一种基于双十字轴配合的液压机械臂双自由度关节制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双十字轴配合的液压机械臂双自由度关节，包括右油缸组件、左油缸组件、机械臂前端组件和臂体；机械臂前端组件包括右端连接十字轴、左端连接十字轴和支架法兰；右端连接十字轴的水平回转中心线与右活塞杆的末端形成转动副，竖直回转中心线与支架法兰的右侧竖直回转中心线形成转动副；左端连接十字轴的第一水平回转中心线与左活塞杆通过转动副相连，第二水平回转中心线与臂体形成转动副，竖直回转中心线与支架法兰的左侧竖直回转中心线形成转动副；本发明专利技术能够通过液压驱动机械臂前端同时实现绕两轴的双自由度旋转，并在十字轴内继承油路，能在重载的工作条件下实现灵活的动作，具有集成化、力重比大、动作灵活和稳定的优点。

A Double Degree of Freedom Joint of Hydraulic Manipulator Based on Double Cross Shaft Coordination

The invention discloses a two-degree-of-freedom joint of a hydraulic manipulator based on double cross-axes cooperation, which comprises a right cylinder assembly, a left cylinder assembly, a front-end component of the manipulator and an arm body; a front-end component of the manipulator includes a right-end connecting cross-axle, a left-end connecting cross-axle and a support flange; a horizontal rotary center line connecting the cross-axle at the right end forms a rotating pair with the end of the right piston rod, which is vertically returned. The revolving center line forms a revolving pair with the right vertical revolving center line of the support flange; the first horizontal revolving center line of the left end connecting the cross axis is connected with the left piston rod through the revolving pair; the second horizontal revolving center line forms a revolving pair with the arm body; the vertical revolving center line forms a revolving pair with the left vertical revolving center line of the support flange; the invention can drive the front of the mechanical arm by hydraulic pressure. At the same time, the end can rotate around two axes with two degrees of freedom, and inherit the oil circuit in the cross axle. It can realize flexible movement under heavy working conditions. It has the advantages of integration, large force-weight ratio, flexible and stable movement.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双十字轴配合的液压机械臂双自由度关节
本专利技术涉及液压机械臂领域，尤其涉及一种基于双十字轴配合的液压机械臂双自由度关节。
技术介绍
