机电液一体化三自由度集成关节制造技术

本发明专利技术公开了一种机电液一体化三自由度集成关节，关节包括外壳体、内壳体、关节输出组件、驱动总成和自动控制系统，驱动总成包括用于驱动关节输出组件做直线或/和旋转运动的驱动组件Ⅰ和用于驱动关节输出组件做俯仰运动的驱动组件Ⅱ；关节输出件可以做旋转、移动、俯仰三种运动，并且每一种运动都有液压驱动、电机驱动两种驱动方式，设置电机驱动或液压驱动分别驱动一种运动，并结合自动控制系统的电气控制，可以根据不同的工作环境选择合适的驱动方式，集大负载、高精度和大功率等性能于一身，同时机电液一体化三自由度集成关节结构紧凑，具有三个自由度，可以增加机械手的避障、克服奇异性等能力。

【技术实现步骤摘要】
机电液一体化三自由度集成关节
本专利技术涉及机械手领域，特别涉及一种机电液一体化三自由度集成关节。
技术介绍
集成关节是机械手技术发展的一个新趋势，是设计和建立机械手作业系统的一种现代化方法。随着对机械手的重载和精密性能要求越来越高，机械手的种类和复杂性日益增加，对集成关节的研究提高了机械手结构的通用性、可重用性、可靠性，有利于机械手作业系统设计的模块化、标准化，具有较高的使用价值也应用前景。 现有机械手关节的驱动方式和运动方式比较单一，液压驱动的关节具有大负载的能力，却不能保证高精度，电机驱动的关节具有很高的精度，但又失去了大负载的能力，因此不同的场合需要设计不同的机械手，降低了机械手的通用性，增大了设计工作量，同时机械手一个关节一般只有一个自由度，如果需要增加自由度，则需要增加手臂来实现，这不紧增大了能耗，也降低了精度，达不到理想的要求。 因此需要设计一种集成关节，可以根据不同的工作环境选择合适的驱动方式，集大负载、高精度性能于一身，同时结构紧凑，具有多个自由度，可以增加机械手的避障、克服奇异性等能力。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种机电液一体化三自由度集成关节，可以根据不同的工作环境选择合适的驱动方式，集大负载、高精度性能于一身，同时结构紧凑，具有多个自由度，可以增加机械手的避障、克服奇异性等能力。 本专利技术的机电液一体化三自由度集成关节，关节包括外壳体、内壳体、关节输出组件、驱动总成和自动控制系统，驱动总成包括用于驱动关节输出组件做直线或/和旋转运动的驱动组件I和用于驱动关节输出组件做俯仰运动的驱动组件II ； 驱动组件I包括内螺纹套、用于对内螺纹套旋转限位的螺纹套卡紧装置和与关节输出组件连接配合的驱动输出轴，以及可分别驱动驱动输出轴的液压驱动部分和电动驱动部分，液压驱动部分和所述螺纹套卡紧装置均固定设置在外壳体内，内螺纹套设置在外壳体内，电动驱动部分设置在内壳体内，驱动输出轴依次穿出内壳体和外壳体，驱动输出轴与内壳体固定连接并以可绕自身轴线转动的方式与外壳体配合； 液压驱动部分为回转液压缸，回转液压缸的动片轴轴端设有与内螺纹套一端螺纹配合的螺纹段I，电动驱动部分包括旋转电机和齿轮传动副I，齿轮传动副I的从动齿轮与所述驱动输出轴配合传动，驱动输出轴内端设有与内螺纹套螺纹配合的螺纹段II ;驱动组件I还包括用于将回转液压缸的动片轴与内螺纹套固定防止两者相对运动的螺纹副卡紧装置I和用于将驱动输出轴与内螺纹套固定防止两者相对运动的螺纹副卡紧装置II ； 驱动组件II包括驱动连杆和可分别驱动驱动连杆的直线液压缸、直线电机，直线液压缸和所述直线电机固接于内壳体内部，直线液压缸的活塞杆与直线电机的动片固定配合连接，驱动连杆内端部与直线液压缸的活塞杆活动配合连接，外端部与关节输出组件活动配合连接； 回转液压缸、旋转电机、直线液压缸、直线电机、螺纹套卡紧装置、螺纹副卡紧装置I和螺纹副卡紧装置II均通过自动控制系统控制工作。 进一步，螺纹副卡紧装置I和螺纹副卡紧装置II结构相同，均包括伸缩液压缸I和卡紧组件，卡紧组件包括两驱动杆和两卡爪，每一卡爪均包括连杆部和卡爪部，每一卡爪部与对应驱动杆铰接，每一驱动杆上端均与一固定设置在伸缩液压缸I活塞杆上的安装块铰接，伸缩液压缸I的缸体固定设置在内螺纹套的轴向端侧，每一卡爪的连杆部与卡爪部的连接处与固定设置在内螺纹套轴向端侧的铰接座铰接。 