一种全液压驱动五自由度搬运机器人制造技术

本发明专利技术涉及工业机器人技术领域，具体是一种全液压驱动五自由度搬运机器人，旨在解决现有搬运机器人自重大、空间利用率低、加工难度大、成本高的技术问题。采用如下技术方案：大臂通过第一液压马达实现相对底座的转动，小臂通过第二液压马达实现相对大臂的转动，腕部通过第三液压马达实现相对小臂的转动，腕部还设有俯仰液压缸和侧摆液压缸以实现俯仰动作和侧摆动作；底座上设有油腔，油腔通过液压泵、伺服阀与上述各个执行部件连接，通过液压控制管路对各个执行部件独立控制，共同配合以完成机器人的动作。

A fully hydraulic driven five degree of freedom handling robot

【技术实现步骤摘要】
一种全液压驱动五自由度搬运机器人
本专利技术涉及工业机器人
，具体是一种全液压驱动五自由度搬运机器人。
技术介绍
搬运机器人是代替人类完成搬运工作的一种工业机器人，广泛应用于工业制造、仓储物流、港口码头等行业领域，是当今应用率最高的工业机器人之一。搬运机器人一般由大臂、小臂、腕部与末端执行器等基础部件构成。目前，主流的搬运机器人普遍采用电机驱动，并通过高精密减速器传动、带传动等完成机器人的运动，这类搬运机器人存在如下问题：1）因其传动系统通常使用齿轮传动、带传动，导致机器人的传动链长、自重大、空间利用率低，且结构复杂不紧凑，集成度低；2）使用齿轮传动、带传动等对机器人各构件的加工精度要求高，导致机器人各构件的加工难度大，成本高。另外，现有搬运机器人所使用的高精密减速器设计制造技术长期被外国垄断，这严重制约了我国搬运机器人的发展。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有搬运机器人自重大、空间利用率低、加工难度大、成本高的技术问题。为此，本专利技术提出一种全液压驱动五自由度搬运机器人。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全液压驱动五自由度搬运机器人，包括大臂、小臂、腕部、末端执行器，这是现有搬运机器人都具备的几大组成部分；还包括底座和第一液压马达，底座用以为整个机器人提供一个支撑，所述底座内设有用以储油的油腔，油腔主要用以为后续的液压马达及液压缸供油，所述第一液压马达的壳体固定在底座上，第一液压马达的转轴竖直向上贯穿底座后与所述大臂的底端固连，第一液压马达用以连接底座和大臂以实现大臂相对底座的旋转；还包括第二液压马达，所述第二液压马达的壳体固定在所述小臂的一端，第二液压马达的转轴水平布置且与大臂的顶端固连，第二液压马达用以连接大臂和小臂以实现小臂相对大臂的旋转；所述腕部包括筒体、第三液压马达、球叉式万向节、俯仰圆环、两个连接肋板、俯仰液压缸、侧摆液压缸及侧摆圆环，所述筒体、俯仰圆环和侧摆圆环皆同轴布置且沿轴向从内向外依次分布，这里的内外之分主要是根据部件在整个机器人上的位置确定的，越靠近执行部件越靠外，越靠近小臂越靠内，筒体的内端面与小臂的另一端固连，筒体的外端面外凸形成有两个中心对称的连接耳，筒体内壁的轴向中间位置内凸形成有与筒体同轴的环状的横隔板，所述第三液压马达的壳体固定在横隔板的内端面，第三液压马达的转轴向外贯穿横隔板后与球叉式万向节的主动叉固连，所述俯仰圆环与筒体同轴，且俯仰圆环的0°和180°两个位置分别与两个连接耳铰连，所述俯仰液压缸的活塞杆铰接在俯仰圆环的90°位置且缸体铰接在横隔板的外端面，两个连接肋板的下端分别铰接在俯仰圆环的90°