[發明專利]一種液壓直驅三自由度球型手腕

在審

• 申請號: 201910296911.6
• 申請日: 2019-04-15
• 公開（公告）號: CN110027010A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 汪成文;張震陽;陳帥;劉華;權龍
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J19/02
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發明公開了一種基于液壓擺動缸直驅關節實現的手腕單元，它涉及一種工業機器人球型手腕。非奇異位形時三級液壓擺動缸轉軸的軸線在空間上相互垂直并交于一點，構成球型手腕結構。第一級液壓擺動缸實現球型手腕的偏轉，可實現最大220度的偏轉角度。第二級液壓擺動缸的轉軸兩端伸出擺動缸端蓋，實現球型手腕的俯仰，可實現最大角度220度的俯仰角度。第三級液壓擺動缸實現球型手腕的翻轉，可實現最大225度的翻轉角度。本發明提出的液壓直驅三自由度球型手腕不需要使用高精密減速器，具有結構簡單、率密度大、負載/自重比高、承載能力強等一系列優點，適用于大功率重載驅動以及電磁環境敏感等工況。

技術領域

本發明涉及機器人領域，具體為工業機器人用一種液壓直驅三自由度球型手腕。

背景技術

工業機器人（機械手）是一個國家先進制造業的重要支撐技術和信息化社會的重要生產裝備，對社會發展及增強軍事國防實力都具有重要的意義，工業機器人已成為繼汽車、飛機、計算機之后出現的又一戰略性新興產業。

手腕單元連接機械手臂與末端執行器，其主要功能是對末端執行器空間姿態進行調節以滿足作業需求。手腕單元對末端執行器的定位精度與空間姿態調控性能有重要影響，其性能已成為制約機器人應用的主要因素之一，并成為機器人研究的重要課題。近年來，國內外科研機構一直致力于開發高負載/自重比、結構簡單緊湊、易于控制的高性能腕部單元，機械手腕的研究呈現出大力矩、反應靈敏、小型化和模塊化的發展趨勢。

目前主流的工業機械手腕大多采用“伺服電機+傳動軸+減速器”方案實現，該類電機驅動手腕主要存在如下兩方面問題：

腕部關節運動傳動鏈長、手腕單元機械結構復雜、制造/維護成本高、關節動態響應特性差、負載/自重比低、無法用于電磁環境敏感工況；

在電機驅動手腕減速器和伺服驅動系統這兩大核心部件方面，我國與日、德等發達國家差距甚大，特別是高精密減速器和伺服驅動系統嚴重依賴進口，造成國產工業機械手成本居高不下，嚴重制約了我國機器人產業的發展以及國際競爭力的形成。

發明內容

本發明的目的：針對基于“伺服電機+傳動軸+減速器”方案實現的電機驅動手腕存在的不足，以及我國在電動球型手腕研制方面存在的技術瓶頸，提出一種液壓直驅三自由度球型手腕，所提液壓手腕不需使用高精密減速器，具有機械結構簡單、功率密度大、負載/自重比高、負載能力強等一系列優點。

本發明技術方案是：一種液壓直驅三自由度球型手腕，包括第一級液壓擺動缸、第一級液壓擺動缸轉軸、第二級液壓擺動缸、第二級液壓擺動缸轉軸、第三級液壓擺動缸、第三級液壓擺動缸轉軸；第一級液壓擺動缸轉軸與法蘭盤固定連接，第二級液壓擺動缸法蘭盤分別與左連接架和右連接架固定連接，法蘭盤與左連接架和右連接架固定連接，第二級液壓擺動缸轉軸左右兩端分別和左連接桿、右連接桿一端連接，左連接桿、右連接桿的另一端和第三級液壓擺動缸法蘭盤固定連接。所述手腕關節的驅動單元可以是閥控擺動缸作動單元或是閥控液壓馬達作動單元。

上述的一種液壓直驅三自由度球型手腕，非奇異位形時三級液壓擺動缸轉軸的軸線在空間上相互垂直并交于一點。

上述的一種液壓直驅三自由度球型手腕，法蘭盤分為圓環結構、左連接板和右連接板三部分，左連接架包括連接底盤和U型連接板，右連接架包括連接底盤和U型連接板，第一級液壓擺動缸轉軸與圓環結構通過脹緊套連接，左連接板和右連接板分別和左連接架、右連接架上的連接底盤通過固定螺釘連接，左連接架、右連接架上的U型連接板和第二級液壓擺動缸法蘭盤通過螺栓和螺母連接。

上述的一種液壓直驅三自由度球型手腕，左連接桿包括環狀結構、連接板和法蘭，右連接桿包括環狀結構、連接板和法蘭，第二級液壓擺動缸轉軸左端通過二三級連接左脹緊套固定在左連接桿的環狀結構內，第二級液壓擺動缸轉軸右端端通過二三級連接右脹緊套固定在右連接桿的環狀結構內，左連接桿、右連接桿的法蘭和第三級液壓擺動缸法蘭盤通過螺栓連接。