本發明涉及樹木整枝伐樹機領域，特別是一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機。

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。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樹木整枝伐樹機。

變胞機構具有多功能階段變化、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。將變胞機構應用于樹木整枝伐樹機的設計，將產生一類新型的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機，使樹木整枝伐樹機發揮其更大功能。

目前，尚未見到一種能夠全方位調節，并兼具穩定輸出和柔性化、運動空間大、工作精度高、制造成本低、維護保養簡單特點，又能完成樹木整枝、修剪、伐樹和木材分段截取功能的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機的創新發明設計。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機，它能夠全方位調節，并兼具穩定輸出和柔性化、運動空間大、工作精度高、制造成本低維護保養簡單特點，又能完成樹木整枝、修剪、伐樹和木材分段截取功能。

本發明的技術方案是：一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機，包括傾斜調節液壓缸、履帶式行走系統、底盤、機架、整枝伐樹截木鋸組件、驅動連桿、傳動連桿、輸出連桿、鉸鏈、液壓缸和虎克鉸，其特征在于，具體結構和連接關系為：

所述傾斜調節液壓缸包括第一傾斜調節液壓缸和第二傾斜調節液壓缸，所述第一傾斜調節液壓缸一端通過第十三鉸鏈與底盤連接，另一端通過第十四鉸鏈與機架連接，所述第二傾斜調節液壓缸一端通過第十五鉸鏈與底盤連接，另一端通過第十六鉸鏈與機架連接，通過兩個傾斜調節液壓缸的相互作用，即第一傾斜調節液壓缸伸展，第二傾斜調節液壓缸壓縮，或者相反，達到整機傾斜狀態，實現樹木整枝伐樹機的三維空間內的全方位調節；

所述履帶式行走系統通過轉動副與底盤連接；

所述底盤一端通過第十一鉸鏈與機架連接，另一端通過第十二鉸鏈與機架連接；

所述整枝伐樹截木鋸組件包括刀鋸機構、下夾抱機構、滾輪、上夾抱機構和打枝刀；所述刀鋸機構包括刀鋸、滑塊、導桿、第三連桿、第四連桿、曲柄、第一小型電機、電機支座、絲桿和第二小型電機，所述刀鋸和滑塊固性連接，滑塊和導桿通過圓柱副連接，所述第三連桿一端通過轉動副和滑塊連接，另一端通過轉動副和第四連桿連接，所述曲柄一端通過轉動副和第四連桿連接，另一端通過轉動副和第一小型電機連接，所述電機支座和第一小型電機固性連接，電機支座通過螺旋副和絲桿連接，所述第二小型電機通過轉動副和絲桿連接；所述下夾抱機構包括螺桿、固定支座、第一連桿、活動支座、螺母和第二連桿，所述固定支座固定于整枝伐樹截木鋸組件上，固定支座和活動支座通過螺桿連接，螺桿的一端連接螺母，所述第一連桿一端通過轉動副和固定支座連接，另一端通過轉動副和第二連桿連接，所述第二連桿一端通過轉動副和第一連桿連接，中部通過轉動副和活動支座連接；所述滾輪末端與原動機輸出軸連接，原動機與整枝伐樹截木鋸組件固定連接，原動機設置于整枝伐樹截木鋸組件內部，整枝伐樹截木鋸組件有兩個滾輪，沿豎直中心線對稱分布與整枝伐樹截木鋸組件兩側；所述上夾抱機構和下夾抱機構結構相同，其零部件和零部件之間的連接關系均相同；所述打枝刀設置于整枝伐樹截木鋸組件上部，與整枝伐樹截木鋸組件固定連接；

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鉸鏈與機架連接，另一端通過第七鉸鏈與前連桿連接，所述中搖桿一端通過第六鉸鏈與機架連接，另一端通過第三鉸鏈與中連桿連接，所述后搖桿一端通過第五鉸鏈與機架連接，另一端通過第四鉸鏈與曲桿連接；

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七鉸鏈與前搖桿連接，另一端通過第二鉸鏈與曲桿連接，所述中連桿一端通過第三鉸鏈與中搖桿連接，另一端通過第一鉸鏈與輸出連桿連接，所述曲桿一端通過第四鉸鏈與后搖桿連接，中部通過第二鉸鏈與前連桿連接，另一端通過第八鉸鏈與輸出連桿連接；