和270°位置且上端固连侧摆圆环，所述侧摆液压缸的缸体铰接在俯仰圆环的0°位置且活塞杆与侧摆圆环铰接，所述球叉式万向节的从动叉向外贯穿侧摆圆环后与所述末端执行器固连，这里的0°、90°、180°、270°主要是为了更清楚的描述不同部件在俯仰圆环上的相对位置关系，至于0°从哪个位置算皆可，因为在圆上随便找一点作为0°点，其他度数的位置都确定，当找不同0°点时，不同部件的相对位置都是相同的；所述末端执行器为液压夹爪，所述液压夹爪包括夹爪本体和驱动其动作的夹爪液压缸，夹爪结构采用本领域公知结构即可；还包括液压控制管路，所述液压控制管路包括与油腔连通的液压泵、驱动液压泵动作的电机、控制器、伺服阀及传感器，所述传感器包括用以检测第一液压马达旋转角度的第一传感器、用以检测第二液压马达的旋转角度的第二传感器、用以检测第三液压马达的旋转角度的第三传感器、用以检测俯仰液压缸的俯仰角度的第四传感器、用以检测侧摆液压缸的侧摆角度的第五传感器、用以检测夹爪本体夹爪力度的第六传感器，这里根据各个传感器的作用本领域人员应该清楚采用相应的传感器进行监测，即第一传感器、第二传感器及第三传感器应采用角度传感器，第四传感器、第五传感器应采用位移传感器，第六传感器应采用压力传感器，每个传感器皆对应设置有一个伺服阀，控制器接收传感器信号通过对应伺服阀控制每个执行元件的动作。本专利技术的有益效果是：1）本专利技术搬运机器人为全液压驱动，其中大臂自转运动由一个液压马达实现，小臂的转动由一个液压马达实现，手腕的自转运动由一个液压马达实现，手腕的俯仰、侧摆运动以及手部的开合运动分别由一个液压缸实现，具有传动链短、结构紧凑、空间利用率大、集成度高、功率密度大及负载/自重比高的优点；2）本专利技术搬运机器人采用全液压驱动，省去了现有繁重精密的传动部件，自重小，降低了加工难度及加工成本；3）本专利技术搬运机器人中各关节可长时间锁死，因此能够在抓住物体的情况下长时间保持固定的位置和姿态；4）本专利技术搬运机器人中各关节能够独立运动，可分别独立控制，位置姿态定位准确，控制精度高；5）本专利技术搬运机器人中手腕的自转运动是由自转液压马达驱动万向节装置转动形成的，可实现大角度自转；6）本专利技术搬运机器人适用场合广泛，在重载及一些特殊工况如强电磁干扰、水下等环境下有明显优势。附图说明图1是本专利技术搬运机器人的结构示意图；图2是本专利技术搬运机器人的剖视图；图3是本专利技术搬运机器人手腕的结构示意图；图4是本专利技术搬运机器人手腕自转与俯仰传动机构主剖视图。图5是本专利技术搬运机器人手腕自转与侧摆传动机构主剖视图。图6是本专利技术搬运机器人液压夹爪的主剖视图；图7是本专利技术搬运机器人大臂和小臂的液压控制原理图；图8是本专利技术搬运机器人腕部的液压控制原理图；图9是本专利技术搬运机器人液压夹爪的液压控制原理图。图中：1~大臂；1-1~第一法兰盘；1-2~平面；2~小臂；2-1~平板；2-2~连接板；2-2-1减重孔；3~腕部；3-1~筒体；3-1-1~连接耳；3-1-2~横隔板；3-2~第三液压马达；3-3~球叉式万向节；3-4~俯仰圆环；3-5~连接肋板；3-6~俯仰液压缸；3-7~侧摆液压缸；3-8~侧摆圆环；4~末端执行器；4-1~夹爪液压缸；4-2~固定条；4-3~肘形连接条；4-4~平板连接条；4-5~弧形连接条；4-6~V形指；4-7~移动条；4-8~传动条；5~底座；5-1~油腔；5-2~柱状槽；6~第一液压马达；7~第二液压马达；8~液压泵；9~电机；10~吸盘；11~旋转平台。