进一步，螺纹套卡紧装置为伸缩液压缸II，伸缩液压缸II的缸体固定设置在外壳体内侧，内螺纹套外侧设置有用于伸缩液压缸II的活塞杆插入对内螺纹套旋转限位并可沿轴向相对滑动的轴向滑槽。 进一步，关节输出组件包括关节销轴和与关节销轴固定连接的手爪座安装座，关节销轴穿过驱动输出轴端部设置并与驱动输出轴活动配合连接，关节销轴上固定安装有用于与驱动连杆连接的耳座。 进一步，驱动连杆包括相互铰接的第一连杆和第二连杆，第一连杆与直线液压缸的活塞杆端部铰接，第二连杆通过连杆连接销轴与耳座活动配合连接。 进一步，自动控制系统包括: 位置传感器，设置于关节输出组件，用于检测关节输出组件的位置； 角度传感器，设置于关节输出组件，用于检测关节输出组件的俯仰和旋转角度； 力矩传感器，设置于关节输出组件，用于检测腕关节所需要输出的力矩； 中央控制器，接收并综合处理各传感器反馈的信息，并向各电机和各液压缸的控制系统发出命令信号实施联动控制。 进一步，外壳体为中空式长方体结构，外壳体关于回转液压缸的动片轴对称，夕卜壳体左端面设置有可将关节集成到需要固接的机械结构上的螺纹孔I。 进一步，内壳体为中空式长方体结构，内壳体关于驱动输出轴对称，内壳体内固接的直线液压缸与直线电机位于同一直线，直线位于驱动连杆所在平面，平面垂直于关节输出组件上的关节销轴。 进一步，直线液压缸的缸体内设置有外套于活塞杆的弹簧。 本专利技术的有益效果:本专利技术的机电液一体化三自由度集成关节，关节输出件可以做旋转、移动、俯仰三种运动，并且每一种运动都有液压驱动、电机驱动两种驱动方式，设置电机驱动或液压驱动分别驱动一种运动，并结合自动控制系统的电气控制，可以根据不同的工作环境选择合适的驱动方式，集大负载、高精度和大功率等性能于一身，同时机电液一体化三自由度集成关节结构紧凑，具有三个自由度，可以增加机械手的避障、克服奇异性等能力；同时，随着对机械手的重载和精密性能要求越来越高，机械手的种类和复杂性日益增加，本专利技术机电液一体化三自由度集成关节提高了机械手结构的通用性、可重用性、可靠性，能满足各种不同工作环境的工作需要，特别适合于机械手腕关节、肩关节等多自由度关节，在用于不同作业系统的设计过程中，只需要将其集成到需要驱动的机械结构上即可，有利于各种作业系统设计的模块化和标准化，具有较高的使用价值和应用前景。 【附图说明】 下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。 图1为本专利技术的机电液一体化三自由度集成关节整体结构示意图； 图2为本专利技术的机电液一体化三自由度集成关节的螺纹副卡紧装置结构示意图； 图3为图2侧视图； 图4为本专利技术的机电液一体化三自由度集成关节的驱动连杆结构示意图； 图5为本专利技术的机电液一体化三自由度集成关节的关节输出组件结构示意图。 【具体实施方式】 如图所示:本实施例的机电液一体化三自由度集成关节,关节包括外壳体1、内壳体2、关节输出组件、驱动总成和自动控制系统，驱动总成包括用于驱动关节输出组件做直线或/和旋转运动的驱动组件I和用于驱动关节输出组件做俯仰运动的驱动组件II ； 驱动组件I包括内螺纹套3、用于对内螺纹套3旋转限位的螺纹套卡紧装置4和与关节输出组件连接配合的驱动输出轴5，以及可分别驱动驱动输出轴5的液压驱动部分和电动驱动部分，液压驱动部分和所述螺纹套卡紧装置4均固定设置在外壳体I内，内螺纹套3设置在外壳体I内，电动驱动部分设置在内壳体2内，驱动输出轴5依次穿出内壳体2和外壳体1，驱动输出轴5与内壳体2固定连接并以可绕自身轴线转动的方式与外壳体I配合； 液压驱动部分为回转液压缸6，回转液压缸6的动片轴7轴端设有与内螺纹套3 —端螺纹配合的螺纹段I，电动驱动部分包括旋转电机8和齿轮传动副本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机电液一体化三自由度集成关节，其特征在于：所述关节包括外壳体、内壳体、关节输出组件、驱动总成和自动控制系统，所述驱动总成包括用于驱动关节输出组件做直线或/和旋转运动的驱动组件Ⅰ和用于驱动关节输出组件做俯仰运动的驱动组件Ⅱ；所述驱动组件Ⅰ包括内螺纹套、用于对内螺纹套旋转限位的螺纹套卡紧装置和与关节输出组件连接配合的驱动输出轴，以及可分别驱动驱动输出轴的液压驱动部分和电动驱动部分，所述液压驱动部分和所述螺纹套卡紧装置均固定设置在外壳体内，所述内螺纹套设置在外壳体内，所述电动驱动部分设置在内壳体内，所述驱动输出轴依次穿出内壳体和外壳体，驱动输出轴与内壳体固定连接并以可绕自身轴线转动的方式与外壳体配合；所述液压驱动部分为回转液压缸，所述回转液压缸的动片轴轴端设有与内螺纹套一端螺纹配合的螺纹段Ⅰ，所述电动驱动部分包括旋转电机和齿轮传动副Ⅰ，所述齿轮传动副Ⅰ的从动齿轮与所述驱动输出轴配合传动，所述驱动输出轴内端设有与内螺纹套螺纹配合的螺纹段Ⅱ；所述驱动组件Ⅰ还包括用于将回转液压缸的动片轴与内螺纹套固定防止两者相对运动的螺纹副卡紧装置Ⅰ和用于将驱动输出轴与内螺纹套固定防止两者相对运动的螺纹副卡紧装置Ⅱ；所述驱动组件Ⅱ包括驱动连杆和可分别驱动驱动连杆的直线液压缸、直线电机，所述直线液压缸和所述直线电机固接于内壳体内部，所述直线液压缸的活塞杆与直线电机的动片固定配合连接，所述驱动连杆内端部与直线液压缸的活塞杆活动配合连接，外端部与关节输出组件活动配合连接；所述回转液压缸、所述旋转电机、所述直线液压缸、所述直线电机、所述螺纹套卡紧装置、所述螺纹副卡紧装置Ⅰ和所述螺纹副卡紧装置Ⅱ均通过所述自动控制系统控制工作。...

【技术特征摘要】
1.一种机电液一体化三自由度集成关节，其特征在于:所述关节包括外壳体、内壳体、关节输出组件、驱动总成和自动控制系统，所述驱动总成包括用于驱动关节输出组件做直线或/和旋转运动的驱动组件I和用于驱动关节输出组件做俯仰运动的驱动组件II ； 所述驱动组件I包括内螺纹套、用于对内螺纹套旋转限位的螺纹套卡紧装置和与关节输出组件连接配合的驱动输出轴，以及可分别驱动驱动输出轴的液压驱动部分和电动驱动部分，所述液压驱动部分和所述螺纹套卡紧装置均固定设置在外壳体内，所述内螺纹套设置在外壳体内，所述电动驱动部分设置在内壳体内，所述驱动输出轴依次穿出内壳体和外壳体，驱动输出轴与内壳体固定连接并以可绕自身轴线转动的方式与外壳体配合； 所述液压驱动部分为回转液压缸，所述回转液压缸的动片轴轴端设有与内螺纹套一端螺纹配合的螺纹段I，所述电动驱动部分包括旋转电机和齿轮传动副I，所述齿轮传动副I的从动齿轮与所述驱动输出轴配合传动，所述驱动输出轴内端设有与内螺纹套螺纹配合的螺纹段II ;所述驱动组件I还包括用于将回转液压缸的动片轴与内螺纹套固定防止两者相对运动的螺纹副卡紧装置I和用于将驱动输出轴与内螺纹套固定防止两者相对运动的螺纹副卡紧装置II ； 所述驱动组件II包括驱动连杆和可分别驱动驱动连杆的直线液压缸、直线电机，所述直线液压缸和所述直线电机固接于内壳体内部，所述直线液压缸的活塞杆与直线电机的动片固定配合连接，所述驱动连杆内端部与直线液压缸的活塞杆活动配合连接，外端部与关节输出组件活动配合连接； 所述回转液压缸、所述旋转电机、所述直线液压缸、所述直线电机、所述螺纹套卡紧装置、所述螺纹副卡紧装置I和所述螺纹副卡紧装置II均通过所述自动控制系统控制工作。2.根据权利要求1所述的机电液一体化三自由度集成关节，其特征在于:所述螺纹副卡紧装置I和所述螺纹副卡紧装置II结构相同，均包括伸缩液压缸I和卡紧组件，所述卡紧组件包括两驱动杆和两卡爪，每一所述卡爪均包括连杆部和卡爪部，每一卡爪部与对应驱动杆铰接，每一驱动杆上端均与一固定设置在伸缩液压缸I活塞杆上的安装块铰接，伸缩液压...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗天洪，马力，潘雪娇，郭园，刘浪，陈才，苗长斌，蒋海义，王晴，申旌辉，刘淼，马翔宇，黄世福，张剑，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85