一种采用伺服电机驱动可变自由度多连杆机构进行工业废料
抓装作业方法技术领域
本发明涉及机械领域，特别是一种采用伺服电机驱动可变自由度多连杆机构进行
工业废料抓装作业方法。
背景技术
由于劳动力市场的人员紧缺，人力成本逐年攀升以及企业对劳动保护意识的增
强，促进了工业废料抓装机在工业废料抓取装载作业中的广泛应用。工业废料抓装机有机
械式和液压式两种类型，目前工业废料抓装机的机械臂大多数是液压驱动，由于液压传动
采用液压油作为传递动力的介质，存在以下问题：其起动性较差，容易因为内部元件磨损后
产生泄漏，而且泄漏的液压油会污染环境，液压油受温度影响较大，总效率较低，有时有噪
音和振动。有时会出现过热，工作无力等现象；液压元件加工精度要求高，装配要求严格，制
造较为困难，使用中维修保养要求技术较高，难度较大。随着工业废料抓装机功能的增加，
其液压系统越来越复杂，出现故障更采用突然性、隐蔽性。机械式工业废料抓装机是利用机
械传动件实现工业废料抓装动作，采用坚固耐用等优点，但是传统的单自由度机械式工业
废料抓装机不能完成复杂的动作，应用范围十分有限，机械式可控机构电动工业废料抓装
机，用连杆机构取代了液压传动，当主动杆由伺服电机驱动时，容易实现自动化、数控化控
制，解决了液压系统存在的一些不足，但存在需要配备与连杆机构自由度同等数量的控制
电机来进行控制结构复杂带来的机构重量、运动惯量大和成本高的问题。
变自由度机构通过组合出新的拓扑结构来适应不同阶段的功能要求。目前能应用
于 实际的变自由度机构还很少，未见到过应用于工业废料抓装机的变自由度机构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用伺服电机驱动可变自由度多连杆机构进行工业
废料抓装作业方法，克服液压式工业废料抓装机液压系统元件精度要求高、结构复杂、易漏
油等缺点，克服开链结构的驱动电机都需要安装在关节位置的缺点，并使得可控驱动电机
的数量小于工业废料抓装机连杆机构的自由度，克服现有机械式电动工业废料抓装机构需
要配备与连杆机构自由度同等数量的控制电机来进行控制的缺点，简化结构的复杂程度，
降低机构的重量、运动惯量、体积和成本。为实现上述目的，本发明提供了一种采用伺服电
机驱动可变自由度多连杆机构进行工业废料抓装作业方法，其特征在与所述伺服电机驱动
可变自由度多连杆机构由底座1、主动杆13、第一连杆15、第一连接件5、第四连杆4、大臂2、
手腕连杆6、第二连杆22、第三连杆26、伺服驱动装置、第一锁紧装置23以及第二锁紧装置24
组成；所述大臂2通过第一转动副10连接在底座上，大臂2另一端通过第三转动副8与手腕连
杆6相连接；所述主动杆13通过第五转动副12与底座1连接，另一端通过第六转动副14与第
一连杆15连接，第一连杆15通过第七转动副16与第一连接件5连接；所述第一连接件5通过
第八转动副17与第二连杆22连接，第二连杆22另一端通过第九转动副7与手腕连杆6连接；
所述第四连杆4通过第十三转动副20与底座1相连接，一端通过第十转动副18与第一连接件
5相连接，中部通过第十一转动副19与第三连杆26相连接，第三连杆26另一端通过转动副25
与大臂2相连接；所述第一锁紧装置23和第二锁紧装置24分别安装在第七转动副16和第十
一转动副19上，根据不同工况适时锁紧；伺服驱动装置包括第一伺服电机，与主动杆13连接
以驱动其转动；第一锁紧装置23和第二锁紧装置24采用电磁方式进行锁紧。
工业废料抓取装载作业前，将底座1与轮胎式或履带式行走机构连接起来，将手腕
