一种液压直驱三自由度球型手腕制造技术

本发明专利技术公开了一种基于液压摆动缸直驱关节实现的手腕单元，它涉及一种工业机器人球型手腕。非奇异位形时三级液压摆动缸转轴的轴线在空间上相互垂直并交于一点，构成球型手腕结构。第一级液压摆动缸实现球型手腕的偏转，可实现最大220度的偏转角度。第二级液压摆动缸的转轴两端伸出摆动缸端盖，实现球型手腕的俯仰，可实现最大角度220度的俯仰角度。第三级液压摆动缸实现球型手腕的翻转，可实现最大225度的翻转角度。本发明专利技术提出的液压直驱三自由度球型手腕不需要使用高精密减速器，具有结构简单、率密度大、负载/自重比高、承载能力强等一系列优点，适用于大功率重载驱动以及电磁环境敏感等工况。

A Hydraulic Direct Drive 3-DOF Spherical Wrist

【技术实现步骤摘要】
一种液压直驱三自由度球型手腕
本专利技术涉及机器人领域，具体为工业机器人用一种液压直驱三自由度球型手腕。
技术介绍
工业机器人（机械手）是一个国家先进制造业的重要支撑技术和信息化社会的重要生产装备，对社会发展及增强军事国防实力都具有重要的意义，工业机器人已成为继汽车、飞机、计算机之后出现的又一战略性新兴产业。手腕单元连接机械手臂与末端执行器，其主要功能是对末端执行器空间姿态进行调节以满足作业需求。手腕单元对末端执行器的定位精度与空间姿态调控性能有重要影响，其性能已成为制约机器人应用的主要因素之一，并成为机器人研究的重要课题。近年来，国内外科研机构一直致力于开发高负载/自重比、结构简单紧凑、易于控制的高性能腕部单元，机械手腕的研究呈现出大力矩、反应灵敏、小型化和模块化的发展趋势。目前主流的工业机械手腕大多采用“伺服电机+传动轴+减速器”方案实现，该类电机驱动手腕主要存在如下两方面问题：腕部关节运动传动链长、手腕单元机械结构复杂、制造/维护成本高、关节动态响应特性差、负载/自重比低、无法用于电磁环境敏感工况；在电机驱动手腕减速器和伺服驱动系统这两大核心部件方面，我国与日、德等发达国家差距甚大，特别是高精密减速器和伺服驱动系统严重依赖进口，造成国产工业机械手成本居高不下，严重制约了我国机器人产业的发展以及国际竞争力的形成。
技术实现思路
本专利技术的目的：针对基于“伺服电机+传动轴+减速器”方案实现的电机驱动手腕存在的不足，以及我国在电动球型手腕研制方面存在的技术瓶颈，提出一种液压直驱三自由度球型手腕，所提液压手腕不需使用高精密减速器，具有机械结构简单、功率密度大、负载/自重比高、负载能力强等一系列优点。本专利技术技术方案是：一种液压直驱三自由度球型手腕，包括第一级液压摆动缸、第一级液压摆动缸转轴、第二级液压摆动缸、第二级液压摆动缸转轴、第三级液压摆动缸、第三级液压摆动缸转轴；第一级液压摆动缸转轴与法兰盘固定连接，第二级液压摆动缸法兰盘分别与左连接架和右连接架固定连接，法兰盘与左连接架和右连接架固定连接，第二级液压摆动缸转轴左右两端分别和左连接杆、右连接杆一端连接，左连接杆、右连接杆的另一端和第三级液压摆动缸法兰盘固定连接。所述手腕关节的驱动单元可以是阀控摆动缸作动单元或是阀控液压马达作动单元。上述的一种液压直驱三自由度球型手腕，非奇异位形时三级液压摆动缸转轴的轴线在空间上相互垂直并交于一点。上述的一种液压直驱三自由度球型手腕，法兰盘分为圆环结构、左连接板和右连接板三部分，左连接架包括连接底盘和U型连接板，右连接架包括连接底盘和U型连接板，第一级液压摆动缸转轴与圆环结构通过胀紧套连接，左连接板和右连接板分别和左连接架、右连接架上的连接底盘通过固定螺钉连接，左连接架、右连接架上的U型连接板和第二级液压摆动缸法兰盘通过螺栓和螺母连接。