具体实施方式参照图1至图9，本专利技术的一种全液压驱动五自由度搬运机器人，包括大臂1、小臂2、腕部3、末端执行器4；还包括底座5和第一液压马达6，所述底座5内设有用以储油的油腔5-1，所述第一液压马达6的壳体固定在底座5上，第一液压马达6的转轴竖直向上贯穿底座5后与所述大臂1的底端固连；还包括第二液压马达7，所述第二液压马达7的壳体固定在所述小臂2的一端，第二液压马达7的转轴水平布置且与大臂1的顶端固连；所述腕部3包括筒体3-1、第三液压马达3-2、球叉式万向节3-3、俯仰圆环3-4、两个连接肋板3-5、俯仰液压缸3-6、侧摆液压缸3-7及侧摆圆环3-8，所述筒体3-1、俯仰圆环3-4和侧摆圆环3-8皆同轴布置且沿轴向从内向外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全液压驱动五自由度搬运机器人，包括大臂（1）、小臂（2）、腕部（3）、末端执行器（4），其特征在于：还包括底座（5）和第一液压马达（6），所述底座（5）内设有用以储油的油腔（5-1），所述第一液压马达（6）的壳体固定在底座（5）上，第一液压马达（6）的转轴竖直向上贯穿底座（5）后与所述大臂（1）的底端固连；还包括第二液压马达（7），所述第二液压马达（7）的壳体固定在所述小臂（2）的一端，第二液压马达（7）的转轴水平布置且与大臂（1）的顶端固连；所述腕部（3）包括筒体（3-1）、第三液压马达（3-2）、球叉式万向节（3-3）、俯仰圆环（3-4）、两个连接肋板（3-5）、俯仰液压缸（3-6）、侧摆液压缸（3-7）及侧摆圆环（3-8），所述筒体（3-1）、俯仰圆环（3-4）和侧摆圆环（3-8）皆同轴布置且沿轴向从内向外依次分布，筒体（3-1）的内端面与小臂（2）的另一端固连，筒体（3-1）的外端面外凸形成有两个中心对称的连接耳（3-1-1），筒体（3-1）内壁的轴向中间位置内凸形成有与筒体（3-1）同轴的环状的横隔板（3-1-2），所述第三液压马达（3-2）的壳体固定在横隔板（3-1-2）的内端面，第三液压马达（3-2）的转轴向外贯穿横隔板（3-1-2）后与球叉式万向节（3-3）的主动叉固连，所述俯仰圆环（3-4）与筒体（3-1）同轴，且俯仰圆环（3-4）的0°和180°两个位置分别与两个连接耳（3-1-1）铰连，所述俯仰液压缸（3-6）的活塞杆铰接在俯仰圆环（3-4）的90°位置且缸体铰接在横隔板（3-1-2）的外端面，两个连接肋板（3-5）的下端分别铰接在俯仰圆环（3-4）的90°和270°位置且上端固连侧摆圆环（3-8），所述侧摆液压缸（3-7）的缸体铰接在俯仰圆环（3-4）的0°位置且活塞杆与侧摆圆环（3-8）铰接，所述球叉式万向节（3-3）的从动叉向外贯穿侧摆圆环（3-8）后与所述末端执行器（4）固连；所述末端执行器（4）为液压夹爪，所述液压夹爪包括夹爪本体和驱动其动作的夹爪液压缸（4-1）；还包括液压控制管路，所述液压控制管路包括与油腔（5-1）连通的液压泵（8）、驱动液压泵（8）动作的电机（9）、控制器、伺服阀及传感器，所述传感器包括用以检测第一液压马达（6）旋转角度的第一传感器、用以检测第二液压马达（7）的旋转角度的第二传感器、用以检测第三液压马达（3-2）的旋转角度的第三传感器、用以检测俯仰液压缸（3-6）的俯仰角度的第四传感器、用以检测侧摆液压缸（3-7）的侧摆角度的第五传感器、用以检测夹爪本体夹爪力度的第六传感器，每个传感器皆对应设置有一个伺服阀，控制器接收传感器信号通过对应伺服阀控制每个执行元件的动作。/n...