所述輸出連桿一端通過第一鉸鏈與中連桿連接，中部通過第八鉸鏈與曲桿連接，另一端通過第十鉸鏈與虎克鉸連接，輸出連桿通過第一球副機構與液壓缸連接；

所述鉸鏈包括第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、第四鉸鏈、第五鉸鏈、第六鉸鏈、第七鉸鏈、第八鉸鏈、第九鉸鏈、第十鉸鏈、第十一鉸鏈、第十二鉸鏈、第十三鉸鏈、第十四鉸鏈、第十五鉸鏈和第十六鉸鏈。

所述整枝伐樹截木鋸組件通過轉動副與虎克鉸連接，整枝伐樹截木鋸組件通過第二球副機構與液壓缸連接。

所述刀鋸機構在整枝伐樹截木鋸組件的最下方，往上依次是下夾抱機構、滾輪、上夾抱機構和打枝刀。

所述驅動連桿全部運動時，實現八連桿兩自由度運動；驅動連桿為前搖桿運動時，所述中搖桿一端與后搖桿一端連接，實現四連桿單自由度運動；驅動連桿全部制動時，所述中搖桿一端與后搖桿一端連接，前搖桿兩端均與機架連接，實現零自由度運動。

本發明的突出優點在于：

1.可靈活變胞，改變其運動空間，通過運動空間的疊加，實現在大運動空間內的作業，并可通過兩傾斜調節液壓缸的相互作用，實現三維空間內全方位傾斜作業，且驅動運動副在機架上，動態穩定性能好，工作效率高。

2.在工作過程中，可實現在面對樹木整枝和伐樹任務下的三種構態變換，柔性化程度高，可完成復雜樹木整枝伐樹動作；另外，機構由全桿件組成，制造成本低，工作壽命長，機構維護保養簡單。

3.可實現在環境惡劣、地勢崎嶇的森林里進行樹木整枝、修剪、伐樹和木材分段截取作業動作。

附圖說明

圖1為本發明所述的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機的第一結構示意圖。

圖2為本發明所述的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機的第二結構示意圖。

圖3為本發明所述的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機的零自由度時第一結構狀態圖。

圖4為本發明所述的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機的零自由度時第二結構狀態圖。

圖5為本發明所述的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機的單自由度時第一結構狀態圖。

圖6為本發明所述的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機的單自由度時第二結構狀態圖。

圖7為本發明所述的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機的兩自由度時第一結構狀態圖。

圖8為本發明所述的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機的兩自由度時第二結構狀態圖。

圖9為本發明所述的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機的整機傾斜兩自由度時高處樹木整枝第一結構狀態圖。

圖10為本發明所述的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機的整機傾斜兩自由度時高處樹木整枝第二結構狀態圖。

圖11為本發明所述的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機的整枝伐樹截木鋸組件的第一結構示意圖。

圖12為本發明所述的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機的整枝伐樹截木鋸組件的第二結構示意圖。

圖13為本發明所述的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機的下夾抱機構的結構示意圖。

圖14為本發明所述的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機的刀鋸機構的結構示意圖。

圖中標記為：1、第一鉸鏈；2、中連桿；3、第二鉸鏈；4、曲桿；5、第三鉸鏈；6、第四鉸鏈；7、中搖桿；8、后搖桿；9、第五鉸鏈；10、第六鉸鏈；11、機架；12、履帶式行走系統；13、輸出連桿；14、前連桿；15、第七鉸鏈；16、前搖桿；17、第八鉸鏈；18、第九鉸鏈；19、第一球副機構；20、液壓缸；21、整枝伐樹截木鋸組件；22、虎克鉸；23、第二球副機構；24、下夾抱機構；241、螺桿；242、固定支座；243、第一連桿；244、活動支座；245、螺母；246、第二連桿；25、刀鋸機構；251、滑塊；252、導桿；253、第三連桿；254、第四連桿；255、曲柄；256、第一小型電機；257、電機支座；258、絲桿；259、第二小型電機；2510、刀鋸；26、滾輪；27、上夾抱機構；28、打枝刀；29、第十鉸鏈；30、第十一鉸鏈；31、第十二鉸鏈；32、第十三鉸鏈；33、第一傾斜調節液壓缸；34、第十四鉸鏈；35、第十五鉸鏈；36、第二傾斜調節液壓缸；37、第十六鉸鏈；38、底盤。