上述的一种液压直驱三自由度球型手腕，左连接杆包括环状结构、连接板和法兰，右连接杆包括环状结构、连接板和法兰，第二级液压摆动缸转轴左端通过二三级连接左胀紧套固定在左连接杆的环状结构内，第二级液压摆动缸转轴右端端通过二三级连接右胀紧套固定在右连接杆的环状结构内，左连接杆、右连接杆的法兰和第三级液压摆动缸法兰盘通过螺栓连接。上述的一种液压直驱三自由度球型手腕，第一级液压摆动缸上设有第一级阀块，第二级液压摆动缸上设有第二级阀块，第三级液压摆动缸上设有第三级阀块，每级阀块上带有进出油口螺纹连接头和伺服阀。上述的一种液压直驱三自由度球型手腕，每一级液压摆动缸转轴上都装有角度传感器，通过角度信号的反馈可实现对液压直驱三自由度球型手腕姿态的控制。本专利技术具有以下有益效果：1.液压直驱三自由度球型手腕，采用阀控做动器驱动单元直接驱动手腕关节运动，无需使用高精密减速器，具有机械结构简单、负载能力强、功率密度大、负载/自重比高等优点，特别适用于大功率重载以及电磁环境敏感作业工况。2.第一级液压摆动缸转轴、第二级液压摆动缸转轴和第三级液压摆动缸转轴三轴的轴线在非奇异位形时在空间上相互垂直并交于一点构成球型手腕结构，运动学特性简单、逆运动学解算解析，手腕姿态控制容易。3.每一级液压摆动缸转轴上都装有角度传感器，三级手腕关节驱动作动单元控制独立。4.具有良好的互换性，可以方便地装配在不同种类的工业机器人手臂上。附图说明图1为本专利技术液压直驱三自由度球型手腕结构俯视图。图2为本专利技术液压直驱三自由度球型手腕结构正三轴测图。图3为本专利技术液压直驱三自由度球型手腕结构左视图。图4为本专利技术液压直驱三自由度球型手腕第一级液压摆动缸转轴连接的法兰盘结构图。图5为本专利技术液压直驱三自由度球型手腕连接架结构图。图6为本专利技术液压直驱三自由度球型手腕连接杆结构图。图中：1-第一级液压摆动缸法兰盘，2-第一级液压摆动缸，3-长螺栓，4-第一级角度传感器，5-法兰盘，6-1-右连接架，6-2-左连接架，7-胀紧套，8-螺栓，9-螺母，10-第二级液压摆动缸，11-第二级角度传感器，12-1-二三级连接右胀紧套，12-2-二三级连接左胀紧套,13-1-右连接杆，13-2-左连接杆，14-二三级连接螺栓，15-二三级连接螺母，16-第三级液压摆动缸，17-第三级马达长螺栓，18-第三级角度传感器，19-长螺栓螺母，20-轴承后端盖，21-端盖固定螺钉，22-进出油口螺纹连接头，23-伺服阀，24-第一级阀块，25-第二级液压摆动缸法兰盘，26-胀紧套紧固螺钉，27-第三级液压摆动缸法兰盘，28-第二级阀块,29-第一级液压摆动缸转轴，30-固定螺钉，31-第二级液压摆动缸转轴，32-胀紧套胀紧螺钉，33-第三级液压摆动缸转轴,34-第三级阀块。5-2-圆环结构，5-12-左连接板，5-11-右连接板，6-21-连接底盘，6-22-U型连接板，13-21-环状结构，13-22-连接板，13-23-法兰。具体实施方式结合图1-图6详细说明本专利技术实施方式，本实施方式的液压直驱三自由度球型手腕包括第一级液压摆动缸2、第一级液压摆动缸转轴29、装在第一级液压摆动缸转轴29上的第一级角度传感器4，第一级液压摆动缸法兰盘1可以与机械臂法兰盘通过螺栓固定连接，长螺栓3与长螺栓螺母19将第一级液压摆动缸壳体不同部分固定连接成一体，轴承后端盖20通过端盖固定螺钉21固定在马达壳体上并具有良好的密封性能，轴承前端盖20-1固定在马达壳体上并具有良好的密封性能，第一级液压摆动缸转轴29通过胀紧套7与法兰盘5固定连接,法兰盘5与左连接架6-2和右连接架6-1通过固定螺钉30固定连接。