机械臂是目前机器人领域中得到最广泛应用的机械装置，用于替代汽车制造、电子电气等行业中的人工操作，极大地降低人力成本、提高生产效率，并有效地提高产品生产质量。传统的机械臂设计多考虑单一形式的应用，一般只为完成特定的任务，具体关节和自由度的变化能力较差，且多采用电动机加减速机的方式，承载能力相对较小，因而迫切需要研制一种新型驱动方式的具有较大承载能力的机械臂。针对这种需求，本专利技术进行了液压驱动机械臂关节的设计，因为液压传动具有出力大、重量轻、惯性小以及输出刚度大的突出优点，同时，液压系统可以通过提高系统的压力来提高输出功率，其力重比具有巨大优势，尤其是具有较大承载能力的机械臂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于双十字轴配合的液压机械臂双自由度关节，能够通过液压驱动机械臂前端同时实现绕两轴的双自由度旋转，并在十字轴内继承油路，能在重载的工作条件下实现灵活的动作，具有集成化、力重比大、动作灵活和稳定的优点。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于双十字轴配合的液压机械臂双自由度关节，包括右油缸组件、左油缸组件、机械臂前端组件和臂体；所述右油缸组件为采用伺服阀的油缸系统，其右活塞杆与机械臂前端组件通过转动副相连，其右缸筒与臂体通过球铰连接；所述左油缸组件为采用伺服阀的油缸系统，其左活塞杆与机械臂前端组件通过转动副相连，其左缸筒与臂体通过转动副相连；所述机械臂前端组件包括右端连接十字轴、左端连接十字轴和支架法兰；所述支架法兰具有两个竖直回转中心线；所述右端连接十字轴具有一竖直回转中心线和一水平回转中心线，其水平回转中心线与右活塞杆的末端形成转动副，其竖直回转中心线与支架法兰的右侧竖直回转中心线形成转动副；所述左端连接十字轴具有一竖直回转中心线和两个水平回转中心线，第一水平回转中心线与左活塞杆通过转动副相连，第二水平回转中心线与臂体形成转动副，其竖直回转中心线与支架法兰的左侧竖直回转中心线形成转动副；右活塞杆伸长或缩短时，右端连接十字轴和支架法兰绕左端连接十字轴的竖直回转中心线转动，从而实现关节向左或向右活动；左活塞杆伸长或缩短时，右端连接十字轴和支架法兰绕左端连接十字轴的第二水平回转中心线转动，从而实现关节向上或向下活动；右活塞杆和左活塞杆同时运行，从而实现关节在空间角度上的活动。进一步地，所述右端连接十字轴的上下两端分别具有内置油路，可与液压机械臂的油路连通。进一步地，所述左端连接十字轴的第一水平回转中心线与第二水平回转中心线在同一平面内，且第一水平回转中心线E-E在第二水平回转中心线正下方。进一步地，所述左端连接十字轴的竖直回转中心线的端面设置第一编码器，用于测量关节绕左端连接十字轴的竖直回转中心线转动的角度和角速度；所述左端连接十字轴的第二水平回转中心线的端面设置第二编码器，用于测量关节绕第二水平回转中心线转动的角度和角速度。进一步地，所述支架法兰包括相互平行的上支板和下支板，以及连接上支板和下支板的执行机构安装板。进一步地，该关节还包括第一压盖、第一轴承和第四轴承，所述第一压盖将第一轴承固定在支架法兰的上支板上，所述左端连接十字轴的竖直回转中心线的上端穿过第一轴承；所述第四轴承安装在下支板上，所述左端连接十字轴的竖直回转中心线的下端穿过第四轴承。进一步地，该关节还包括第二压盖、第二轴承和第三轴承，所述第二压盖将第二轴承固定在支架法兰的上支板上，所述右端连接十字轴的竖直回转中心线的上端穿过第二轴承；所述第三压盖将第三轴承固定在支架法兰的下支板上，所述右端连接十字轴的竖直回转中心线的下端穿过第三轴承。进一步地，该关节还包括第四压盖、第五轴承、第五压盖和第六轴承，所述第四压盖将第五轴承固定在臂体上，所述左端连接十字轴的第二水平回转中心线的左端穿过第五轴承；所述第五压盖将第六轴承固定在臂体上，所述左端连接十字轴的第二水平回转中心线的右端穿过第六轴承。进一步地，该关节还包括第七轴承、第八轴承和销轴，所述第七轴承、第八轴承分别安装在右端连接十字轴的水平回转中心线的两端，销轴依次穿过第七轴承、右活塞杆和第八轴承。本专利技术的有益结果是：本专利技术液压机械臂双自由度关节可根据不同的要求，调节两个活塞杆长度，实现机械臂在空间角度下的运动，满足不同的应用场合，实现机械臂的灵活运动；具有集成油路，采用集成化设计，将机械和液压集成于一体，具有能量密度大的特点。附图说明图1是右油缸组件图；图2是左油缸组件图；图3是隐藏支架法兰机械臂图；图4是机械臂前端组件图；图5是支架法兰图；图6是右端连接十字轴图；图7是左端连接十字轴图；图8是完整机械臂结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术提供的一种基于双十字轴配合的液压机械臂双自由度关节，包括右油缸组件1、左油缸组件2、机械臂前端组件3和臂体4；如图1、3所示，所述右油缸组件1为采用伺服阀的油缸系统，其右活塞杆1.11与机械臂前端组件3通过转动副相连，其右缸筒1.10与臂体4通过球铰1.9连接，以防止过约束；如图2、3所示，所述左油缸组件2为采用伺服阀的油缸系统，其左活塞杆2.11与机械臂前端组件3通过转动副相连，其左缸筒2.7与臂体4通过转动副相连；如图4所示，所述机械臂前端组件3包括右端连接十字轴3.6、左端连接十字轴3.7和支架法兰3.5；如图5所示，所述支架法兰3.5具有两个竖直回转中心线：A-A和B-B；如图6所示，所述右端连接十字轴3.6具有一竖直回转中心线A1-A1和一水平回转中心线C-C，其水平回转中心线C-C与右活塞杆1.11的末端形成转动副，其竖直回转中心线A1-A1与支架法兰3.5的右侧竖直回转中心线A-A形成转动副；如图7所示，所述左端连接十字轴3.7具有一竖直回转中心线B1-B1和两个水平回转中心线：D-D和E-E，第一水平回转中心线E-E与左活塞杆2.11通过转动副相连，第二水平回转中心线D-D与臂体4形成转动副，其竖直回转中心线B1-B1与支架法兰3.5的左侧竖直回转中心线B-B形成转动副；完整机械臂如图8所示；右活塞杆1.11伸长或缩短时，右端连接十字轴3.6和支架法兰3.5绕左端连接十字轴3.7的竖直回转中心线B1-B1转动，从而实现关节向左或向右活动；左活塞杆2.11伸长或缩短时，右端连接十字轴3.6和支架法兰3.5绕左端连接十字轴3.7的第二水平回转中心线D-D转动，从而实现关节向上或向下活动；右活塞杆1.11和左活塞杆2.11同时运行，从而实现关节在空间角度上的活动。