连杆6与抓装机的手腕27、手爪28连接起来；抓装作业进行时，通过电机驱动主动杆13进行
旋转运动，使连杆机构完成抓装作业。
本发明采用可控多杆闭链机构，克服了开链结构的驱动电机都需要安装在关节位
置的缺点，提高了手臂运行的平稳性和可靠性，无累积误差，精度较高；结构紧凑，刚度高，
承载能力大、惯量低、动态性能好、手臂运动轨迹灵活多样化。在连杆机构上加装锁紧装置，
并让其根据机构的不同工况锁紧和放松特定的转动副，适时降低了机构的自由度，实现了
在完成预期要求的情况下，使用的可控驱动电机的数量小于工业废料抓装机连杆机构的自
由度，利用一个主动杆即可实现二自由度工业废料抓装作业，克服现有工业废料抓装机需
要配备与连杆机构自由度同等数量的控制电机来进行控制的缺点,简化结构的复杂程度，
降低机构的重量、运动惯量、体积和成本，增加了机构的可控性和稳定性，提高了工作效率。
同时也克服了液压式工业废料抓装机液压系统元件精度要求高、结构复杂、易漏油、可靠性
差、传动效率低等缺点。
附图说明
图1为本发明所述的一种采用伺服电机驱动可变自由度多连杆机构进行工业废料
抓装作业方法的工作示意图。
具体实施方式
一种采用伺服电机驱动可变自由度多连杆机构进行工业废料抓装作业方法，其特
征在与所述伺服电机驱动可变自由度多连杆机构由底座1、主动杆13、第一连杆15、第一连
接件5、第四连杆4、大臂2、手腕连杆6、第二连杆22、第三连杆26、伺服驱动装置、第一锁紧装
置23以及第二锁紧装置24组成； 所述底座1安装在可移动回转平台上；所述大臂2通过第一
转动副10连接在底座上，大臂2另一端通过第三转动副8与手腕连杆6相连接；所述主动杆13
通过第五转动副12与底座1连接，另一端通过第六转动副14与第一连杆15连接，第一连杆15
通过第七转动副16与第一连接件5连接；所述第一连接件5通过第八转动副17与第二连杆22
连接，第二连杆22另一端通过第九转动副7与手腕连杆6连接；所述第四连杆4通过第十三转
动副20与底座1相连接，一端通过第十转动副18与第一连接件5相连接，中部通过第十一转
动副19与第三连杆26相连接，第三连杆26另一端通过转动副25与大臂2相连接；所述第一锁
紧装置23和第二锁紧装置24分别安装在第七转动副16和第十一转动副19上，根据不同工况
适时锁紧；伺服驱动装置包括第一伺服电机，与主动杆13连接以驱动其转动；第一锁紧装置
23和第二锁紧装置24采用电磁方式进行锁紧。
工业废料抓取装载作业前，将底座1与轮胎式或履带式行走机构连接起来，将手腕
连杆6与抓装机的手腕27、手爪28连接起来；抓装作业进行时，通过电机驱动主动杆13进行
旋转运动，使连杆机构完成抓装作业。
在各个工况工作中，升降工况时，第一锁紧装置23和第二锁紧装置24锁紧，第七转
动副16与第十一转动副19失去自由度，此时主动杆13通过第一连杆15、第三连杆26、第一连
接件5,、第四连杆4、大臂2、第二连杆22的共同作用将手腕连杆6升降。手腕连杆6单独俯仰
工况时，第一锁紧装置23打开，第七转动副16恢复自由度，第二锁紧装置24锁紧，第十一转
动副19失去自由度，此时主动杆13通过第一连杆15、第一连接件5以及第二连杆22的作用下
使手腕连杆6俯仰。第一锁紧装置7和第二锁紧装置29根据不同的作业工况，分别选择紧锁
或打开，共同完成大臂2升降、手腕连杆6与手腕27的俯仰等运动，实现手爪28的工业废料抓
装作业，第一锁紧装置23和第二锁紧装置24可采用电磁方式进行锁紧，控制容易实现。