还包括第二级液压摆动缸10、第二级液压摆动缸转轴31、装在第二级液压摆动缸转轴31上的第二级角度传感器11，第二级液压摆动缸法兰盘25与左连接架6-2和右连接架6-1通过螺栓8和螺母9固定连接，二三级连接左胀紧套12-2通过胀紧套胀紧螺钉32将第二级液压摆动缸转轴31左端与左连接杆13-2胀紧连接并通过胀紧套紧固螺钉26紧固防止打滑和脱落，二三级连接右胀紧套12-1实施方式与二三级连接左胀紧套12-2相同。还包括第三级液压摆动缸16、第三级液压摆动缸转轴33、装在第三级摆动缸转轴33上的第三级角度传感器18，右连接杆13-1、左连接杆13-2通过二三级连接螺栓14和二三级连接螺母15将连接杆法兰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液压直驱三自由度球型手腕，其特征在于包括第一级液压摆动缸（2）、第一级液压摆动缸转轴（29）、第二级液压摆动缸（10）、第二级液压摆动缸转轴（31）、第三级液压摆动缸（16）、第三级液压摆动缸转轴（33）；第一级液压摆动缸转轴（29）与法兰盘（5）固定连接，第二级液压摆动缸法兰盘（25）分别与左连接架（6‑2）和右连接架（6‑1）固定连接，法兰盘（5）与左连接架（6‑2）和右连接架（6‑1）固定连接，第二级液压摆动缸转轴（31）左右两端分别和左连接杆（13‑2）、右连接杆（13‑1）一端连接，左连接杆（13‑2）、右连接杆（13‑1）的另一端和第三级液压摆动缸法兰盘（27）固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种液压直驱三自由度球型手腕，其特征在于包括第一级液压摆动缸（2）、第一级液压摆动缸转轴（29）、第二级液压摆动缸（10）、第二级液压摆动缸转轴（31）、第三级液压摆动缸（16）、第三级液压摆动缸转轴（33）；第一级液压摆动缸转轴（29）与法兰盘（5）固定连接，第二级液压摆动缸法兰盘（25）分别与左连接架（6-2）和右连接架（6-1）固定连接，法兰盘（5）与左连接架（6-2）和右连接架（6-1）固定连接，第二级液压摆动缸转轴（31）左右两端分别和左连接杆（13-2）、右连接杆（13-1）一端连接，左连接杆（13-2）、右连接杆（13-1）的另一端和第三级液压摆动缸法兰盘（27）固定连接。2.根据权利1所述的一种液压直驱三自由度球型手腕，其特征在于非奇异位形时三级液压摆动缸转轴的轴线在空间上相互垂直并交于一点。3.根据权利1或2所述的一种液压直驱三自由度球型手腕，其特征在于法兰盘（5）分为圆环结构（5-2）、左连接板（5-12）和右连接板（5-11）三部分，左连接架（6-2）包括连接底盘（6-21）和U型连接板（6-22），右连接架（6-1）包括连接底盘和U型连接板，第一级液压摆动缸转轴（29）与圆环结构（5-2）通过胀紧套（7）连接，左连接板（5-12）和右连接板（5-11）分别和左连接架（6-...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪成文，张震阳，陈帅，刘华，权龙，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14