如图6所示，所述右端连接十字轴3.6的上下两端分别具有内置油路，可与液压机械臂的油路连通，能够节省安装空间，便于油管的排布。如图7所示，所述左端连接十字轴3.7的第一水平回转中心线E-E与第二水平回转中心线D-D在同一平面内，且第一水平回转中心线E-E在第二水平回转中心线D-D正下方。如图4所示，所述左端连接十字轴3.7的竖直回转中心线B1-B1的端面设置第一编码器3.3.1，用于测量关节绕左端连接十字轴3.7的竖直回转中心线转动的角度和角速度；所述左端连接十字轴3.7的第二水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双十字轴配合的液压机械臂双自由度关节，其特征在于：包括右油缸组件(1)、左油缸组件(2)、机械臂前端组件(3)和臂体(4)；所述右油缸组件(1)为采用伺服阀的油缸系统，其右活塞杆(1.11)与机械臂前端组件(3)通过转动副相连，其右缸筒(1.10)与臂体(4)通过球铰(1.9)连接；所述左油缸组件(2)为采用伺服阀的油缸系统，其左活塞杆(2.11)与机械臂前端组件(3)通过转动副相连，其左缸筒(2.7)与臂体(4)通过转动副相连；所述机械臂前端组件(3)包括右端连接十字轴(3.6)、左端连接十字轴(3.7)和支架法兰(3.5)；所述支架法兰(3.5)具有两个竖直回转中心线；所述右端连接十字轴(3.6)具有一竖直回转中心线和一水平回转中心线，其水平回转中心线与右活塞杆(1.11)的末端形成转动副，其竖直回转中心线与支架法兰(3.5)的右侧竖直回转中心线形成转动副；所述左端连接十字轴(3.7)具有一竖直回转中心线和两个水平回转中心线，第一水平回转中心线与左活塞杆(2.1.1)通过转动副相连，第二水平回转中心线与臂体(4)形成转动副，其竖直回转中心线与支架法兰(3.5)的左侧竖直回转中心线形成转动副；右活塞杆(1.1.1)伸长或缩短时，右端连接十字轴(3.6)和支架法兰(3.5)绕左端连接十字轴(3.7)的竖直回转中心线转动，从而实现关节向左或向右活动；左活塞杆(2.1.1)伸长或缩短时，右端连接十字轴(3.6)和支架法兰(3.5)绕左端连接十字轴(3.7)的第二水平回转中心线转动，从而实现关节向上或向下活动；右活塞杆(1.1.1)和左活塞杆(2.1.1)同时运行，从而实现关节在空间角度上的活动。...

【技术特征摘要】
1.一种基于双十字轴配合的液压机械臂双自由度关节，其特征在于：包括右油缸组件(1)、左油缸组件(2)、机械臂前端组件(3)和臂体(4)；所述右油缸组件(1)为采用伺服阀的油缸系统，其右活塞杆(1.11)与机械臂前端组件(3)通过转动副相连，其右缸筒(1.10)与臂体(4)通过球铰(1.9)连接；所述左油缸组件(2)为采用伺服阀的油缸系统，其左活塞杆(2.11)与机械臂前端组件(3)通过转动副相连，其左缸筒(2.7)与臂体(4)通过转动副相连；所述机械臂前端组件(3)包括右端连接十字轴(3.6)、左端连接十字轴(3.7)和支架法兰(3.5)；所述支架法兰(3.5)具有两个竖直回转中心线；所述右端连接十字轴(3.6)具有一竖直回转中心线和一水平回转中心线，其水平回转中心线与右活塞杆(1.11)的末端形成转动副，其竖直回转中心线与支架法兰(3.5)的右侧竖直回转中心线形成转动副；所述左端连接十字轴(3.7)具有一竖直回转中心线和两个水平回转中心线，第一水平回转中心线与左活塞杆(2.1.1)通过转动副相连，第二水平回转中心线与臂体(4)形成转动副，其竖直回转中心线与支架法兰(3.5)的左侧竖直回转中心线形成转动副；右活塞杆(1.1.1)伸长或缩短时，右端连接十字轴(3.6)和支架法兰(3.5)绕左端连接十字轴(3.7)的竖直回转中心线转动，从而实现关节向左或向右活动；左活塞杆(2.1.1)伸长或缩短时，右端连接十字轴(3.6)和支架法兰(3.5)绕左端连接十字轴(3.7)的第二水平回转中心线转动，从而实现关节向上或向下活动；右活塞杆(1.1.1)和左活塞杆(2.1.1)同时运行，从而实现关节在空间角度上的活动。2.根据权利要求1所述的一种基于双十字轴配合的液压机械臂双自由度关节，其特征在于：所述右端连接十字轴(3.6)的上下两端分别具有内置油路，可与液压机械臂的油路连通。3.根据权利要求1所述的一种基于双十字轴配合的液压机械臂双自由度关节，其特征在于：所述左端连接十字轴(3.7)的第一水平回转中心线与第二水平回转中心线在同一平面内，且第一水平回转中心线在第二水平回转中心线正下方。4.根据权利要求1所述的一种基于双十字轴配合的液压机械臂双自由度关节，其特征在于：所述左端连接十字轴(3.7)的竖直回转中心线的端面设置第一编码器(3.3.1)，用于测量关节绕左端连接十字轴(3.7)的竖直回转中心线转动的角度和角速度；所述左端连接十字轴(3.7)的第二水平回转中心线的端面设置第二编码器(3.3.2)，用于测量关节绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐兵，张付，苏琦，麻云，钱剑勇，岳艺明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33