具體實施方式

下面結合附圖所示實施方式對本發明的技術方案作進一步描述。

如圖1、圖2、圖3、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13和圖14所示，本發明所述的一種可傾式三構態變胞樹木整枝伐樹機的刀鋸機構，包括傾斜調節液壓缸、履帶式行走系統12、底盤38、機架11、整枝伐樹截木鋸組件21、驅動連桿、傳動連桿、輸出連桿13、鉸鏈、液壓缸20和虎克鉸22，具體結構和連接關系為：

所述傾斜調節液壓缸包括第一傾斜調節液壓缸33和第二傾斜調節液壓缸36，所述第一傾斜調節液壓缸33一端通過第十三鉸鏈32與底盤38連接，另一端通過第十四鉸鏈34與機架11連接，所述第二傾斜調節液壓缸36一端通過第十五鉸鏈35與底盤38連接，另一端通過第十六鉸鏈37與機架11連接，通過兩個傾斜調節液壓缸的相互作用，即第一傾斜調節液壓缸33伸展，第二傾斜調節液壓缸36壓縮，或者相反，達到整機傾斜狀態，實現樹木整枝伐樹機的三維空間內的全方位調節；

所述履帶式行走系統12通過轉動副與底盤38連接；

所述底盤38一端通過第十一鉸鏈30與機架11連接，另一端通過第十二鉸鏈31與機架11連接；

所述整枝伐樹截木鋸組件21包括刀鋸機構25、下夾抱機構24、滾輪26、上夾抱機構27和打枝刀28；所述刀鋸機構25包括刀鋸2510、滑塊251、導桿252、第三連桿253、第四連桿254、曲柄255、第一小型電機256、電機支座257、絲桿258和第二小型電機259，所述刀鋸25和滑塊251固性連接，滑塊251和導桿252通過圓柱副連接，所述第三連桿253一端通過轉動副和滑塊251連接，另一端通過轉動副和第四連桿254連接，所述曲柄255一端通過轉動副和第四連桿254連接，另一端通過轉動副和第一小型電機256連接，所述電機支座257和第一小型電機256固性連接，電機支座257通過螺旋副和絲桿258連接，所述第二小型電機259通過轉動副和絲桿258連接；所述下夾抱機構24包括螺桿241、固定支座242、第一連桿243、活動支座244、螺母245和第二連桿246，所述固定支座242固定于整枝伐樹截木鋸組件21上，固定支座242和活動支座244通過螺桿241連接，螺桿241的一端連接螺母245，所述第一連桿243一端通過轉動副和固定支座242連接，另一端通過轉動副和第二連桿246連接，所述第二連桿246一端通過轉動副和第一連桿243連接，中部通過轉動副和活動支座244連接；所述滾輪26末端與原動機輸出軸連接，原動機與整枝伐樹截木鋸組件21固定連接，原動機設置于整枝伐樹截木鋸組件21內部，整枝伐樹截木鋸組件21有兩個滾輪26，沿豎直中心線對稱分布與整枝伐樹截木鋸組件21兩側；所述上夾抱機構27和下夾抱機構25結構相同，其零部件和零部件之間的連接關系均相同；所述打枝刀28設置于整枝伐樹截木鋸組件21上部，與整枝伐樹截木鋸組件21固定連接；

所述驅動連桿包括前搖桿16、中搖桿7和后搖桿8，所述前搖桿16一端通過第九鉸鏈18與機架11連接，另一端通過第七鉸鏈15與前連桿14連接，所述中搖桿7一端通過第六鉸鏈10與機架11連接，另一端通過第三鉸鏈5與中連桿2連接，所述后搖桿8一端通過第五鉸鏈9與機架11連接，另一端通過第四鉸鏈6與曲桿4連接；

所述傳動連桿包括前連桿14、中連桿2和曲桿4，所述前連桿14一端通過第七鉸鏈15與前搖桿16連接，另一端通過第二鉸鏈3與曲桿4連接，所述中連桿2一端通過第三鉸鏈5與中搖桿7連接，另一端通過第一鉸鏈1與輸出連桿13連接，所述曲桿4一端通過第四鉸鏈6與后搖桿8連接，中部通過第二鉸鏈3與前連桿14連接，另一端通過第八鉸鏈17與輸出連桿13連接；

所述輸出連桿13一端通過第一鉸鏈1與中連桿2連接，中部通過第八鉸鏈17與曲桿4連接，另一端通過第十鉸鏈29與虎克鉸22連接，輸出連桿13通過第一球副機構19與液壓缸20連接；

