[实用新型]一种两自由度数控挖坑机器人机构

说明书

技术领域

本实用新型涉及挖坑机领域，特别是一种两自由度数控挖坑机器人机构。

背景技术

挖坑机是近几年才出现的一种以内燃机作为动力源，配以液压系统来实现土坑挖掘的机械设备，一般由动力系统（拖拉机或挖掘机）、液压系统、机械钻挖系统三部分组成，挖坑机使人们从繁重的体力劳动解放出来，使广泛应用于道路灯杆、绿化挖坑，山地、丘岭、沟壑区植树造林，施肥快速挖坑的专用机械。

但是，在挖坑机取得广泛应用的同时，也存在着诸多问题。首先，液压阀和液压回路是造成能量损失的主要原因，一般液压系统的能量损失高达30%以上，现有挖坑机由于采用液压系统进行动力传递，不仅能耗高，而且易产生油液泄漏污染环境，大幅增加了使用及维护成本；其次，挖坑机通常采用柴油机作为液压传动系统源动力，还存在着工作噪音大、尾气排放严重等问题，随着环境问题日益严峻，现有挖坑机越来越难适应人口密集区的市政工程；另外，随着数控一代装备创新工程的实施，绿色化、智能化、精确化已成为机械设备的重要发展趋势，传统挖坑机动力及液压系统存在着响应速度慢、运动精度低等问题，难以满足新一代数字装备的性能要求。

随着以可控机构为代表的机构学前沿学科的发展，以及现代计算机技术、现代控制技术、机器人等现代技术不断进步，为挖坑机的绿色化、智能化、精密化提供了技术基础，单自由度数控挖坑机器人机构具有智能化程度高、能耗低、可靠性高等优势，是一种集绿色化、智能化、精确化于一身的数字化装备，虽然成本低，但是一方面，由于单自由度数控挖坑机器人机构的刀头平台只能实现单自由度柔性可控平动，从而使挖坑机器人的刀头只能沿圆弧轨迹进行挖坑作业，无法保证较高的挖坑质量，在挖坑作业时，往往通过移动底盘或机架来实现来保证所挖坑道具有较高的垂直度，一定程度上影响了挖坑效率和挖坑质量；另一方面，不论是现有挖坑机还是单自由度挖坑机器人，一旦底盘或机架位置固定，则挖坑位置相对固定，很难实现任意调整，即难以实现在底盘不动的前提下，挖坑位置的任意改变，影响了密集坑道钻孔作业时的挖坑效率。如何提出一种两自由度数控挖坑机器人机构，在具有低噪音、零排放、低维护保养成本等优点，以及具有高可靠性、高机械效率、高智能化等特点的前提下，能够实现挖坑机刀头两自由度柔性可控高精度运动，在机架位置不变的前提下，不仅能够高效、高质量的完成挖坑作业，也能够迅速实现挖坑位置的改变，使挖坑机器人机构既能较好适用于人口密集区域以城市道路灯杆埋设、绿化施工等为主的市政工程作业，又能高效率的进行密集坑道钻孔作业，已成为挖坑机领域一个亟需解决的工程问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种两自由度数控挖坑机器人机构，在具有低噪音、零排放、低维护保养成本等优点，以及具有高可靠性、高机械效率、高智能化等特点的前提下，能够实现挖坑机刀头两自由度柔性可控高精度运动，在机架位置不变的前提下，不仅能够高效、高质量的完成挖坑作业，也能够迅速实现挖坑位置的改变，使挖坑机器人机构既能较好适用于人口密集区域以城市道路灯杆埋设、绿化施工等为主的市政工程作业，又能高效率的进行密集坑道钻孔作业。

本实用新型通过以下技术方案达到上述目的：

一种两自由度数控挖坑机器人机构包括主臂升降机构、小臂摆动支链、水平维持支链、刀头平台。

所述两自由度数控挖坑机器人机构为运动副均采用转动副的两自由度平面连杆机构。

所述主臂升降机构包含机架、主臂、第一主动杆、第一连杆，所述主臂通过转动副与机架连接，所述第一主动杆一端通过转动副与机架连接，另一端通过转动副与第一连杆一端连接，所述第一连杆另一端通过转动副与主臂连接。

所述小臂摆动支链包括第二主动杆、第二连杆、小臂，所述第二主动杆一端通过转动副与机架连接，另一端通过转动副与第二连杆一端连接，所述第二连杆另一端通过转动副与小臂连接，所述小臂通过转动副与主臂连接，所述刀头平台通过转动副与小臂连接。

与现有技术相比，其有益效果是：两自由度数控挖坑机器人机构为运动副均采用转动副的两自由度平面连杆机构，相比含移动副的现有挖坑机工作装置，一方面不仅提高了可靠性和机械效率，而且便于加工、制造及装配，有效降低了成本；另一方面，由于转动副具有关节累积误差小等优点，显著提高了主臂升降机构的运动精度，保证了该挖坑机器人机构的施工质量，另外，由于挖坑机器人机构采用两自由度平面连杆机构，相比单自由度挖坑机器人机构具有更高的灵活度和可操作性。