【技术特征摘要】
1.一种全液压驱动五自由度搬运机器人，包括大臂（1）、小臂（2）、腕部（3）、末端执行器（4），其特征在于：还包括底座（5）和第一液压马达（6），所述底座（5）内设有用以储油的油腔（5-1），所述第一液压马达（6）的壳体固定在底座（5）上，第一液压马达（6）的转轴竖直向上贯穿底座（5）后与所述大臂（1）的底端固连；还包括第二液压马达（7），所述第二液压马达（7）的壳体固定在所述小臂（2）的一端，第二液压马达（7）的转轴水平布置且与大臂（1）的顶端固连；所述腕部（3）包括筒体（3-1）、第三液压马达（3-2）、球叉式万向节（3-3）、俯仰圆环（3-4）、两个连接肋板（3-5）、俯仰液压缸（3-6）、侧摆液压缸（3-7）及侧摆圆环（3-8），所述筒体（3-1）、俯仰圆环（3-4）和侧摆圆环（3-8）皆同轴布置且沿轴向从内向外依次分布，筒体（3-1）的内端面与小臂（2）的另一端固连，筒体（3-1）的外端面外凸形成有两个中心对称的连接耳（3-1-1），筒体（3-1）内壁的轴向中间位置内凸形成有与筒体（3-1）同轴的环状的横隔板（3-1-2），所述第三液压马达（3-2）的壳体固定在横隔板（3-1-2）的内端面，第三液压马达（3-2）的转轴向外贯穿横隔板（3-1-2）后与球叉式万向节（3-3）的主动叉固连，所述俯仰圆环（3-4）与筒体（3-1）同轴，且俯仰圆环（3-4）的0°和180°两个位置分别与两个连接耳（3-1-1）铰连，所述俯仰液压缸（3-6）的活塞杆铰接在俯仰圆环（3-4）的90°位置且缸体铰接在横隔板（3-1-2）的外端面，两个连接肋板（3-5）的下端分别铰接在俯仰圆环（3-4）的90°和270°位置且上端固连侧摆圆环（3-8），所述侧摆液压缸（3-7）的缸体铰接在俯仰圆环（3-4）的0°位置且活塞杆与侧摆圆环（3-8）铰接，所述球叉式万向节（3-3）的从动叉向外贯穿侧摆圆环（3-8）后与所述末端执行器（4）固连；所述末端执行器（4）为液压夹爪，所述液压夹爪包括夹爪本体和驱动其动作的夹爪液压缸（4-1）；还包括液压控制管路，所述液压控制管路包括与油腔（5-1）连通的液压泵（8）、驱动液压泵（8）动作的电机（9）、控制器、伺服阀及传感器，所述传感器包括用以检测第一液压马达（6）旋转角度的第一传感器、用以检测第二液压马达（7）的旋转角度的第二传感器、用以检测第三液压马达（3-2）的旋转角度的第三传感器、用以检测俯仰液压缸（3-6）的俯仰角度的第四传感器、用以检测侧摆液压缸（3-7）的侧摆角度的第五传感器、用以检测夹爪本体夹爪力度的第六传感器，每个传感器皆对应设置有一个伺服阀，控制器接收传感器信号通过对应伺服阀控制每个执行元件的动作。


2.根据权利要求1所述的一种全液压驱动五自由度搬运机器人，其特征在于：所述夹爪本体包括固定在夹爪液压缸（4-1）的缸体上的固定条（4-2），所述固定条（4-2）垂直于夹爪液压缸（4-1）的轴线布置，且固定条（4-2）的两端对称外露于夹爪液压缸（4-1）的两侧，固定条（4-2）的两端分别连接有两个相对设置的爪瓣，所述爪瓣包括肘形连接条（4-3）、平板连接条（4...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪成文，吉鑫浩，陈帅，张震阳，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