所述鉸鏈包括第一鉸鏈1、第二鉸鏈3、第三鉸鏈5、第四鉸鏈6、第五鉸鏈9、第六鉸鏈10、第七鉸鏈15、第八鉸鏈17、第九鉸鏈18、第十鉸鏈29、第十一鉸鏈30、第十二鉸鏈31、第十三鉸鏈32、第十四鉸鏈34、第十五鉸鏈35和第十六鉸鏈37。

所述整枝伐樹截木鋸組件21通過轉動副與虎克鉸22連接，整枝伐樹截木鋸組件21通過第二球副機構23與液壓缸20連接。

所述刀鋸機構25在整枝伐樹截木鋸組件21的最下方，往上依次是下夾抱機構24、滾輪26、上夾抱機構27和打枝刀28。

工作原理及過程：

如圖1和圖2所示，前搖桿16繞著第九鉸鏈18轉動，由于前搖桿16和前連桿14通過第七鉸鏈15連接，進而帶動前連桿14轉動，中搖桿7繞著第六鉸鏈10轉動，由于中搖桿7和中連桿2通過第三鉸鏈5連接，進而帶動中連桿2轉動，后搖桿8繞著第五鉸鏈9轉動，由于后搖桿8和曲桿4通過第四鉸鏈6連接，前連桿14和曲桿4通過第二鉸鏈3連接，進而使曲桿4作平面運動，中連桿2與輸出連桿13通過第一鉸鏈1連接，曲桿4與輸出連桿13通過第八鉸鏈17連接，進而使輸出連桿13作兩自由度運動。

如圖5和圖6所示，第三鉸鏈5和第四鉸鏈6處于重疊位置時，中搖桿7和后搖桿8停止轉動，前搖桿16繞著第九鉸鏈18轉動，由于前搖桿16和前連桿14通過第七鉸鏈15連接，進而帶動前連桿14轉動，前連桿14和曲桿4通過第二鉸鏈3連接，進而帶動曲桿4轉動，而此時曲桿4、中連桿2和輸出連桿13可看做一根桿，即認為輸出連桿13作單自由度運動。

如圖3和4所示，第三鉸鏈5和第四鉸鏈6處于重疊位置時，中搖桿7和后搖桿8停止轉動，前搖桿16回轉至與機架11連接，前搖桿16停止轉動，即實現輸出連桿13零自由度運動。

如圖13所示，由于驅動螺桿241轉動，由于螺桿241和固定支座242和活動支座244通過螺旋副連接，進而帶動活動支座244的平動，由于固定支座242和第一連桿243通過轉動副連接，第二連桿246一端通過轉動副和第一連桿243連接，中部通過轉動副和活動支座244連接，進而帶動第二連桿246的轉動。

如圖14所示，第二小型電機259驅動絲桿258轉動，由于絲桿258和電機支座257通過螺旋副連接，進而帶動電機支座257的平動，第一小型電機256驅動曲柄255轉動，由于曲柄255和第四連桿254通過轉動副連接，第三連桿253一端通過轉動副和第四連桿254連接，一端通過轉動副和滑塊251連接，滑塊251和導桿252通過圓柱副連接，進而帶動滑塊251在導桿252上的移動，由于滑塊251和刀鋸2510固性連接，進而帶動刀鋸2510的移動。

如圖3、圖4、圖11和圖12所示，通過驅動液壓缸20，使液壓缸20伸長，進而帶動虎克鉸22和整枝伐樹截木鋸組件21之間的轉動副轉動，實現整枝伐樹截木鋸組件2l的整體轉動。

如圖9和圖10所示，第二傾斜調節液壓缸36處于伸展狀態，第一傾斜調節液壓缸33處于壓縮狀態，機架11和底盤38通過第十一鉸鏈30和第十二鉸鏈31連接，產生相對轉動，整機處于傾斜狀態，完成三維空間內的樹木整枝、修剪等工作。

如圖2、圖4、圖6和圖8所示，整枝伐樹截木鋸組件21處于豎直狀態時，樹木整枝伐樹機在較低位置進行作業，可實現整棵樹木伐鋸功能。

如圖1、圖3、圖5、圖7、圖9和圖10所示，整枝伐樹截木鋸組件21處于水平狀態，樹木整枝伐樹機在較低位置進行作業，可實現木材分段截取功能；在較高位置工作時，可實現樹木的整枝修整功能。