副與小臂連接，所述小臂通過轉動副與主臂連接，所述刀頭平臺通過轉動副與小臂連接。與現有技術相比，其有益效果是：兩自由度數控挖坑機器人機構為運動副均采用轉動副的兩自由度平面連桿機構，相比含移動副的現有挖坑機工作裝置，一方面不僅提高了可靠性和機械效率，而且便于加工、制造及裝配，有效降低了成本；另一方面，由于轉動副具有關節累積誤差小等優點，顯著提高了主臂升降機構的運動精度，保證了該挖坑機器人機構的施工質量，另外，由于挖坑機器人機構采用兩自由度平面連桿機構，相比單自由度挖坑機器人機構具有更高的靈活度和可操作性。所述水平維持支鏈由第三連桿、搖臂、第四連桿組成，所述第三連桿一端通過轉動副與機架連接，另一端通過轉動副與搖臂連接，所述搖臂通過轉動副安裝在主臂上，所述第四連桿一端通過轉動副與搖臂連接，另一端通過轉動副與刀頭平臺連接。與現有技術相比，其有益效果是：通過在兩自由度數控挖坑機器人機構中引入水平維持支鏈，在挖坑機器人挖坑作業過程中，可以實時保證刀頭平臺與水平面平行，進而保證刀頭與地面垂直，相比現有挖坑機，該挖坑機器人機構所挖坑道具有更好的垂直度。所述第一主動桿、第二主動桿由安裝在機架上的伺服電機系統驅動。所述刀頭由安裝在刀頭平臺上的伺服驅動器驅動控制。通過對伺服電機系統以及伺服驅動器的數控編程控制，實現刀頭的兩自由度柔性可控高精度運動，進而保證該種挖坑機器人機構實現高精度、高智能化挖坑作業。與現有技術相比，其有益效果是：相比單自由度挖坑機器人機構，該種兩自由度數控挖坑機器人機構在計算機數控編程下，能夠實現挖坑機刀頭兩自由度柔性可控高精度運動，在機架位置不變的前提下，挖坑機刀頭既能夠沿豎直軌跡作垂直運動，能夠高效、高質量的完成挖坑作業，獲得較高垂直度的坑道，也能夠迅速實現挖坑位置的改變，高效率的進行小區域內密集鉆孔作業。該種兩自由度數控挖坑機器人機構不僅低噪音無尾氣排放等優勢，而且具有高效化、智能化、綠色化等特點，能更好的適用于人口密集區域的城市道路燈桿埋設、綠化工程、樁工作業等場合。與現有技術相比，該種兩自由度數控挖坑機器人機構的突出優點在于：1.該挖坑機器人機構采用伺服電機系統驅動的連桿機構傳動取代了現有挖坑機的液壓傳動，一方面避免了液壓系統的能量損失，有效提高了挖坑機器人機構的機械效率，降低了能耗；另一方面，避免了液壓系統故障率高，加工制造以及維護保養成本高等問題，使該種挖坑機器人機構具有出色的可靠性和較低的維護保養成本。2.連桿機構傳動相比液壓傳動具有響應速度快，運動精度高等優勢，使該種挖坑機器人機構相比現有挖坑機具有更佳的動態性能。3.該種挖坑機器人機構在計算機編程控制下，即可實現數字化挖坑作業，相比現有挖坑機普遍采用的機械操縱裝置，不僅智能化程度高，操縱強度低，而且有效保證了所挖坑道的規范性和一致性，大幅提升了挖坑質量和挖坑效率。4.該種挖坑機器人機構由于采用伺服電機系統驅動，不僅低噪音，而且無尾氣排放，特別適用于人口密集區域以城市道路燈桿埋設、綠化施工等為主的市政工程作業。5.與單自由度數控挖坑機器人機構相比，該種兩自由度數控挖坑機器人機構在計算機數控編程下，能夠實現挖坑機刀頭兩自由度柔性可控高精度運動，在機架位置不變的前提下，挖坑機刀頭既能夠沿豎直軌跡作垂直運動，能夠高效、高質量的完成挖坑作業，獲得較高垂直度的鉆坑，也能夠迅速實現挖坑位置的改變，高效率的進行密集坑道鉆孔作業。附圖說明圖1為本專利技術所述兩自由度數控挖坑機器人機構示意圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種兩自由度數控挖坑機器人機構包括主臂升降機構、小臂擺動支鏈、水平維持支鏈、刀頭平臺，其特征在于：所述兩自由度數控挖坑機器人機構為運動副均采用轉動副的兩自由度平面連桿機構，所述主臂升降機構包含機架、主臂、第一主動桿、第一連桿，所述主臂通過轉動副與機架連接，所述第一主動桿一端通過轉動副與機架連接，另一端通過轉動副與第一連桿一端連接，所述第一連桿另一端通過轉動副與主臂連接，所述小臂擺動支鏈包括第二主動桿、第二連桿、小臂，所述第二主動桿一端通過轉動副與機架連接，另一端通過轉動副與第二連桿一端連接，所述第二連桿另一端通過轉動副與小臂連接，所述小臂通過轉動副與主臂連接，所述刀頭平臺通過轉動副與小臂連接，所述水平維持支鏈由第三連桿、搖臂、第四連桿組成，所述第三連桿一端通過轉動副與機架連接，另一端通過轉動副與搖臂連接，所述搖臂通過轉動副安裝在主臂上，所述第四連桿一端通過轉動副與搖臂連接，另一端通過轉動副與刀頭平臺連接。

【技術特征摘要】
1.一種兩自由度數控挖坑機器人機構包括主臂升降機構、小臂擺動支鏈、水平維持支鏈、刀頭平臺，其特征在于：所述兩自由度數控挖坑機器人機構為運動副均采用轉動副的兩自由度平面連桿機構，所述主臂升降機構包含機架、主臂、第一主動桿、第一連桿，所述主臂通過轉動副與機架連接，所述第一主動桿一端通過轉動副與機架連接，另一端通過轉動副與第一連桿一端連接，所述第一連桿另一端通過轉動副與主臂連接，所述小臂擺動支鏈包括第二主動桿、第二連桿、小臂，所述第二主動桿一端通過轉動副與機架連接，另一端通過轉動副與第二連桿一端連...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張林，王雷，高彪，張傳偉，
申請(專利權)人：山東交通學院，
類型：發明
國別省市：山東,37